PDF《化学成分 （Composition）》

1 牌号:409 钢种 一般介绍及应用(General description and applications) 409(UNS S40900)钢种是耐热铁素体不锈钢, 用以保证汽车排气部件具有良好的耐氧化和腐蚀 性.

1961 年开发出这种合金用作汽车的消音器,从 那以后这种通用的不锈钢被用于汽车的管道歧管、 排气管、催化转换器、消音器和尾管.409 钢种突 出的可成形性、可焊性和耐腐蚀性已使其在其他许 多地方得到广泛的应用,例如涵洞、家用加热炉、 汽车恒温器、燃料过滤器变压器外壳和农场装备. 409(UNS S40900)铁素体不锈钢在大多地方 使用良好,但在有些工业应用场合的焊接热影响区 会产生晶间腐蚀.该合金 Ti 和Nb 含量的配比十分 仔细,能抗可能在焊接热影响区或母体金属在其他 受热情况下发生的敏感性和晶间腐蚀.氮化钛表面 缺陷少是该合金的另一特点.稳定元素配比平衡可 以达到最佳的可焊接性而在焊接后不用以退火来 恢复延性.其可成形性和韧性也有所提高. 409HP(USN S40930)合金是一种有专利权的 不锈钢化学成分.和其他

409 合金一样,

11 %的Cr 含量使其耐蚀性比碳钢大大加强. 该合金有足够 的抗氧化性和耐蚀性,是汽车排放系统应用方面的 极佳选择. 而热端排放可能要用 Cr 含量为

18 %的 合金.409HP 合金良好的可加工性,也有利于在汽 车以外方面的应用. 化学成分 (Composition) 物理性能(Physical properties) 409HP合金的特点是在正常的加工温度下为单 相铁素体微型结构,其中沉积了散射的 Ti 和Nb 碳 氮化物.对其化学成分的配比很仔细,避免在退火 温度中或在焊接的热影响区形成奥氏体和随之形 成马氏体.许多铁素体长期置于 700-1100H(370 -590℃)温度范围后会脆化.在温度约为 885H (475℃)时这种脆化速度最快,经常称之为

885 H(475℃)脆化 .这是由称作α'

马氏体的富 Cr 第二相的沉积引起的.885H(475℃)脆化的速率 极大程度取决于合金的 Cr 含量.Cr 含量小于

12 %,很少出现 885H(475℃)脆化.

2 机械性能 (Mechanical properties) 常温 (Room temperature) 高温 (Elevated temperature)

3 应力断裂(Stress rupture)

409 和439 合金在 1200H(649℃)时断裂数 据相近,而439 合金在特殊应力下抗断裂时间稍微 长些. 而由于

439 合金 Cr 含量较高, 在1500H (816 ℃)下应力为 1500psi(10.3 MPa)或更低时,它的 抗断裂时间较长. 图1. 铁素体钢种 AL409HPTM 和439 应力断裂性能 的比较 疲劳(Fatigue) 退火后的

409 合金钢带的弯曲疲劳试验表明

1000 万次循环的疲劳(持久)极限为 30,000-34,

000 psi.这和其他表明铁素体不锈钢的持久极限的 典型值为其抗拉强度 50-55 %的数据是一致的. 韧性 (Toughness) 和其他铁素体不锈钢一样,在冲击负荷下,温 度下降时会经历从延性向脆性的转变. 延性-脆 性转变温度 (DBTT)是许多因素的函数,包括热 处理、微型结构、应力状态、加载速率缺口尖锐度、 厚度及材料的均匀性.通常,厚度在 3/16 (4.77 mm)及以上的

409 不锈钢板,其DBTT 值为高于 室温,即150-250H (66-121℃) ,表明板材可 能因出现脆裂而难以加工. 409HP 薄板 【3/16 (4.77

4 mm) 】显示出相当接近或低于室温的 DBTT 值. 0.079 (2 mm) 的409HP 合金,其纵向和横向的 DBTT 都为-50H(-46℃).该值大大低于典型的加 工和使用温度,表明是以延性方式加工的.可预计 更薄的板材或带材有更低的 DBTT 值. 耐蚀性(Corrosion resistance)

409 合金的 Cr 含量为

11 %,与碳钢相比,其 耐蚀性有相当大的提高.但与其他 Cr 含量、特别 是Mo 含量较高的高价不锈钢相比,它的耐蚀性比 较低.尽管如此,该合金在许多汽车及非汽车的应 用场合可提供充分的耐腐蚀和氧化性. 大气(Atmospheric) 在大气中其耐蚀性比碳钢好. 氯化物(chlorides) 与其他铁素体不锈钢相比,在含氯化物的环境 里,409 合金有极佳的抗应力腐蚀裂纹的性能.然 而如图

2 数据所示,一般来说在氯化物存在之处,

409 合金耐点蚀和缝隙腐蚀的能力极低. (图2不锈钢的耐点蚀性)

409 合金易受点蚀, 表明即使在低氯化物的水 里, 其碎裂的可能值相对较低. Cr 含量较高的合金, 如439 铁素体钢或

304 奥氏体钢,它们的 Cr 含量 都为

18 %,它们的耐点蚀和缝隙腐蚀的性能要好 的多,也就是碎裂的可能值较高.含有较高 Cr 并含Mo 的444 合金(18Cr-2Mo) ,在氯化物存在之 处的耐点蚀和缝隙腐蚀性能更高. 一般腐蚀(General corrosion) 在表中所列的环境中

439 和304 不锈钢表现出 有用的耐蚀性,而409 合金仅在磷酸环境中的腐蚀 率是可以接受的. 它只适用于浓度和/或温度较低的 或其他腐蚀液溶.建议要求用特殊环境的数据或合 金试样来确定

409 合金是否适用.

5 汽车排气系统环境 (Automotive exhaust system environments) 采用两种模拟汽车排放系统情况的腐蚀试验 来比较

409 钢种和其他铁素体合金的性能. A. 排放系统冷凝液腐蚀试验 该试验设计成模拟在汽车排放系统内部形成的 冷凝液的作用.试样放于细长形

1 升烧杯里, 装有

100 ml 模拟的排放系统冷凝液, 由水和以 下成分组成:

1000 ppm 氯化物离子

2000 ppm 碳酸盐离子

3740 ppm 铵离子

5000 ppm 硫酸盐离子

100 ppm 硝酸盐离子 pH 8.7 C 8.9 合金试验浸入装有溶液的烧杯内,然后经受可 控的温度周期,包括: (a) 在一小时内从室温加热到482°F (250°C) . (b) 在482°F (250°C)保温

2 小时. (c) 在3小时内冷却到室温. 由于最初试验溶液在

6 小时试验循环后只剩余 一种固体残渣, 在烧杯里再加入 100ml 试验溶液并 重复试验.经过

10、

20、

30、40 等次循环的试样 清洗成金属原样并称重.图3为409 合金重量损失 数据(腐蚀)与AL

409 HPTM 及439 合金类似数据 的比较. 图3循环排放系统冷凝液的腐蚀 图3数据显示,在循环冷凝液腐蚀试验里 409HP 的耐蚀性稍优于标准的

409 钢种.439 钢种

6 (UNS S43035)由于 Cr 含量较高(18 %) ,显示 出其耐蚀性比

409 合金大大提高(重量损失较少) . 必须指出,氯化物可能出现在新汽车或新催化转换 器的启动中,这是由催化转换器的生产携带而来 的,使得初期冷凝液的侵蚀会比汽车正常运行所要 求的严重. 虽然注入烧杯时试验溶液略显碱性(pH 约为 8.8) ,但随着试验周期数的增加,它会越来越呈酸 性, 在10 个或

10 个以上循环周期后最终达到 pH 3. 可以认为这些酸性情况与产生冷凝液而引起腐蚀 的排放系统内部的情况相似. B.排放系统循环氧化/腐蚀试验 使用中的汽车排放系统的外表面是热的,并暴 露于空气中.排放系统合金的抗氧化性也很重要, 而路面上的去冰盐也会接触到排放系统合金.对于 排放系统合金而言, 抗点蚀和/或缝隙腐蚀也是其一 个重要的特性. 对409 合金和其他不锈钢材料进行设计好的周 期氧化/腐蚀试验,以提供对比数据.试验包括将试 样在空气中加热到 1200°F(649°C) ,一小时后在空 气中自然冷却至室温.然后按 ASTM B117 将氧化 了的试样在 95°F(35°C)下接受

24 小时

5 %含量 的盐雾试验,这就完成了一个周期.在五个周期后 确定重量的损失(腐蚀) .将经过

100 个周期的 409HP 合金的数据与铁素体 439HP 和444 牌号不锈 钢,304 牌号的奥氏体不锈钢以及

625 镍基合金的 同类数据相比较,见下表. 在这种严格的试验中,第一个周期后

409 合金 就有重量损失.继续循环至

100 个周期,试样因腐 蚀会损失一半以上的重量. 含18 %Cr 的439 和304 牌号不锈钢的重量损失要少,但仍很显著.444 合 金除含

18 %的Cr 外,又添加了

2 %的Mo,在接 受试验的不锈钢中,其重量损失(腐蚀)最低.625 镍基合金具有极好的抗氯化物氧化和腐蚀性能(重 量略有增加) . ( 表)周期氧化/腐蚀试验结果(Cyclic oxidation/corrosion test results)

7 晶间腐蚀 (Intergranular corrosion) 标准化学成分的

409 合金不能避免焊接热影响 区或经受一定热量的母体金属的敏感性.工业报告 显示

409 合金发生过关于汽车焊接排放系统元件和 非汽车制造方面如热交换器焊接管现场故障,即使 它满足 ASTM 关于稳定化的要求,最少 Ti=6*C. 故障的原因是热影响区的晶间腐蚀. 409HP 合金的 Ti 和Nb 都很稳定,大大提高了 抗敏感性(碳化铬沉淀)和可能的耐晶间腐蚀性. 双重的稳定性允许使用含 Ti 低的地材料使与 Ti 有 关的表面缺陷降至最低.添加 Nb 保证了作为 Ti 和Nb 碳氮化物的 C 和N的沉淀,从而阻止引起敏感 性和可能的晶间腐蚀性的碳氮化铬的沉淀. (图4. 与409 铁素体不锈钢敏感性有关的 Ti+Nb 对C+ N 之比)

36 炉409 合金用于研究稳定性要........