Анализ технологии термообработки и механических свойств нержавеющей стали 431 

Нержавеющая сталь 431 (431 steel / UNS S43100 / 1Cr17Ni2 / 14Cr17Ni2 / 1.4057 / X17CrNi16-2 / 14Х17Н2 / SUS 431) относится к высокопрочным мартенситным нержавеющим сталям. Благодаря отличным механическим свойствам, коррозионной стойкости и хорошей обрабатываемости, она широко применяется в машиностроении, авиационно-космической отрасли и энергетическом оборудовании. Ниже приведено описание её термообработки и механических характеристик.

I. Технология термообработки
1. Отжиг
Цель: снижение твёрдости, улучшение обрабатываемости, снятие остаточных напряжений.
Режимы:
Первый отжиг: 750 °C, быстрое охлаждение для предотвращения выделения карбидов.
Второй отжиг: 650 °C, быстрое охлаждение для измельчения зерна и повышения вязкости.
Контроль: избегать медленного охлаждения, иначе возможно выделение карбидов, ухудшающее закаливаемость.
2. Закалка
Цель: повышение прочности, получение мартенситной структуры с высокой твёрдостью.
Режимы:
Температура закалки: 950–1050 °C (оптимально 980–1020 °C).
Охлаждение: преимущественно в масле для снижения риска трещин; водяная закалка не рекомендуется.
Контроль:
Предварительный подогрев: ступенчато при 540 °C и 775 °C из-за низкой теплопроводности, чтобы предотвратить трещины.
Избегать остаточного δ-феррита: при температуре >1050 °C возможно образование δ-феррита, снижающего свойства.
3. Отпуск
Цель: регулирование твёрдости и вязкости, снятие закалочных напряжений.
Режимы:
Низкотемпературный отпуск (150–370 °C) для сохранения высокой твёрдости (HRC 35–40), подходит для износостойких деталей.
Высокотемпературный отпуск (600–750 °C) для повышения вязкости (KCU ≥ 39 Дж), подходит для деталей, работающих при высоких нагрузках.
Контроль:
Избегать интервала хрупкости (370–565 °C), где снижается вязкость и коррозионная стойкость.
Охлаждать на воздухе или быстро для предотвращения отпускной хрупкости.
4. Частые проблемы и решения
Проблема Причина Решение
Трещины при закалке Водяная закалка, отсутствие подогрева, высокая температура Масляная закалка, ступенчатый подогрев, ≤1020 °C
Недостаточное удлинение Низкая температура отпуска или интервал хрупкости Отпуск при 600–700 °C, избегать 370–565 °C
Недостаточная твёрдость Низкая температура закалки или медленное охлаждение Повысить до 1000–1050 °C, обеспечить полное масляное охлаждение

II.Типичные механические свойства и результаты испытаний
После термической обработки механические свойства стали 431 могут быть значительно улучшены, что делает её подходящей для промышленных применений, требующих высокой прочности и коррозионной стойкости. Ниже приведены её типичные механические характеристики:
·Временное сопротивление разрыву (Rm)
Диапазон: 1000–1300 МПа
Факторы влияния: закалка при 1020 °C позволяет получить высокую прочность (около 1350 МПа);
при повышении температуры отпуска прочность линейно снижается.

·Предел текучести（Rp0.2）
Диапазон: 800–1100 МПа
Анизотропия: продольное направление (L) — наивысшее значение;
поперечное направление (T) — ниже примерно на 5–8 %.

·Относительное удлинение (A)
Диапазон: 10–15 %
Возможности оптимизации: двойная закалка может повысить показатель до 18 %;
снижение содержания δ-феррита ниже 5 % улучшает пластичность.

·Относительное сужение (Z)
Диапазон: 40–50 %
Влияние технологии: высокий отпуск (650 °C) может увеличить показатель до 55 %.

·Твёрдость (HRC)
Диапазон: 28–40 (регулируется температурой отпуска).

Примечание:
Базовые механические свойства стали 431 могут целенаправленно регулироваться путём точного контроля режимов термической обработки. В практическом применении рекомендуется подбирать оптимальную схему термообработки в зависимости от конкретных условий эксплуатации (тип нагрузки, температура окружающей среды и т. д.) и создавать надёжную систему контроля качества для обеспечения стабильности характеристик.