Сплав 455, Пользовательская полоса 455, UNS S45500

Сплав 455, Кастомная проволока 455, UNS S45500

Введение в сплав 455 (кастомная проволока 455, UNS S45500)

Сплав 455, коммерчески называемый Custom 455 и обозначенный в соответствии с UNS S45500, представляет собой мартенситную нержавеющую сталь с дисперсионным упрочнением, разработанную для обеспечения исключительного баланса высокой механической прочности, превосходной коррозионной стойкости и отличной формуемости. В отличие от обычных мартенситных нержавеющих сталей (например, 410, 420), он достигает повышенной прочности за счет контролируемого осаждения богатых медью фаз (вместо того, чтобы полагаться исключительно на мартенситное превращение) и сохраняет коррозионную стойкость, сравнимую с аустенитными марками (например, 304) в умеренных и умеренных агрессивных средах. Этот сплав надежно работает в диапазоне температур от -50 ° C / -58 ° F до 315 ° C / 600 ° F, что делает его идеальным для применений, требующих как структурной целостности, так и устойчивости к атмосферному, морскому или химическому воздействию. Специальная проволока 455, специализированная форма этого сплава, широко используется в таких отраслях, как точное машиностроение, медицинское оборудование, аэрокосмическая и морская техника, преуспевая в таких компонентах, как миниатюрные пружины, хирургические инструменты и высокопрочные крепления, требующие жестких допусков по размерам и длительного срока службы.

1. Химический состав (типичный, масс.%)

Химический состав UNS S45500 соответствует строгим отраслевым стандартам, включая ASTM A895 (для стержней из нержавеющей стали с дисперсионной закалкой) и ASTM A693 (для проволоки из нержавеющей стали с дисперсионной закалкой), что обеспечивает стабильные свойства дисперсионной закалки, коррозионную стойкость и механические характеристики. Типичный состав выглядит следующим образом:

Элемент

Диапазон содержания (масс.%)

Функция

Железо (Fe)

Равновесие

Служит матрикцией сплава, обеспечивая основу для мартенситного превращения и механической стабильности; взаимодействует с другими элементами, образуя фазы укрепления.

Хром (Cr)

11.0 - 13.0

Образует плотный защитный слой из оксида хрома (Cr₂O₃), обеспечивающий устойчивость к атмосферной коррозии, слабым кислотам и солевым туманам; Имеет решающее значение для предотвращения точечной коррозии в морской среде.

Никель (Ni)

4.5 - 5.5

Стабилизирует аустенитную фазу при нагревании, обеспечивая контролируемое мартенситное превращение во время охлаждения; Повышает ударную вязкость и снижает хрупкость, особенно при низких температурах.

Медь (Cu)

1.5 - 2.5

Ключевой элемент для дисперсионного упрочнения — образует мелкие, когерентные осадки с высоким содержанием меди (ε-Cu) во время старения, значительно повышая прочность на разрыв и предел текучести без ущерба для пластичности.

Титан (Ti)

0.3 - 0.8

Измельчает структуру зерна при затвердевании и термической обработке; Предотвращает чрезмерный рост зерна, повышая усталостную прочность и обеспечивая равномерные механические свойства по всей проволоке.

Молибден (Mo)

0.3 - 0.8

Повышает локализованную коррозионную стойкость (например, щелевую коррозию в хлоридсодержащих средах) и повышает прочность за счет упрочнения мартенситной матрицы твердым раствором.

Углерод (C)

≤ 0,05

Сведен к минимуму, чтобы избежать осаждения карбида на границах зерен, что может снизить коррозионную стойкость и вызвать межкристаллитное растрескивание; Контролируется для поддержания стабильности мартенситной фазы.

Марганец (Mn)

≤ 1.0

Способствует раскислению во время плавления и улучшает холодную обрабатываемость для тонкого волочения проволоки; ограничен во избежание ухудшения коррозионной стойкости.

Кремний (Si)

≤ 1.0

Снижает образование оксидов при горячей обработке и улучшает текучесть расплавленных сплавов; Контролируется во избежание чрезмерных включений, ухудшающих усталостную долговечность.

Фосфор (P)

≤ 0,03

Строго ограничены для предотвращения охрупчивания на границе зерен, особенно в сварных соединениях или компонентах, подверженных циклическому нагружению.

Сера (S)

≤ 0,03

Сведен к минимуму для предотвращения горячего растрескивания при волочении проволоки и сварке; Снижает риск точечной коррозии в средах с высоким содержанием серы.

2. Физические свойства

Специальная проволока 455 демонстрирует различные физические свойства до и после дисперсионного упрочнения, а характеристики после старения оптимизированы для обеспечения высокой прочности и коррозионной стойкости. Основные свойства (измеренные при комнатной температуре, если не указано иное):

Свойство

Value (отожженный в растворе)

Стоимость (состаренная)

Условия испытания

Плотность

7,78 г/см³

7,78 г/см³

Комнатная температура (25°C)

Диапазон температур плавления

1425 - 1475°C

1425 - 1475°C

-

Коэффициент теплового расширения

11,2 × 10⁻⁶/°C

11,2 × 10⁻⁶/°C

20 - 100°С; 13,5 × 10⁻⁶/°C (20–300°C)

Теплопроводность

15,1 Вт/(м·К)

15,1 Вт/(м·К)

100°С; 20,3 Вт/(м·К) (300°C)

Удельное электрическое сопротивление

0,65 × 10⁻⁶ Ω·м

0,68 × 10⁻⁶ Ω·м

Комнатная температура (25°C)

Модуль упругости

193 ГПа

195 ГПа

Комнатная температура (при растяжении)

Коэффициент Пуассона

0.29

0.29

Комнатная температура

Температура Кюри

≈ 280°C

≈ 280°C

Выше этой температуры, теряет ферромагнетизм; Актуально для высокотемпературных магнитных приложений.

Прочность на разрыв

≥ 620 МПа

≥ 1100 МПа

Комнатная температура; ≥ 850 МПа (300°C, состаренный)

Предел текучести (смещение 0,2%)

≥ 380 МПа

≥ 950 МПа

Комнатная температура; ≥ 750 МПа (300°C, состаренный)

Удлинение

≥ 20%

≥ 8%

Комнатная температура

Твёрдость

≤ 240 HB

33 - 38 HRC

Комнатная температура

Ударная вязкость (V-образный надрез по Шарпи)

≥ 50 Дж

≥ 25 Дж

Комнатная температура; ≥ 15 Дж (-50°C, состаренный)

Коррозионная стойкость

Выдерживает 1000-часовое испытание в солевом тумане (ASTM B117)

Выдерживает 1000-часовое испытание в солевом тумане (ASTM B117)

5% раствор NaCl, 35°C

3. Процесс производства кастомной проволоки 455

Производство проволоки Custom 455 требует точного контроля химических веществ (особенно меди и титана) и термической обработки, чтобы сбалансировать дисперсионное упрочнение, коррозионную стойкость и точность размеров. Ключевые шаги включают в себя:

3.1 Плавка и литье сырья

Плавка: Высокочистое сырье (железо, хром, никель, медь и т.д.) плавится в электродуговой печи (ДСП) с последующей аргонокислородной декарбонизацией (AOD). Этот процесс снижает содержание углерода до ≤0,05 мас.%, устраняет газообразные примеси (O₂ < 30 ppm, N₂ < 50 ppm), and ensures uniform distribution of copper and titanium—critical for consistent precipitate formation.

Литье: Расплавленный сплав отливают в слитки (500 - 2000 кг) или блюмы, которые подвергаются гомогенизационному отжигу при температуре 1050 - 1100°C в течение 6 - 8 часов. На этом этапе исключается химическая сегрегация (особенно меди и хрома) и растворяются грубые интерметаллические фазы, подготавливая материал к горячей обработке.

3.2 Горячая обработка и производство катанки

Горячая прокатка: Слитки/блюмы горячо прокатываются при температуре 950 - 1050°C в катанки (диаметр: 8 - 20 мм). Горячая прокатка выполняется выше температуры мартенситного превращения (Ms ≈ 350°С) для поддержания аустенитной фазы, обеспечения пластичности; Стержни охлаждаются воздухом до комнатной температуры, чтобы вызвать мартенситное превращение, образуя твердую, но пригодную для работы матрицу.

Удаление накипи: Горячекатаные прутки подвергаются дробеструйной обработке (для удаления рыхлой оксидной окалины) с последующим кислотным травлением (раствор азотно-плавиковой кислоты) для удаления остаточных слоев оксида хрома. Этот этап предотвращает появление поверхностных дефектов во время холодного волочения и обеспечивает чистоту поверхностей сплава для коррозионной стойкости.

3.3 Холодное волочение (формовка проволоки)

Многопроходное холодное волочение: Катанки холодно вытягиваются через алмазные штампы за 5-9 проходов для достижения желаемого диаметра (обычно 0,1 мм - 8 мм). Каждый проход уменьшает диаметр на 15 - 20%, с отжигом промежуточного раствора (920 - 980°C в течение 30 - 45 минут, закалка водой) между проходами. Эта стадия отжига снимает деформационное упрочнение, восстанавливает аустенитную фазу (что позволяет проводить дальнейшее волочение) и растворяет любые непреднамеренные осадки меди, обеспечивая однородные механические свойства.

Контроль размеров: натяжение, выравнивание матрицы и скорость волочения точно регулируются для поддержания жесткого допуска по диаметру (±0,01 мм для прецизионной проволоки) и округлости (≤0,005 мм). В медицине или аэрокосмической промышленности лазерный контроль диаметра и ультразвуковой контроль используются для обнаружения отклонений размеров или внутренних дефектов, которые могут повлиять на производительность.

3.4 Дисперсионное упрочнение (оптимизация прочности)

Осаждение является основным этапом активации богатых медью осадков и достижения целевой прочности. Процесс следует стандартизированному трехступенчатому циклу (согласно ASTM A693):

Отжиг на раствор: Нагрев проволоки до 920 - 980°C в течение 1 - 2 часов с последующей быстрой закалкой водой. Этот этап преобразует мартенситную матрицу обратно в аустенит, растворяет все осадки меди и обеспечивает однородную микроструктуру.

Отпуск (опционально): Для применений, требующих повышенной прочности, проволока закаливается до 300 - 350 °C и выдерживается в течение 1 - 2 часов (отпуск), а затем охлаждается на воздухе. На этом этапе улучшается структура мартенситной решетки, снижая хрупкость.

Окончательное старение: Нагрев провода до 450 - 500°C в течение 2 - 4 часов, затем воздушное охлаждение. Этот этап способствует зародышеобразованию и росту мелкодисперсных осадков ε-Cu (5 - 15 нм) в мартенситной матрице, максимизируя прочность при сохранении достаточной пластичности и коррозионной стойкости.

Примечание: Для ультратонкой проволоки (диаметр < 0.5 mm), aging time is reduced to 1 - 2 hours to avoid excessive hardening, which could compromise flexibility for applications like miniature springs.

3.5 Отделка поверхности и контроль качества

Поверхностная обработка:

Травление: Травление после старения в азотной кислоте для удаления оксидных накипей и повышения защитного слоя оксида хрома, что имеет решающее значение для морского или химического применения.

Пассивация: Дополнительная пассивация азотной кислотой для дальнейшего укрепления оксидного слоя, снижения риска точечной коррозии в средах, богатых хлоридами (например, в морской воде, жидкостях организма).

Полировка: Для высокоточных применений (например, медицинские инструменты, аэрокосмические датчики) проволока полируется до гладкой поверхности (Ra ≤ 0,1 мкм) с помощью электрохимической или механической полировки, что сводит к минимуму риск трения и загрязнения.

Контроль качества:

Химический анализ: Оптическая эмиссионная спектроскопия (ОЭС) для проверки содержания меди (1,5-2,5 мас.%) и титана (0,3-0,8 мас.%) — критически важных для осаждения.

Механические испытания: Испытания на растяжение (до и после старения) для подтверждения прочности и удлинения; измерение твердости (HRC) для подтверждения эффективности старения; Усталостные испытания (10⁷ циклов) для компонентов с циклическим нагружением, таких как пружины.

Коррозионные испытания: испытания в солевом тумане (ASTM B117), испытания на щелевую коррозию (ASTM G48) и испытания на потенциодинамическую поляризацию для подтверждения устойчивости к суровым условиям.

Неразрушающий контроль: вихретоковый контроль (для поверхностных дефектов, таких как трещины или ямки) и магнитопорошковый контроль (для подповерхностных дефектов) — необходимы для компонентов, критически важных для безопасности.

Микроструктурный анализ: оптическая микроскопия для подтверждения распределения осадка ε-Cu и структуры мартенситной решетки, обеспечивающей постоянство производственных партий.

4. Применение продукта

Уникальное сочетание высокой прочности, коррозионной стойкости и формуемости провода Custom 455 делает его незаменимым в отраслях, требующих точности и долговечности в умеренных и умеренных агрессивных средах:

4.1 Медицинские устройства

Хирургические инструменты: ультратонкая проволока (0,05 - 0,2 мм) для лапароскопических инструментов, ортопедических сверл и стоматологических скалеров - биосовместимая (ISO 10993), устойчивая к коррозии биологических жидкостей (например, слюны, крови) и обеспечивает достаточную прочность для несущих приложений.

Имплантируемые устройства: проволока для ортопедических скоб, сердечно-сосудистых стентов и проводов кардиостимулятора — сохраняет прочность и коррозионную стойкость при длительном телесном контакте, с низким риском гальванической коррозии.

Диагностическое оборудование: Проволока для датчиков катетеров и компонентов эндоскопа — гибкая, но прочная, обеспечивающая точное перемещение внутри человеческого тела, выдерживая стерилизацию (автоклавирование при 134 °C).

4.2 Точное машиностроение и электроника

Миниатюрные пружины: проволока (0,1 - 1,0 мм) для часовых пружин, контактов батарей и микроэлектромеханических систем (MEMS) — высокая усталостная прочность (10⁹ циклов) и стабильная работа в температурных циклах (от -50°C до 150°C).

Электрические разъемы: провод для высоконадежных разъемов в аэрокосмической и автомобильной электронике — устойчив к атмосферной коррозии и сохраняет проводимость даже во влажной или соленой среде.

Оптические компоненты: Проволока для креплений объективов и механизмов затвора камеры — жесткий допуск по размерам (±0,005 мм) и низкая магнитная проницаемость, что позволяет избежать помех оптическим системам.

4.3 Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Аэрокосмический крепеж: проволока для заклепок и болтов малого диаметра в интерьерах самолетов (например, в панелях кабины) — сочетает в себе легкую массу (плотность 7,78 г/см³) с устойчивостью к коррозии гидравлической жидкости и температурным циклам (от -50 °C до 150 °C).

Компоненты ракет и беспилотных летательных аппаратов: проволока для пружин системы наведения и корпусов датчиков — сохраняет прочность и стабильность размеров при вибрации и перегрузках, а также устойчивость к коррозии топлива и смазочных материалов.

Спутниковое оборудование: проволока для пружин антенн и конструкционных опор — устойчива к космическому вакууму и коррозии атомарного кислорода, обеспечивая долгосрочную функциональность на низкой околоземной орбите.

4.4 Применение в судостроении и прибрежной зоне

Морское оборудование: проволока для небольших креплений, шарниров и подпружиненных компонентов на лодках и морских платформах — устойчива к коррозии в соленой воде (проход ASTM B117) и биообрастанию, снижая затраты на техническое обслуживание.

Береговая электроника: провод для кабелей датчиков и коррозионностойких корпусов — защищает от соленого тумана и влаги, обеспечивая надежную работу в системах берегового мониторинга.

4.5 Промышленное оборудование

Компоненты клапанов и насосов: Проволока для штоков клапанов и мембран насосов в химическом технологическом оборудовании — устойчива к слабым кислотам (например, уксусной кислоте, разбавленной серной кислоте) и сохраняет прочность при температуре 200 - 300 °C.

Текстильное оборудование: Проволока для прецизионных игл и нитевых направляющих отличается высокой износостойкостью (твердость 33-38 HRC) и коррозионной стойкостью к текстильным красителям и чистящим средствам.

Заключение

Alloy 455 (Custom 455 Wire, UNS S45500) - это первоклассная проволока из мартенситной нержавеющей стали с дисперсионным упрочнением, отличающаяся редким балансом высокой прочности, коррозионной стойкости и формуемости. Его способность обеспечивать надежную работу в умеренных и умеренных агрессивных средах — от биологических жидкостей до соленой воды — делает его критически важным материалом для медицинской, аэрокосмической и точной промышленности. Точный контроль производственного процесса, особенно содержания меди и титана и дисперсионного упрочнения, обеспечивает стабильную производительность во всех областях применения. Для индивидуальных требований, таких как сверхточная проволока (диаметр до 0,01 мм), специализированная обработка поверхности (например, электрополировка) или индивидуальные циклы старения для определенных весов прочности и пластичности, производители предлагают индивидуальные решения для решения самых сложных задач по точности и долговечности.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 693 галлонов для жидкости на поддонах Специальная упаковка доступна по запросу.