17-4 PHステンレス鋼 | 沈殿硬化合金

1. 導入

17-4 PHステンレス鋼 (多くの場合、UNS S17400として指定されます, アイシ 630, またはen 1.4542) 業界で最も広く使用されている降水硬化ステンレス鋼の1つです.

の魅力的な組み合わせを提供します 高強度, 良いタフネス, 実用的な腐食抵抗と優れた製造可能性.

その機械的状態は組成だけではなく熱処理によって制御されるため,

17-4 PHは、ファスナーに合わせて、さまざまな強度/タフネストレードオフに合わせて調整できます, シャフト, バルブコンポーネント, 航空宇宙継手および他の多くのエンジニアリング部品.

2. 何ですか 17-4 PHステンレス鋼?

17-4 pHはaです マルテンサイト, 降水硬化 ステンレス鋼.

それは主に制御された老化中に生成される細かい銅が豊富な沈殿物の形成によって強化されます (降水硬化) 溶液処理後のステップ.

アニールされた (解決策) 州, 比較的柔らかく、容易に機械加工されています; 老化後、ステンレスグレードの耐食性の多くを保持しながら、高強度合金鋼と同様の引張強度に達することがあります.

特徴

• 高強度: H900範囲のピーク引張強度は〜1.3–1.4 GPAに近づく (190–200 ksi).
• 熱処理可能: 老化によって調整されたプロパティ (H900→H1150気性) 強さのバランスをとる, 靭性とSCC抵抗.
• 良好な腐食抵抗: 典型的なマルテンサイト鋼よりも優れています; 多くの産業および軽度の腐食性環境に適しています.
• 優れた製造可能性: 溶液処理された状態で機密性があります; 適切な手順で溶接可能.
• 磁気: マルテンサイト微細構造は、ほとんどの条件で磁気です.
• 幅広い供給フォーム: バー, 偽造, 皿, ワイヤー, 粉 (添加物とMIM用), 偽造.

3. の化学組成 17-4 PHステンレス鋼

のプロパティ 17-4 PHステンレス鋼 慎重にバランスの取れた化学組成に直接結び付けられます.

aとして分類されます マルテンサイト沈殿硬化ステンレス鋼, そして、各合金要素は、強さを提供する上で明確な役割を果たします, タフネス, および腐食抵抗.

標準構成 (重さ %)

4. の熱処理技術 17-4 PHステンレス鋼

の並外れた強度 - タフネス - 腐食バランス 17-4 PHステンレス鋼 そのユニークから来ています 熱処理シーケンス, 組み合わせます ソリューションアニーリング そして 降水硬化 (エージング).

コア熱処理プロセス

ステップ 1: ソリューションアニーリング

• 客観的: オーステナイトマトリックスにすべての銅とニオビウムを溶解することにより、微細構造を均質化します; キャスト/鍛造からの分離を排除します.
• パラメーター: 1,040〜1,060°Cに加熱します (1,900–1,940°F), 30〜60分間保持します (セクションの厚さに依存します: 30 のための議事録 <25 mm, 60 のための議事録 >50 mm), それから エアクールまたはウォータークエンチ 室温まで.
• 結果: オーステナイトはソフトマルテンサイトに変換されます (硬度: 〜200 HB); 銅は過飽和固形溶液に残り、老化のために合金を準備する.

ステップ 2: 降水硬化 (エージング)

• 客観的: 銅原子の制御された拡散をトリガーして、強度を誘発するε-cu沈殿物を形成する. 老化温度により沈殿物のサイズが決まります, したがって, パフォーマンス:

• • 低温 (480°C): 細かい沈殿 (5 nm) →最大強度, 低靭性.
  • 高温 (620°C): 粗い沈殿 (20 nm) →より低い強度, 高いタフネス.

標準的な老化温度 (ASTM A564):

• H900: 482 °C for 1 H→最大強度 (〜1310–1380 MPa), 硬度40〜45 HRC, しかし、より低い靭性.
• H1025: 552 °C for 4 H→バランスの取れた強度 (〜1170 MPa) とタフネス; 航空宇宙で広く使用されています.
• H1075: 579 °C for 4 H→中程度の強度 (〜1070 MPa), 延性の向上.
• H1100: 593 °C for 4 H→強度が低い (〜1000 MPa), より高いタフネス, 良好なストレス腐食抵抗.
• H1150 (2-ステップ): 620 °C for 4 h + いいね + 620 °C for 4 H→最低強度 (〜900 MPa), 最高の延性と靭性, 海洋で使用されます & 核.

5. 気性による典型的な機械的特性

The の機械的性能 17-4 PHステンレス鋼 そのことに大きく依存しています 老化状態 (気性).

異なる熱処理温度を選択します, エンジニアはバランスを取ることができます 強さ, タフネス, 延性, および腐食抵抗 特定のアプリケーションに合わせて.

6. 耐食性: 機能と制限

17-4 pHは中程度の腐食抵抗を提供します。これは、マルテンサイト鋼の存在ですが、オーステナイトまたは二重グレードよりも劣っています. そのパフォーマンスは環境に依存します, 熱処理, および表面仕上げ.

腐食メカニズム & パフォーマンスデータ

• ピッティング抵抗: 木材= 18–20 (％Crとして計算されます + 3.3×％mo + 16×％n) - 316Lより低い (木材24–26) しかし、より高い 410 (木材16–18).
  で 5% NaCl Salt Spray Testing (ASTM B117), 17-4 ph (パッシブ) 500〜700時間対赤錆と抵抗します. 1,000+ 316Lの時間.
• 一般的な腐食: 淡水でうまく機能します, 空気, および軽度の化学物質 (pH 4–10). で 10% 硫酸 (h₂so₄), 腐食率はです 0.1 MM/年 (vs. 0.05 316LのMM/年).
• 顆粒間腐食 (IGC): 低炭素含有量 (<0.07%) ニオビウム安定化は炭化クロムの沈殿を防ぎます - ASTM A262練習eをパス (IGCテスト) 割れずに.
• ストレス腐食亀裂 (SCC): 淡水およびほとんどの化学物質にSCCに抵抗しますが、塩化物が豊富な環境では影響を受けやすい (>100 ppmcl⁻) 引張応力下. H1150気性 (強度が低い) H900よりもSCC耐性があります.

腐食緩和戦略

• 危険性: 20〜30％の硝酸を浸します (40–60°C, 30 分) crouso₃層を厚くするために、塩スプレー抵抗を改善します 30%.
• エレクトロポリッシング: 滑らかな表面を作成します (RA≤0.8μm) これにより、隙間腐食が減少します。これは、医療用および食品用途向けに批判的です.
• コーティング: 過酷な環境の場合 (海水), PTFEまたはセラミックコーティングを適用して、サービス寿命を2〜3倍延長する.

7. 製造方法: 鋳造, 鍛造, 機械加工, 溶接

鋳造

• インベストメント鋳造: 航空宇宙に広く使用されています, ポンプ, ネットシェイプジオメトリと細かい表面仕上げを必要とするバルブコンポーネント (RA1.6-3.2μm).
• 砂鋳造: 大きな部品に適用されます, ただし、次元の精度が低いため、後続の機械加工が必要です (ISOあたりのCT8 – CT10 8062).
• 重要な考慮事項:

• • 収縮手当は約2.0％です 17-4 ph.
  • 気孔率と分離のリスクは、制御された固化と高温等吸着性のプレスで軽減する必要があります (ヒップ).
  • キャスト後のソリューションアニーリングは、降水硬化前に不可欠です.

鍛造

• 閉じたダイの鍛造: より強い粒流とより高い疲労抵抗を生成します. シャフトに最適です, 着陸装置, および構造部品.
• オープンダイの鍛造: 大きなビレットに使用されます, ディスク, または、方向性強度が重要なリング.
• 利点:

• • 緊張強度 1380 H900気性のMPA 洗練された穀物構造で達成可能です.
  • 鋳造と比較して内部収縮のリスクが低下しました.

• 課題: キャスティングと比較して、ツールコストが高くなり、設計の自由が限られています.

機械加工

• 加工性: に匹敵します 304 溶液処理状態のステンレス鋼, しかし、降水硬化後に大幅に困難になります (例えば。, H900硬度〜44 HRC).
• 推奨事項:

• • リジッドセットアップを使用したカーバイドツールを使用します.
  • 洪水クーラントを使用して、ワーク硬化を減らします.
  • しばしば完成します 解決策状態, 続いて最終熱処理.

• アプリケーション: 精密航空宇宙継手, 医療機器, タービン成分.

溶接

• プロセス: gtaw (ティグ), ゴーン (自分), そして、Smawは実行可能です.
• 溶接性: 良い, しかし、溶けた熱処理が必要です (ソリューションアニーリング + エージング) 均一な降水硬化を回復するため.
• 重要なプラクティス:

• • 降水量がかかっています (年齢) 素材はすべきです ない 直接溶接する - クラッキングと機械的特性の減少のリスク.
  • フィラー金属: AWS A5.9 ER630または同等のものが設計されています 17-4 ph.

• パフォーマンス: 溶接は、適切な熱処理の後、近い親の強さを達成できます, ただし、タフネスは溶接ゾーンではわずかに低いことがあります.

8. の典型的なアプリケーション 17-4 PHステンレス鋼

17-4 PHステンレス鋼は、それが結合するため、厳しい産業に広く選ばれています 高強度, 耐食性, 熱処理後の優れた寸法安定性. 以下は、代表的なアプリケーション領域です:

航空宇宙 & 防衛

• 着陸装置コンポーネント, アクチュエータシャフト, およびタービンエンジン部品 - 強度と重量の比率とストレス腐食亀裂に対する耐性の恩恵を受ける.
• ファスナーとフィッティング - H900およびH1025テンパーは引張強度を提供します > 1,200 MPA, 負荷をかけるジョイントで重要です.

油 & ガス / エネルギー

• バルブステム, ポンプシャフト, コンプレッサー部品 - 17-4 pHは、塩化物が豊富なオフショア環境と高圧操作の両方に耐えます.
• ダウンホールツールと掘削装置 - 硬度と耐摩耗性が必要です, 多くの場合、H900〜H1025の気性.
• 発電タービン - ブレードで使用, ディスク, 高温抵抗のためのハウジング (最大315°Cまで).

化学処理 & 海兵隊

• アジテーターシャフト, インペラ, ミキサー - 酸性/アルカリ溶液に対する耐性を活用します.
• マリンハードウェア, プロペラシャフト, カップリング - デュプレックス合金はしばしばここで競争します, しかし 17-4 pHは、耐食性と機械加工性の優れたバランスを提供します.
• 海水淡水化装置 - 塩化物が豊富な塩水での実績のあるサービス生活.

医学 & 食品産業

• 手術器具, 整形外科インプラント - 高い硬度の恩恵を受ける, 耐摩耗性, 不動態化またはエレクトロポリッシング後の腐食保護.
• 食品加工装置 - 使用には、刃の切断が含まれます, ナイフ, および形成ツール, 強度と衛生的な表面の両方が重要です.

産業 & 一般工学

• プラスチック注入のためにカビとダイ - 熱処理後の優れた寸法安定性が長いサービスの寿命を確保する.
• ベアリング, ギア, と紡錘 - H900気性は高い耐摩耗性をサポートします.
• 高性能スプリングとファスナー - 疲労抵抗と腐食保護を組み合わせます.

9. さまざまな国際基準の下でブランド

10. 比較分析: 17-4 ph対. 競合する合金

17-4 PHステンレス鋼は、設計要件に応じていくつかの合金ファミリと競合します - 特に 強さ, タフネス, 耐食性, コスト.

高い機械的強度と中程度の腐食抵抗を組み合わせる独自の能力は、多目的な選択となります.

11. 課題 & 制限

その強みにもかかわらず, 17-4 PHには、設計とアプリケーションで対処する必要がある制限があります:

高温性能

• 制限: 強度は、500°Cの300°Cを超える急速に分解します, H900引張強度はに低下します 500 MPA (57% 削減).
• 緩和: 高温アプリケーション用 (>300°C), Inconelを使用してください 718 (保持します 90% 600°Cでの強度) またはコート 17-4 耐熱性セラミック層を備えたpH.

塩化物感受性

• 制限: 塩化物が豊富な環境では、孔食とSCCの影響を受けやすい (>100 ppmcl⁻) 引張応力下.
• 緩和: H1150気性を使用します (強度が低いとストレスが軽減されます); 定期的にパッシブ化します; 設計の隙間は避けてください.

硬化した気性を加工します

• 制限: H900気性 (HB 300–380) ツールの摩耗と機械加工コストを増加させます.
• 緩和: 溶液が鳴らされた状態の機械 (HB 200), その後、最終的な硬度に老化します; 重要な機能にはCBNツールを使用します.

料金

• 制限: 17-4 pHの費用は30〜50％増加します 304 銅とニオビウムの添加によるステンレス鋼.
• 緩和: 使用 17-4 荷重含有コンポーネントの場合のみ; 低コストの合金と組み合わせます (例えば。, 304) 非批判的な部分の場合.

12. 持続可能性 & 将来の傾向

17-4 持続可能性の目標と新興産業のニーズを満たすためにPHが進化しています:

持続可能性イニシアチブ

• リサイクルバリティ: 17-4 pHは 100% リサイクル可能, プロパティの損失なしで、リサイクル 17-4 pHが必要です 40% 一次材料よりも生成するエネルギーが少ない (世界のステンレス鋼協会).
• 廃棄物の減少: の投資キャスティング 17-4 pHは材料の廃棄物を最小限に抑えます (95–98％の利回り) vs. 機械加工 (70–80％の収率).
• 長いサービスライフ: 航空宇宙アプリケーションで, 17-4 PH成分は最後です 20+ 年 - 交換頻度と埋め立ての廃棄物を減らす.

将来の傾向

• 添加剤の製造 (午前): 3Dプリント 17-4 ph (レーザーパウダーベッドフュージョンを介して, LPBF) 複雑なジオメトリを生成します (例えば。, 格子構造) と 15% 鋳造部品よりも高い疲労抵抗 - 航空宇宙エンジンコンポーネントで使用.
• ナノスケールの降水: 高度な老化プロセス (例えば。, 等温老化) 小さく作成します, より均一なCu沈殿 (2–5 nm) - 靭性を減らすことなく、強度を10〜15％増加させます.
• ハイブリッド合金: 17-4 炭素ナノチューブで強化されたpH (CNT) またはセラミック粒子 - 高温強度を改善します 20% (次世代タービン部品の開発中).
• 低温老化: 新しい気性サイクル (400–450°C) エネルギー使用を減らします 30% 維持中 90% H900強度 - 大量のEVコンポーネントに耐えることができます.

13. 結論

17-4 PHステンレス鋼は柔軟です, 従来のステンレス鋼と高強度合金鋼の間のギャップを橋渡しする高性能合金ファミリー.

熱処理によって調整される能力は、デザイナーが必要とするときに例外的な選択となります 強さ, 合理的な腐食抵抗と製造可能性 同じ素材で.

適切な気性の選択, 慎重な製造 (溶接および機械加工の練習), 適切な表面処理はサービス寿命を最大化します.

塩化物が豊富なまたは非常に高温環境用, デュプレックスステンレス鋼やニッケルの超合金などの代替案を考慮する必要があります.

 

FAQ

は 17-4 pH磁気?

はい, それはマルテンサイトステンレス鋼だからです, ほとんどの気性で磁気です.

できる 17-4 冷たい作業によってpHが硬化します?

それは仕事をしています, しかし、意図した強化メカニズムは沈殿硬化です (エージング). 厳しい最終寸法の場合, 溶液処理状態の機械, それから年齢.

の違いは何ですか 17-4 pHおよび 15-5 PHステンレス鋼?

どちらもpHステンレス鋼です, しかし 17-4 pHにはクロムが高くなっています (15–17.5％対. 14–15.5％ 15-5 ph) そして、下層ニッケル (3–5％対. 3.5–5.5％ 15-5 ph).

17-4 pHはより高い強度を提供します (H900: 1,150 MPA対. 15-5 pH H900: 1,050 MPA), その間 15-5 pHは耐食性がわずかに優れています (木材 20 vs. 19) と形成性.

できる 17-4 PHは海水アプリケーションで使用されます?

限定—17-4 ph (木材18〜20) 海水での孔食を受けやすい (35,000 ppmcl⁻) 500〜700時間後 (ASTM B117).

長期の海水使用のため, 316Lを選択します (木材24–26) または二重 2205 (木材32–35).

もし 17-4 pHが必要です, H1150気性を使用します + エレクトロポリッシング + PTFEコーティングは、サービス寿命を2〜3年に延長します.

最高温度はどれくらいですか 17-4 pHは耐えることができます?

継続的なサービスのため, 17-4 pHは300°Cに制限されています (H900気性) または350°C (H1150気性).

300°C以上, 誰がコアンセンを沈殿させた, 強度を減らす. 短期曝露の場合 (1-2時間), 最大450°Cに耐えることができます.

溶接はどのように影響しますか 17-4 phのプロパティ?

溶接により、熱の影響を受けたゾーンが柔らかくなります (ハズ) Cu沈殿物を溶解することにより、HAZ引張強度は30〜40％低下する可能性があります.

強度を回復する, 溶けたソリューションアニーリングを実行します (1,050°C, 1 時間) + 元の気性への再び編成. ER630フィラー金属でGTAWを使用して、亀裂を最小限に抑えます.

は 17-4 医療インプラントに適したpH?

はい、H1150テンパー 17-4 pHは生体適合性があります (ISOに会います 10993) 整形外科インプラントで使用されます (膝, ヒップ) および手術器具.

エレクトロポリッシングが必要です (RA≤0.8μm) 細菌の接着とパッシベーションを減らすために、体液中の耐食性を高める.