耐熱鐵素體409HP
一般介紹及應用（General description and applications）
409（UNS S40900）鋼種(zhong)是耐熱鐵素體，用以保證汽車排氣部件具有良好的耐氧化和腐蝕性。1961 年開發出這(zhe)種(zhong)合金用作汽車(che)的(de)(de)消(xiao)音(yin)器(qi)，從那以(yi)后這(zhe)種(zhong)通用的(de)(de)不(bu)銹鋼被用于汽車(che)的(de)(de)管道歧管、排(pai)氣管、催化轉換(huan)器(qi)、消(xiao)音(yin)器(qi)和尾管。409 鋼種突出的可(ke)成形性、可(ke)焊性和耐腐蝕性已使其在其他許多地方(fang)得到廣泛的應(ying)用(yong)，例如涵洞、家用(yong)加熱爐、汽車(che)恒溫器、燃料過濾器變壓器外(wai)殼和農場裝(zhuang)備(bei)。
409（UNS S40900）在大多地方使用良好，但在有些工業應用場合的焊接熱影響區會產生晶間腐蝕。該合金Ti 和(he)Nb 含量的(de)配(pei)比十分仔細(xi)，能抗可(ke)能在(zai)焊(han)接熱(re)影響區或母(mu)體金(jin)屬在(zai)其(qi)(qi)他受熱(re)情況下發生的(de)敏感(gan)性(xing)和晶間腐蝕(shi)。氮化鈦表面缺陷少是該合(he)金(jin)的(de)另一特點。穩定元素配(pei)比平衡可(ke)以達到最佳的(de)可(ke)焊(han)接性(xing)而在(zai)焊(han)接后不用以退(tui)火(huo)來恢復延(yan)性(xing)。其(qi)(qi)可(ke)成形性(xing)和韌性(xing)也有所提高。
409HP（USN S40930）合金是一種有專(zhuan)利權的不銹(xiu)鋼化(hua)學(xue)成分。和其(qi)他(ta)409 合金一(yi)樣，11 ％的Cr 含量使其耐蝕(shi)性比碳鋼大(da)(da)大(da)(da)加強。該(gai)合金有足夠的抗氧(yang)化性和耐蝕(shi)性，是汽車排放系統應用方面的極(ji)佳選擇。而熱端排放可能要用Cr 含量為18 ％的合金(jin)。409HP 合金良好的(de)可加工性(xing)，也有利于在(zai)汽車以外方面(mian)的(de)應用。
化學成分 (Composition)
機械性能(neng)：
物理性能（Physical properties）
409HP 合(he)金的特點(dian)是在正常(chang)的加工(gong)溫度(du)下為單相(xiang)鐵素(su)體微型結構，其中(zhong)沉(chen)積了(le)散射的Ti 和Nb 碳氮化物。對其化學成分(fen)的配比很仔細，避(bi)免在(zai)退火溫度中或在(zai)焊接的熱影響區形(xing)成奧(ao)氏(shi)體(ti)和隨之形(xing)成馬氏(shi)體(ti)。許(xu)多鐵素體(ti)長期置于700－1100℉（370－590℃）溫度范圍后會脆化。在溫度約為885℉（475℃）時這種脆化速度最快，經常稱之為“885℉（475℃）脆化”。這是由稱作(zuo)α’馬氏體的富Cr第二相的(de)沉(chen)積引起的(de)。885℉（475℃）脆化的速率極大程度取決于合金的Cr 含(han)量(liang)。Cr 含(han)量小于12％，很(hen)少出(chu)現885℉（475℃）脆化。
應力斷裂（Stress rupture）
409 和439 合金在1200℉（649℃）時斷裂數據相近，而439 合金在特殊(shu)應力下抗斷裂時(shi)間稍微(wei)長些。而由(you)于(yu)439 合金Cr 含量(liang)較高，在1500℉（816℃）下應力為1500psi(10.3 MPa)或更低時(shi)，它的抗斷裂時(shi)間較(jiao)長。
疲勞（Fatigue）
退火后的409 合金鋼(gang)帶(dai)的彎曲(qu)疲勞(lao)試驗(yan)表明1000 萬(wan)次(ci)循環(huan)的疲勞（持(chi)久(jiu)）極限(xian)為30，000－34，000 psi。這和其(qi)(qi)他表明鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼的持久(jiu)極限的典型(xing)值為其(qi)(qi)抗拉強度(du)50－55 ％的數據是(shi)一致的。
韌性 （Toughness）
和其他鐵(tie)素體(ti)一樣，在沖擊負荷下，溫度下降時會經歷從延性向脆性的轉變。“延(yan)性－脆性轉變溫度”（DBTT）是許多(duo)因素(su)的(de)函數，包括(kuo)熱(re)處理、微型(xing)結構、應(ying)力狀態、加載速(su)率缺口尖銳(rui)度、厚度及材(cai)料的(de)均勻性。通常，厚度在(zai)3/16” （4.77mm）及以上的(de)409 不銹鋼板，其DBTT 值為高于室溫，即(ji)150－250℉ （66－121℃），表明板材可能因出現脆裂而難以加工。409HP 薄(bo)板(ban)【3/16” （4.77mm）】顯示出相當接(jie)近或低(di)于室溫的(de)DBTT 值。0.079” (2 mm) 的409HP 合金，其縱向和橫向的(de)DBTT 都(dou)為-50℉(-46℃)。該值大大低于典型的加工和使用溫度，表明是以延性方式加工的。可預計更薄的板材或帶材有更低的DBTT 值。
（Corrosion resistance）
409 合金的(de)Cr 含量為11 ％，與(yu)碳鋼相比(bi)，其耐蝕性(xing)有相當大的提(ti)高。但與(yu)其他Cr 含量(liang)、特(te)別是Mo 含量較高(gao)(gao)的(de)(de)高(gao)(gao)價(jia)不銹鋼相比，它的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)比較低。盡管如此，該合金在許多汽車及非汽車的(de)(de)應用場合可提供充(chong)分的(de)(de)耐腐蝕(shi)和(he)氧化性(xing)。
大氣（Atmospheric）
在大(da)氣中其耐蝕性比碳鋼好。
氯化物(chlorides)
與其他鐵素體不銹鋼相比，在含氯化物的環境里，409 合金(jin)有極佳的抗(kang)應力腐蝕裂(lie)紋的性能。一般來說在氯化(hua)物(wu)存在之處(chu)，409 合金(jin)耐點蝕和縫隙腐蝕的(de)能力極低(di)。409 合金易(yi)受點蝕，表明(ming)即使(shi)在低氯化(hua)物的(de)水里，其碎裂的(de)可(ke)能值(zhi)相對較低。Cr 含(han)量(liang)較(jiao)高的合金，如(ru)439 鐵素體(ti)鋼或(huo)304 奧氏體鋼，它們的Cr 含量都(dou)為18 ％，它們的耐點蝕和縫隙腐蝕的性能要(yao)好的多(duo)，也就是碎(sui)裂的可能值(zhi)較(jiao)高(gao)。含有較(jiao)高(gao)Cr 并含Mo 的444 合金（18Cr-2Mo），在氯化物存在之處(chu)的(de)耐點(dian)蝕(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)性能更高。
晶間腐蝕 （Intergranular corrosion）
標準化學成分的409 合金不能避免焊接(jie)熱(re)影(ying)響區或經(jing)受(shou)一定熱(re)量的母體金屬(shu)的敏感性。工(gong)業(ye)報(bao)告顯示409 合(he)金發生過關(guan)于汽車焊(han)接(jie)排放系(xi)統元件和非汽車制造方面(mian)如熱交換器焊(han)接(jie)管現場故障，即使它(ta)滿足ASTM 關于穩(wen)定化(hua)的要求(qiu)，最少Ti＝6×C。故障的原因是熱影響(xiang)區(qu)的晶間腐蝕。
409HP 合金的(de)Ti 和(he)Nb 都很(hen)穩定，大大提高(gao)了抗敏感性（碳化鉻沉淀）和(he)可能的(de)耐晶間腐蝕性。
雙重的穩定性允許使用含Ti 低的(de)地材料使與(yu)Ti 有(you)關的表面缺陷(xian)降至最低。添(tian)加(jia)Nb 保證了作(zuo)為Ti 和Nb 碳氮化(hua)物的C 和N 的(de)(de)(de)沉淀，從而阻止引起敏感性和可能的(de)(de)(de)晶間腐蝕性的(de)(de)(de)碳氮化鉻(ge)的(de)(de)(de)沉淀。36 爐(lu)409 合金用于(yu)研究穩(wen)定性要求(qiu)。每一爐(lu)都含有足夠的Ti 以滿足ASTM 標準對409 鋼種穩定(ding)性的要求，即Ti≥6×C。除Ti 之外，有11 爐還含有作為穩(wen)定元素的Nb。與其他鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼不同，沒有標(biao)準的ASTM方(fang)法來檢測Cr 含量為11 ％ 的(de)鐵素體合(he)金Cr 的貧化(hua)和(he)敏感性。ASTM A763 中(zhong)確(que)實有關于(yu)Cr 含(han)量高的合金的測試，但要求太嚴，不(bu)適用于409 合金。
抗氧化性（Oxidation resistance）
數據表明在約為1400°F（760°C），Cr 含量為11 ％的AL409HP 有極(ji)好的抗氧化性。在(zai)較高的溫度中其高起(qi)鱗(lin)速率和材(cai)料的損失不令(ling)人滿意。
加工（Fabrication）
409HP 合金易于(yu)采(cai)用(yong)適用(yong)于(yu)其他不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和低(di)碳鋼(gang)的普通的標準方法成形、機(ji)加工和焊接。
可成形性（Formability）
409HP 合金的可成形(xing)性和成形(xing)方法與低碳鋼非常相同。409HP 合(he)金（及(ji)其(qi)他409 變種）和碳鋼為鐵(tie)素體材料(liao)，即(ji)具有(you)體心立方晶(jing)體結(jie)構。這些材料(liao)可成形的冶金因(yin)素非(fei)常(chang)相似(si)。例如，作為衡量(liang)加工淬硬性(xing)和拉伸成形性(xing)的應變硬化指數“n” 值，退過火的(de)409HP 合金落在(zai)0.22－0.25 范圍內，這些也是低(di)碳鋼的典(dian)型值(zhi)，表明409HP 的拉伸成形性與低空隙(xi)的碳鋼相似。
409HP 合金的深沖性能也和(he)用于深沖的碳鋼相似(si)。其板帶的平(ping)均應(ying)變(bian)比(bi)落在1.2－1.6 范(fan)圍內，表明(ming)深沖性能很好，與碳鋼的深沖質(zhi)量相似。由于409HP 板材(cai)的DBTT 可能大于室(shi)溫，有(you)必(bi)要在嚴格的成形(xing)、彎曲或沖壓前(qian)加熱到300－500°F。成形半徑大以及充分(fen)去除切邊的毛刺也(ye)有利于成形。
（UNSS40900）和409 HPTM（UNSS40930）鋼種板(ban)帶的(de)FLD已經發(fa)現409 合金(jin)在加工汽(qi)車排放系統(tong)方面有廣泛的用途。象對低(di)碳鋼那樣對板(ban)材制品(pin)進行常規的彎(wan)曲、剪切、下料、沖壓和打孔(kong)。零件(jian)經(jing)拉拔(ba)或(huo)拉深成形(xing)為相當復雜的形(xing)狀。409HP 合金焊(han)管(guan)按照加工碳鋼管(guan)的(de)方法進行常規(gui)的(de)彎曲、凸緣、擴徑或減徑。現在已能采用液壓成形法成功(gong)地將409HP 合金(jin)制作成理(li)想的形狀。
機加工（Machining）
409HP 合(he)金的機加工性(xing)能更接近于碳鋼而不是300 系列奧氏體不銹鋼。建議409HP 合金的機加工速度為牌號為B－112 碳鋼、一種經常(chang)用作標準(zhun)的(de)易切削鋼的(de)60 ％、409HP 合金(jin)微(wei)型結構里的(de)碳氮化(hua)鈦和鈮堅(jian)硬微(wei)粒會使工(gong)具的(de)磨(mo)損速度比加工(gong)碳鋼快。
焊接（Welding）
通常用于焊接碳鋼的一般方法能容易地焊接409HP 合(he)金，包(bao)括高頻、電阻焊、GTAW 或TIG、GMAW 或MIG、電子束和(he)激光等焊接技術(shu)。雖然常用自熔焊接，在制管時經常用409Cb 作(zuo)為焊接的填充金屬(shu)。409Cb 填充金屬化學成分的配比要非常小(xiao)心，避免(mian)焊接熔敷(fu)中的馬(ma)氏(shi)體，它在(zai)汽車(che)排放系統冷凝液(ye)那樣的酸性環境里，比409HTM 母體(ti)(ti)的腐蝕更大。同(tong)樣，也適合用奧氏體(ti)(ti)不銹鋼填充金屬(shu)409HP合金本身以及和碳鋼或(huo)奧氏體(ti)不銹鋼地焊接(jie)。還可以考慮用Ni 基合(he)金填充金屬焊(han)接AL409HP 因(yin)為它們的熱膨脹性更為接(jie)近。GTMA 和GMA 焊接過程中要用普通的惰性氣體屏(ping)蔽（Ar 或He）。由于409HP（UNSS40930）合金配比好(hao)的化學成(cheng)分以及Ti 和Nb 的(de)穩定性在焊(han)(han)接(jie)熱影響區的(de)金屬母體保(bao)持(chi)了耐蝕性和機械性能，保(bao)證焊(han)(han)接(jie)沒有摻雜C 和N。采取適當地步驟使焊接處保持清潔可避免(mian)摻雜C，適當地用惰(duo)性氣體（如(ru)Ar 或He）屏(ping)蔽可避免摻雜(za)N。
釬焊（Brazing）
和標準的409（UNSS40900）合金相比，409HP（UNSS40930）的(de)化學成分在可釬(han)焊性方(fang)面有兩個特殊的(de)優點。第一，Ti 含(han)量低的409HP 合(he)(he)金(jin)具(ju)有(you)將妨礙釬焊合(he)(he)金(jin)親水性(xing)的氧化鈦降至(zhi)最低的優點。第(di)二(er)，409HP（UNSS40930）合金的Nb 含量(liang)結合低Ti 含量具有極佳(jia)的穩定性，在釬焊周期中有很(hen)強(qiang)的。
可用性（Availability）
409HP（UNSS40930）不銹鋼產品形狀(zhuang)可(ke)以為板材、帶(dai)材和薄板。也可(ke)以用這種(zhong)合金制作管材。
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