耐热铁素体409HP

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)
机械性能：
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700－1100℉（370－590℃）温度范围后会脆化。在温度约为885℉（475℃）时这种脆化速度最快，经常称之为“885℉（475℃）脆化”。这是由称作α’马氏体的富Cr第二相的沉积引起的。885℉（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885℉（475℃）脆化。
应力断裂（Stress rupture）
409 和439 合金在1200℉（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1500℉（816℃）下应力为1500psi(10.3 MPa)或更低时，它的抗断裂时间较长。
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” （4.77mm）及以上的409 不锈钢板，其DBTT 值为高于室温，即150－250℉ （66－121℃），表明板材可能因出现脆裂而难以加工。409HP 薄板【3/16” （4.77mm）】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-50℉(-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。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。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。
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。36 炉409 合金用于研究稳定性要求。每一炉都含有足够的Ti 以满足ASTM 标准对409 钢种稳定性的要求，即Ti≥6×C。除Ti 之外，有11 炉还含有作为稳定元素的Nb。与其他铁素体不锈钢不同，没有标准的ASTM方法来检测Cr 含量为11 ％ 的铁素体合金Cr 的贫化和敏感性。ASTM A763 中确实有关于Cr 含量高的合金的测试，但要求太严，不适用于409 合金。
抗氧化性（Oxidation resistance）
数据表明在约为1400°F（760°C），Cr 含量为11 ％的AL409HP 有极好的抗氧化性。在较高的温度中其高起鳞速率和材料的损失不令人满意。
加工（Fabrication）
409HP 合金易于采用适用于其他不锈钢和低碳钢的普通的标准方法成形、机加工和焊接。
可成形性（Formability）
 409HP 合金的可成形性和成形方法与低碳钢非常相同。409HP 合金（及其他409 变种）和碳钢为铁素体材料，即具有体心立方晶体结构。这些材料可成形的冶金因素非常相似。例如，作为衡量加工淬硬性和拉伸成形性的应变硬化指数“n” 值，退过火的409HP 合金落在0.22－0.25 范围内，这些也是低碳钢的典型值，表明409HP 的拉伸成形性与低空隙的碳钢相似。
409HP 合金的深冲性能也和用于深冲的碳钢相似。其板带的平均应变比落在1.2－1.6 范围内，表明深冲性能很好，与碳钢的深冲质量相似。由于409HP 板材的DBTT 可能大于室温，有必要在严格的成形、弯曲或冲压前加热到300－500°F。成形半径大以及充分去除切边的毛刺也有利于成形。
（UNSS40900）和409 HPTM（UNSS40930）钢种板带的FLD已经发现409 合金在加工汽车排放系统方面有广泛的用途。象对低碳钢那样对板材制品进行常规的弯曲、剪切、下料、冲压和打孔。零件经拉拔或拉深成形为相当复杂的形状。409HP 合金焊管按照加工碳钢管的方法进行常规的弯曲、凸缘、扩径或减径。现在已能采用液压成形法成功地将409HP 合金制作成理想的形状。
机加工（Machining）
409HP 合金的机加工性能更接近于碳钢而不是300 系列奥氏体不锈钢。建议409HP 合金的机加工速度为牌号为B－112 碳钢、一种经常用作标准的易切削钢的60 ％、409HP 合金微型结构里的碳氮化钛和铌坚硬微粒会使工具的磨损速度比加工碳钢快。
焊接（Welding）
通常用于焊接碳钢的一般方法能容易地焊接409HP 合金，包括高频、电阻焊、GTAW 或TIG、GMAW 或MIG、电子束和激光等焊接技术。虽然常用自熔焊接，在制管时经常用409Cb 作为焊接的填充金属。409Cb 填充金属化学成分的配比要非常小心，避免焊接熔敷中的马氏体，它在汽车排放系统冷凝液那样的酸性环境里，比409HTM 母体的腐蚀更大。同样，也适合用奥氏体不锈钢填充金属409HP合金本身以及和碳钢或奥氏体不锈钢地焊接。还可以考虑用Ni 基合金填充金属焊接AL409HP 因为它们的热膨胀性更为接近。GTMA 和GMA 焊接过程中要用普通的惰性气体屏蔽（Ar 或He）。由于409HP（UNSS40930）合金配比好的化学成分以及Ti 和Nb 的稳定性在焊接热影响区的金属母体保持了耐蚀性和机械性能，保证焊接没有掺杂C 和N。采取适当地步骤使焊接处保持清洁可避免掺杂C，适当地用惰性气体（如Ar 或He）屏蔽可避免掺杂N。
钎焊（Brazing）
和标准的409（UNSS40900）合金相比，409HP（UNSS40930）的化学成分在可钎焊性方面有两个特殊的优点。第一，Ti 含量低的409HP 合金具有将妨碍钎焊合金亲水性的氧化钛降至最低的优点。第二，409HP（UNSS40930）合金的Nb 含量结合低Ti 含量具有极佳的稳定性，在钎焊周期中有很强的。
可用性（Availability）
409HP（UNSS40930）不锈钢产品形状可以为板材、带材和薄板。也可以用这种合金制作管材。