Мартенситные нержавеющие стали — это тип нержавеющей стали, механические свойства которой (такие как твёрдость и прочность) могут быть значительно изменены термической обработкой (например, закалкой и отпуском). Они относятся к семейству нержавеющих сталей, известному своей прочностью и твёрдостью.

Основные характеристики:
1. Микроструктура: Название происходит от первичной микроструктуры — мартенсита. Эта структура, образованная быстрым охлаждением (закалкой) аустенита при высоких температурах, представляет собой пересыщенный твёрдый раствор с объёмно-центрированной кубической структурой, что является основной причиной их высокой прочности и твёрдости.
2. Химический состав:
● Содержание хрома: Обычно от 11,5% до 18%. Хром является ключевым элементом, обеспечивающим «нержавеющие» свойства, образуя на поверхности пассивную плёнку, устойчивую к коррозии.
● Содержание углерода: Относительно высокое, обычно от 0,1% до 1,2%. Углерод необходим для образования мартенсита. Более высокое содержание углерода обеспечивает более высокую твёрдость и прочность после закалки, но, как правило, за счёт некоторого снижения ударной вязкости и коррозионной стойкости.

● Другие элементы: Обычно содержит мало или совсем не содержит никеля (ключевое отличие от аустенитной нержавеющей стали). Иногда для улучшения определённых свойств добавляют такие элементы, как молибден и ванадий.

Основные эксплуатационные характеристики:
Преимущества:
1. Высокая прочность и твёрдость: Это наиболее существенные преимущества. После надлежащей термообработки её прочность и твёрдость могут быть значительно выше, чем у других типов нержавеющей стали, достигая даже очень высоких значений.
2. Хорошая износостойкость: Высокая твёрдость естественным образом обеспечивает отличную износостойкость.
3. Умеренная стоимость: Поскольку она содержит мало или совсем не содержит драгоценного металла никеля, её стоимость, как правило, ниже, чем у аустенитной нержавеющей стали.
4. Свойства можно регулировать с помощью термообработки: изменяя параметры процесса закалки и отпуска, можно регулировать сочетание прочности, твёрдости и ударной вязкости в широком диапазоне для удовлетворения различных требований к применению.

5. Умеренная коррозионная стойкость: обладает хорошей коррозионной стойкостью в мягких средах (таких как воздух, пар, пресная вода и некоторые химические вещества). Превосходит углеродистую сталь, но уступает аустенитным и ферритным нержавеющим сталям.

Недостатки:
1. Относительно низкая коррозионная стойкость: питтинговое растрескивание и коррозионное растрескивание под напряжением широко распространены, особенно в хлоридной среде. Коррозионная стойкость — самая низкая среди всех типов нержавеющей стали.
2. Плохая свариваемость: при сварке в зоне термического влияния легко образуется твердая и хрупкая структура, что повышает склонность к образованию трещин. Поэтому требуется строгий предварительный и последующий нагрев.
3. Низкая ударная вязкость: пластичность и ударная вязкость низкие, особенно при высокой твердости.

Распространенные марки и области применения: Наиболее распространенная серия мартенситных нержавеющих сталей — серия 400.
●410 (1.4006): Наиболее распространенная и распространенная мартенситная нержавеющая сталь. Обладает хорошими механическими свойствами и умеренной коррозионной стойкостью.
▶Применение: Широко используется в изделиях, требующих как прочности, так и коррозионной стойкости, например, в производстве клапанов, деталей насосов, валов, болтов, гаек, столовых приборов и хирургических инструментов.

●420 (1.4021 / 1.4028): Эта нержавеющая сталь имеет более высокое содержание углерода, чем 410 (примерно 0,15% или более), что обеспечивает более высокую твёрдость и износостойкость после закалки, но несколько более низкую коррозионную стойкость.
▶Применение: В основном используется для производства ножей, режущих инструментов, измерительных приборов, подшипников, сопел, сёдел клапанов и многого другого. Многие распространённые столовые ножи и ножницы из нержавеющей стали изготавливаются из стали 420.
●Серия 440 (440A, 440B, 440C): Высокоуглеродистые, высокохромистые мартенситные нержавеющие стали. В частности, сталь 440C содержит 0,95–1,20% углерода, что делает её одной из самых твёрдых нержавеющих сталей. Она обладает превосходной износостойкостью, но относительно низкой вязкостью.
▶Применение: В основном используется в изделиях, требующих чрезвычайно высокой твёрдости и износостойкости, таких как высококачественные ножи, подшипники, хирургические лезвия и пресс-формы.
●431 (1.4057): Никель добавляется к хрому для повышения коррозионной стойкости и вязкости при сохранении высокой прочности.

▶Применение: Используется для деталей, требующих высокой прочности и хорошей коррозионной стойкости, таких как детали авиационных двигателей и валы насосов.
●420J2 и 420F: Легкообрабатываемые мартенситные нержавеющие стали с добавлением серы или селена для улучшения обрабатываемости.
▶Применение: Подходит для деталей, обрабатываемых на токарных автоматах в больших количествах, например, винтов и втулок.

Процесс термической обработки:
Характеристики мартенситной нержавеющей стали во многом зависят от термической обработки, которая в первую очередь включает в себя следующее:

1. Отжиг: для снижения твёрдости и улучшения обрабатываемости.

2. Закалка (аустенизация и закалка): нагрев до высоких температур (например, 980–1050 °C) растворяет карбиды с образованием аустенита, который затем быстро охлаждается (в масле или на воздухе) для превращения в мартенсит, достигая высокой твёрдости.

3. Отпуск: закалённый материал твёрдый, но хрупкий, поэтому для снижения внутренних напряжений и достижения баланса между вязкостью, прочностью и твёрдостью требуется отпуск (обычно при 150–700 °C). Особое примечание: при отпуске мартенситной нержавеющей стали следует избегать зоны хрупкости при температуре 475 °C, чтобы предотвратить резкое падение вязкости.