耐熱鐵素體409HP
一般介紹及應用（General description and applications）
409（UNS S40900）鋼種是耐熱鐵素體不銹鋼，用以保證汽車排氣部件具有良好的耐氧化和腐蝕性。1961 年開發出這種合金用作汽車的消音器，從那以后這種通用的不銹鋼被用于汽車的管道歧管、排氣管、催化轉換器、消音器和尾管。409 鋼種突出的可成形性、可焊性和耐腐蝕性已使其在其他許多地方得到廣泛的應用，例如涵洞、家用加熱爐、汽車恒溫器、燃料過濾器變壓器外殼和農場裝備。
409（UNS S40900）鐵素體不銹鋼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Nb 含量的配比十分仔細，能抗可能在焊接熱影響區或母體金屬在其他受熱情況下發生的敏感性和晶間腐蝕。氮化鈦表面缺陷少是該合金的另一特點。穩定元素配比平衡可以達到最佳的可焊接性而在焊接后不用以退火來恢復延性。其可成形性和韌性也有所提高。
409HP（USN S40930）合金是一種有專利權的不銹鋼化學成分。和其他409 合金一樣，11 ％的Cr 含量使其耐蝕性比碳鋼大大加強。該合金有足夠的抗氧化性和耐蝕性，是汽車排放系統應用方面的極佳選擇。而熱端排放可能要用Cr 含量為18 ％的合金。409HP 合金良好的可加工性，也有利于在汽車以外方面的應用。
化學成分 (Composition)
機械性能：
物理性能（Physical properties）
409HP 合金的特點是在正常的加工溫度下為單相鐵素體微型結構，其中沉積了散射的Ti 和Nb 碳氮化物。對其化學成分的配比很仔細，避免在退火溫度中或在焊接的熱影響區形成奧氏體和隨之形成馬氏體。許多鐵素體長期置于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α’馬氏體的富Cr第二相的沉積引起的。885℉（475℃）脆化的速率極大程度取決于合金的Cr 含量。Cr 含量小于12％，很少出現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 合金在特殊應力下抗斷裂時間稍微長些。而由于439 合金Cr 含量較高，在1500℉（816℃）下應力為1500psi(10.3 MPa)或更低時，它的抗斷裂時間較長。
疲勞（Fatigue）
退火后的409 合金鋼帶的彎曲疲勞試驗表明1000 萬次循環的疲勞（持久）極限為30，000－34，000 psi。這和其他表明鐵素體不銹鋼的持久極限的典型值為其抗拉強度50－55 ％的數據是一致的。
韌性 （Toughness）
和其他鐵素體不銹鋼一樣，在沖擊負荷下，溫度下降時會經歷從延性向脆性的轉變。“延性－脆性轉變溫度”（DBTT）是許多因素的函數，包括熱處理、微型結構、應力狀態、加載速率缺口尖銳度、厚度及材料的均勻性。通常，厚度在3/16” （4.77mm）及以上的409 不銹鋼板，其DBTT 值為高于室溫，即150－250℉ （66－121℃），表明板材可能因出現脆裂而難以加工。409HP 薄板【3/16” （4.77mm）】顯示出相當接近或低于室溫的DBTT 值。0.079” (2 mm) 的409HP 合金，其縱向和橫向的DBTT 都為-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。
耐蝕性（Corrosion resistance）
409 合金的Cr 含量為11 ％，與碳鋼相比，其耐蝕性有相當大的提高。但與其他Cr 含量、特別是Mo 含量較高的高價不銹鋼相比，它的耐蝕性比較低。盡管如此，該合金在許多汽車及非汽車的應用場合可提供充分的耐腐蝕和氧化性。
大氣（Atmospheric）
在大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 合金有極佳的抗應力腐蝕裂紋的性能。一般來說在氯化物存在之處，409 合金耐點蝕和縫隙腐蝕的能力極低。409 合金易受點蝕，表明即使在低氯化物的水里，其碎裂的可能值相對較低。Cr 含量較高的合金，如439 鐵素體鋼或304 奧氏體鋼，它們的Cr 含量都為18 ％，它們的耐點蝕和縫隙腐蝕的性能要好的多，也就是碎裂的可能值較高。含有較高Cr 并含Mo 的444 合金（18Cr-2Mo），在氯化物存在之處的耐點蝕和縫隙腐蝕性能更高。
晶間腐蝕 （Intergranular corrosion）
標準化學成分的409 合金不能避免焊接熱影響區或經受一定熱量的母體金屬的敏感性。工業報告顯示409 合金發生過關于汽車焊接排放系統元件和非汽車制造方面如熱交換器焊接管現場故障，即使它滿足ASTM 關于穩定化的要求，最少Ti＝6×C。故障的原因是熱影響區的晶間腐蝕。
409HP 合金的Ti 和Nb 都很穩定，大大提高了抗敏感性（碳化鉻沉淀）和可能的耐晶間腐蝕性。
雙重的穩定性允許使用含Ti 低的地材料使與Ti 有關的表面缺陷降至最低。添加Nb 保證了作為Ti 和Nb 碳氮化物的C 和N 的沉淀，從而阻止引起敏感性和可能的晶間腐蝕性的碳氮化鉻的沉淀。36 爐409 合金用于研究穩定性要求。每一爐都含有足夠的Ti 以滿足ASTM 標準對409 鋼種穩定性的要求，即Ti≥6×C。除Ti 之外，有11 爐還含有作為穩定元素的Nb。與其他鐵素體不銹鋼不同，沒有標準的ASTM方法來檢測Cr 含量為11 ％ 的鐵素體合金Cr 的貧化和敏感性。ASTM A763 中確實有關于Cr 含量高的合金的測試，但要求太嚴，不適用于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 有極好的抗氧化性。在較高的溫度中其高起鱗速率和材料的損失不令人滿意。
加工（Fabrication）
409HP 合金易于采用適用于其他不銹鋼和低碳鋼的普通的標準方法成形、機加工和焊接。
可成形性（Formability）
409HP 合金的可成形性和成形方法與低碳鋼非常相同。409HP 合金（及其他409 變種）和碳鋼為鐵素體材料，即具有體心立方晶體結構。這些材料可成形的冶金因素非常相似。例如，作為衡量加工淬硬性和拉伸成形性的應變硬化指數“n” 值，退過火的409HP 合金落在0.22－0.25 范圍內，這些也是低碳鋼的典型值，表明409HP 的拉伸成形性與低空隙的碳鋼相似。
409HP 合金的深沖性能也和用于深沖的碳鋼相似。其板帶的平均應變比落在1.2－1.6 范圍內，表明深沖性能很好，與碳鋼的深沖質量相似。由于409HP 板材的DBTT 可能大于室溫，有必要在嚴格的成形、彎曲或沖壓前加熱到300－500°F。成形半徑大以及充分去除切邊的毛刺也有利于成形。
（UNSS40900）和409 HPTM（UNSS40930）鋼種板帶的FLD已經發現409 合金在加工汽車排放系統方面有廣泛的用途。象對低碳鋼那樣對板材制品進行常規的彎曲、剪切、下料、沖壓和打孔。零件經拉拔或拉深成形為相當復雜的形狀。409HP 合金焊管按照加工碳鋼管的方法進行常規的彎曲、凸緣、擴徑或減徑。現在已能采用液壓成形法成功地將409HP 合金制作成理想的形狀。
機加工（Machining）
409HP 合金的機加工性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、一種經常用作標準的易切削鋼的60 ％、409HP 合金微型結構里的碳氮化鈦和鈮堅硬微粒會使工具的磨損速度比加工碳鋼快。
焊接（Welding）
通常用于焊接碳鋼的一般方法能容易地焊接409HP 合金，包括高頻、電阻焊、GTAW 或TIG、GMAW 或MIG、電子束和激光等焊接技術。雖然常用自熔焊接，在制管時經常用409Cb 作為焊接的填充金屬。409Cb 填充金屬化學成分的配比要非常小心，避免焊接熔敷中的馬氏體，它在汽車排放系統冷凝液那樣的酸性環境里，比409HTM 母體的腐蝕更大。同樣，也適合用奧氏體不銹鋼填充金屬409HP合金本身以及和碳鋼或奧氏體不銹鋼地焊接。還可以考慮用Ni 基合金填充金屬焊接AL409HP 因為它們的熱膨脹性更為接近。GTMA 和GMA 焊接過程中要用普通的惰性氣體屏蔽（Ar 或He）。由于409HP（UNSS40930）合金配比好的化學成分以及Ti 和Nb 的穩定性在焊接熱影響區的金屬母體保持了耐蝕性和機械性能，保證焊接沒有摻雜C 和N。采取適當地步驟使焊接處保持清潔可避免摻雜C，適當地用惰性氣體（如Ar 或He）屏蔽可避免摻雜N。
釬焊（Brazing）
和標準的409（UNSS40900）合金相比，409HP（UNSS40930）的化學成分在可釬焊性方面有兩個特殊的優點。第一，Ti 含量低的409HP 合金具有將妨礙釬焊合金親水性的氧化鈦降至最低的優點。第二，409HP（UNSS40930）合金的Nb 含量結合低Ti 含量具有極佳的穩定性，在釬焊周期中有很強的。
可用性（Availability）
409HP（UNSS40930）不銹鋼產品形狀可以為板材、帶材和薄板。也可以用這種合金制作管材。
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