Твёрдость в состоянии поставки
Лист и рулон поставляют в отожжённом (закалённом на аустенит) состоянии — максимально пластичными. ASTM A240 задаёт для них не минимальную, а максимальную твёрдость.
| Марка | Класс | HB, не более | HRB / HRC, не более |
|---|---|---|---|
| AISI 304 | аустенит | 201 | 92 HRB |
| AISI 316L, 321, 310S | аустенит | 217 | 95 HRB |
| AISI 430 | феррит | 183 | 89 HRB |
| Duplex 2205 | дуплекс | 293 | 31 HRC |
Мартенситные стали: твёрдость после закалки
Мартенситные хромистые стали содержат больше углерода и закаливаются, как инструментальные. Чем больше углерода, тем выше достижимая твёрдость.
| Марка | После отжига, HB | После закалки и отпуска |
|---|---|---|
| 20Х13 | 126–197 | по HRC не нормируется; в улучшенном состоянии ≈ 207–241 HB |
| 30Х13 | 131–217 | не менее 48 HRC |
| 40Х13 | 143–229 | не менее 50 HRC |
| 95Х18 | не более 269 | не менее 55 HRC |
| AISI 420 (пруток) | не более 241–255 | ≈ 47–48 HRC при отпуске 204–427 °C |
| AISI 440C | не более 269 | 59 / 57 / 56 HRC при отпуске 204 / 260 / 316–371 °C |
Для 30Х13, 40Х13 и 95Х18 значения — минимумы по действующему ГОСТ 5949-2018 (таблица 2, после закалки и низкого отпуска; прежняя редакция 1975 года дала те же цифры). Режимы: 30Х13 — закалка с 950–1050 °C в масло, 40Х13 — с 1000–1050 °C, отпуск 200–300 °C. На практике твёрдость готовых изделий часто выше нормативного минимума — подробнее в статье о сталях 20Х13, 30Х13 и 40Х13.
Нагартовка аустенита
Аустенитные стали (серии 300 и 200) закалкой не упрочняются. Их прочность и твёрдость поднимают холодной деформацией — прокаткой или волочением. ASTM A666 задаёт стандартные нагартованные состояния.
| Состояние | σв, МПа | σ0,2, МПа | HRC (типично) |
|---|---|---|---|
| Отожжённая AISI 304 (для сравнения) | 515 | 205 | — |
| 1/4 hard | 860 | 515 | 25–32 |
| 1/2 hard | 1035 | 760 | 32–37 |
| 3/4 hard (только 301, 201) | 1205 | 930 | 37–41 |
| Full hard (только 301, 201) | 1275 | 965 | 41 и выше |
Твёрдость в HRC для этих состояний стандартом не нормируется — приведены типичные отраслевые значения по данным Atlas Steels.
Перевод твёрдости HRC ↔ HB
| HRC | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 58 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HB | 226 | 253 | 286 | 327 | 371 | 421 | 481 | 560 | 615 |
| HRB | 80 | 85 | 89 | 90 | 92 | 95 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HB | 150 | 165 | 180 | 185 | 195 | 210 | 240 |
Перевод всегда ориентировочный. Значения HB от 50 HRC и выше — для шарика из твёрдого сплава. Для аустенитных листов в ASTM E140 есть отдельные таблицы, поэтому пары из ASTM A240 (например, 201 HB ≈ 92 HRB) с этой таблицей точно не совпадают.
Какую сталь выбрать по твёрдости
- Ножи, режущий инструмент, подшипники — 95Х18, AISI 440C, 40Х13 после закалки.
- Валы, оси, детали насосов, крепёж — 20Х13, 30Х13 в улучшенном состоянии: сочетание прочности и вязкости.
- Пружины, упругие детали — нагартованная аустенитная лента и проволока.
- Нагруженные конструкции без закалки — дуплекс 2205: прочнее аустенита при хорошей коррозионной стойкости.
- Ёмкости, трубопроводы, листовые изделия — аустенит 304, 316L, 321: важна пластичность, а не твёрдость.
Частые вопросы
Можно ли закалить AISI 304 или 12Х18Н10Т?
Нет. Аустенитные стали не упрочняются закалкой: термообработка при 1000–1100 °C, наоборот, делает их мягче. Твёрдость аустенита повышают только холодной деформацией (нагартовкой) — прокаткой, волочением, штамповкой.
Какая нержавейка самая твёрдая?
Из распространённых — мартенситные стали с высоким углеродом: 95Х18 (по ГОСТ 5949 — не менее 55 HRC после закалки и отпуска) и AISI 440C (56–59 HRC в зависимости от температуры отпуска). Их применяют для ножей, подшипников и режущего инструмента.
Чем 40Х13 отличается от 20Х13 по твёрдости?
В 40Х13 больше углерода, поэтому после закалки она твёрже: по ГОСТ 5949 — не менее 50 HRC после закалки и отпуска. Для 20Х13 норма по HRC не установлена: её обычно применяют в улучшенном состоянии с твёрдостью около 207–241 HB, где важна прочность и вязкость, а не максимальная твёрдость.
Как перевести HB в HRC?
По таблицам ASTM E140, и только ориентировочно: разные методы измеряют твёрдость по-разному. Например, 30 HRC соответствует примерно 286 HB, 50 HRC — около 481 HB. Для аустенитных сталей в стандарте есть отдельные таблицы.
Что значит 1/2 hard у нержавейки?
Это нагартованное состояние аустенитной стали по ASTM A666: временное сопротивление не менее 1035 МПа, предел текучести не менее 760 МПа — примерно вдвое прочнее отожжённой AISI 304. Такую ленту и лист применяют для пружин и упругих деталей.
Почему дуплекс 2205 твёрже 316L?
Из-за двухфазной аустенитно-ферритной структуры и азота. У 2205 предел текучести по ASTM A240 не меньше 450 МПа против 170 МПа у 316L, максимальная твёрдость — 293 HB (31 HRC) против 217 HB.
Источники
- ASTM A240 — предельная твёрдость листа (по сводным таблицам Atlas Steels)
- ASTM A666 — нагартованный аустенитный прокат
- ГОСТ 5949-75 «Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная» (действующая редакция — ГОСТ 5949-2018)
- ASTM E140 — таблицы перевода твёрдости
- AZoM — Stainless steel grade datasheets (420, 440C)
- Марочник сталей и сплавов (splav-kharkov.com) — 20Х13, 30Х13, 40Х13, 95Х18