Какие стали относятся к аустенитным сталям? - ПОДАРКИ СВОИМИ РУКАМИ
Shtuchkiruchkami.ru

ПОДАРКИ СВОИМИ РУКАМИ
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какие стали относятся к аустенитным сталям?

Аустенитная сталь

Аустенитная сталь – одна из модификаций железа с высокой степенью легирования. Обладает гранецентрированной кристаллической решеткой. Она легко сохраняет свою структуру даже при очень низких температурах. Аустениты располагают высокими показателями прочности. Он устойчивы как высоким температурам и большим нагрузкам.

Свойства аустенитных сталей

Сталь аустенитного класса образует 1-фазную структуру во время процесса кристаллизации. Ее кристаллическая решетка не изменяется даже при резком охлаждении до отрицательных температур (–200 °C). Основными компонентами аустенитных железных сплавов являются хром и никель. От доли их содержания зависят технологичность, пластичность, прочность и жаростойкость материала. Для легирования применяют следующие материалы:

  1. Ферритизаторы: титан, кремний, молибден, ниобий. Они стабилизируют структуру аустенитов и формируют объемноцентрированную кубическую решетку.
  2. Аустенизаторы: азот, марганец и углерод. Они присутствуют в избыточных фазах, формирующихся во время термообработки железных сплавов.

По свойствам материалов аустенитные модификации железа делятся на следующие типы:

  1. Коррозионностойкие (нержавеющие). В их состав входит хром (18%), никель (30%) и углерод (0,25%). Эти высоколегированные стали применяются в промышленном производстве с 1910 г. Их главным преимуществом является устойчивость к коррозии. Материал сохраняет это свойство даже при сильном нагревании, что обусловлено низким содержанием углерода. Коррозионностойкие железные сплавы производятся, согласно ГОСТ 5632-2014. В них могут присутствовать добавки из кремния, марганца, и молибдена.
  2. Жаростойкие. Они обладают ГЦК-решеткой и устойчивы к воздействию высоких температур. Этот материал можно нагревать до 1100 °C. Жаропрочные аустенитные стали применяются при изготовлении печных устройств, турбин роторов электростанций и иных приборов, работающих при помощи дизельного топлива. При производстве данной модификации железа используются дополнительные добавки из бора, ниобия, ванадия, молибдена и вольфрам. Эти химические элементы повышают жаропрочность материала.
  3. Хладостойкие. В составе этих высоколегированных сталей присутствуют хром (19%) и никель (25%). Главным достоинством материала является высокая вязкость и пластичность. Также эта модификация железа располагает высокой стойкостью к коррозии. Хладостойкие металлы сохраняют данные свойства даже при резком понижении температуры. Их главным недостатком является низкая прочность во время работы при комнатной температуре.

Аустенитная высоколегированная сталь является одной из самых дорогих модификаций железа, потому что в них содержится большое количество дорогостоящих материалов: хрома и никеля. Также на ее стоимость влияет количество дополнительных легирующих компонентов, позволяющих создавать железные сплавы с особыми свойствами. Дополнительные элементы легирования подбираются в зависимости от сложности работ, где применяются аустенит.

В аустенитных сталях могут осуществляться следующие разновидности превращений:

  1. Образование феррита при нагреве железного сплава до высоких температур.
  2. При нагреве до температуры 900 °C из аустенита начинают выделяться избыточные карбидные фазы. Во время этого процесса на аустенитной поверхности образуется межкристаллическая коррозия, постепенно разрушающая материал.
  3. Во время охлаждения аустенита до температуры 730 °C происходит эвтектоидный распад. В результате образуется перлит – модификация железных сплавов. Его микроструктура представлена в виде небольших пластин или округлых зерен.
  4. При резком понижении температуры металлического изделия формируется мартенсит – микроструктура, состоящая из пластин игольчатого или реечного вида.

Время, требуемое для превращения аустенитной стали в иные модификации железа, определяется содержанием углерода в твердом растворе и количеством дополнительных легирующих компонентов. Чем ниже эти показатели, тем быстрее охлаждается металлическое изделие.

Методы получения аустенита

Стали аустенитного класса образуются в процессе появления и роста зерен исходной микроструктуры металлического изделия. Формирование аустенита осуществляется на поверхности раздела фаз феррита и карбида. Карбидные частицы постепенно растворяются в твердом растворе аустенита.

Получить аустенит также можно из эвтектоидной модификации железа, состоящей из феррита и цементита. Для этого исходную металлическую заготовку необходимо нагреть до температуры 900 °C. Важно, чтобы в сплаве присутствовала минимальная концентрация углерода, равняющаяся 0,66%. Во время этого процесса феррит превращается в аустенит, а цементит полностью растворяется. В итоге сформируется нержавеющая аустенитная сталь.

При производстве металлических заготовок из аустенитных сталей, стабилизированных титаном, необходимо в вакуумно-индукционной печи переплавить металл. Полученный расплав выдерживают в течение длительного периода для его деазотирования. Количество времени, требуемого для этого процесса, зависит от массы исходного изделия. После выдержки в расплавленный аустенит вводится смесь из титана и нитридообразующих химических элементов.

Для получения устойчивой аустенитной структуры в состав исходной модификации железа добавляются хром и никель. При этом важно соблюдать пропорции. Процентное содержание никеля должно составлять не менее 20%, хрома – не более 19%. Эти химические вещества повышают устойчивость аустенита к высоким температурам и большим нагрузкам. Также они увеличивают выделение карбидов. Материал становится коррозионностойким.

При добавлении хрома и никеля в состав железной модификации нужно выдерживать материал в течение более длительного времени. Очень часто в полученный раствор добавляется смесь из молибдена или фосфора. Эти химические вещества увеличивает вязкость и усталостную прочность железного сплава. Для снижения износа полученного аустенита используют дополнительные легирующие материалы и энергоемкие карбиды.

Применение сплавов

Стали аустенитного класса используются при изготовлении устройств, работающих при высоких температурах, начиная от 200 °C: парогенераторов, роторов, турбин и сварочных механизмов. Недостатком использования аустенита в этих механизмах является низкая прочность металла. При длительном контакте железных сплавов различными гидроокисями могут образоваться дополнительные трещины, что приведет к поломке рабочих поверхностей устройств. Устранить этот недостаток можно при добавлении в раствор железа дополнительных химических элементов: ванадия и ниобия. Они формируют карбидную фазу, увеличивающих показатели прочности стали.

Нержавеющие аустенитные стали используются в механизмах, функционирующих в сложных условиях и при сильных перепадах температурных показателей. Чаще всего они используются при сварке коррозионностойких труб. Во время этого процесса между крепежными элементами образуется шовное пространство. При нагревании нержавеющих труб из аустенита до температуры плавления они приобретают монолитную структуру, защищающей металл от процессов окисления и высоких перепадов температур.

Также аустенитные стали обладают высокой устойчивостью к электромагнитным излучениям. Поэтому ее применяют при производстве отдельных деталей для радиоэлектронного оборудования. Аустенит улучшает прочность механизмов радио и не теряет свои свойства при изменениях структуры магнитного поля. По этой причине радиотехническая аппаратура будет легко принимать необходимые сигналы.

Аустенитные сплавы железа нашли широкое применение в производстве механизмов, работающих в водной среде. Нержавеющая сталь устойчива к образованию коррозии. Она используется в качестве защитного материала. При правильном соотношении хрома и никеля аустенит может сформировать тонкий слой, снижающим влияния водной среды на рабочую поверхность металлического приспособления. В результате снижается износ устройства. Но при значительном вымывании никеля материал полностью теряет устойчивость к коррозии.

В современных корпусах турбин также используются аустенитные стали с большим пределом текучести. Они позволяют избежать коробления данного устройства и улучшить показатели его прочности. Благодаря наличию крупнозернистой структуры, при помощи аустенита с высоким пределом текучести также можно укрепить конструкцию ротора турбины. Недостатком этой технологии является значительное повышение стоимости механизмов из-за использования большого количества дорогой аустенитной стали.

Читать еще:  Арматура классификация марки и классы арматурной стали

Марки аустенитной стали

Регламент изготовления аустенита определен в ГОСТ 5632-2014. В нем указываются следующие марки сталей аустенитного класса:

  • 12Х18Н9Т;
  • 08Х18Н10Т;
  • 12Х18Н10Т;
  • 12Х18Н9;
  • 17Х18Н9;
  • 08Х18Н10;
  • 03Х18Н11.

Аустенитные стали – работают в самых агрессивных средах!

Аустенитные стали, обладая рядом особых свойств, применяются в тех рабочих средах, которые отличаются высокой агрессивностью. Такие сплавы незаменимы в энергетическом машиностроении, на предприятиях нефтяной и химической промышленности.

1 Аустенитные стали – общее описание

К аустенитным относят сплавы с высоким уровнем легирования, которые при кристаллизации обычно образуют однофазную систему, характеризуемую кристаллической гранецентрированной решеткой. Такой тип решетки в описываемых сталях остается неизменным даже в тех случаях, когда металл охлаждается до очень низких температур, называемых криогенными (в районе -200 градусов Цельсия). В некоторых случаях стали аустенитного класса имеют и еще одну фазу (ее объем в сплаве может достигать десяти процентов) – феррита с высокой степенью легирования. В этом случае решетка является объемноцентрированной.

Разделение аустенитных сталей на две группы производится по составу их основы, а также по содержанию в сплаве легирующих компонентов – никеля и хрома:

  1. Композиции на основе железа: содержание никеля – до 7 %, хрома – до 15 %, общее количество легирующих добавок – не более 55 %.
  2. Композиции на никелевой (55 % и более никеля) и железоникелевой основе (в них содержится 65 и больше процентов никеля и железа, причем отношение первого ко второму составляет 1 к 1,5).

В таких сплавах никель увеличивает пластичность, жаропрочность и технологичность стали, а хром отвечает за придание ей требуемой коррозионной и жаростойкости. А добавляя другие легирующие компоненты, можно добиться уникальных свойств аустенитных составов, набор коих и обуславливает служебное предназначение того или иного сплава.

Чаще всего аустенитные стали легируются следующими элементами:

  • Ферритизаторами, которые стабилизируют структура аустенита. К ним относят ванадий, вольфрам, ниобий, титан, кремний и молибден.
  • Аустенитизаторами, коими являются азот, углерод и марганец.

Все указанные компоненты располагаются как в избыточных фазах, так и непосредственно в твердом стальном растворе.

По принятой классификации, учитывающей систему легирования, любая аустенитная сталь может быть причислена к хромомарганцевой либо к хромоникелевой. Кроме того, сплавы делят на хромоникельмарганцевые и хромоникельмолибденовые.

2 Коррозионно-, жаро- и хладостойкие аустенитные сплавы

Разнообразие добавок позволяет создавать особые аустенитные стали, которые используются для изготовления деталей для конструкций, работающих в высокотемпературных, коррозионных и криогенных условиях. Исходя из этого, аустенитные составы и подразделяют на разные группы:

  • жаропрочные и жаростойкие стали;
  • коррозионностойкие;
  • хладостойкие.

Жаростойкие составы не разрушаются при воздействии на них химической среды. Их можно применять при температурах до +1150 градусов. Из таких сталей изготавливают разнообразные слабонагруженные изделия:

  • элементы газопроводных систем;
  • арматуру для печного оборудования;
  • нагревательные детали.

Жаропрочные марки сталей могут достаточно долго сопротивляться нагрузкам в высокотемпературных условиях, сохраняя при этом свои изначально высокие механические характеристики. Их обязательно легируют вольфрамом и молибденом (каждая из присадок может содержаться в стальной композиции в количестве до семи процентов). А для измельчения зерна в некоторые аустенитные сплавы вводят в небольших количествах бор.

Обозначим часто встречающиеся марки жаростойких и жаропрочных сталей описываемого в статье класса: Х15Н35ВТР, 10Х12Н20Т3Р, 40Х18Н25С2, 1Х15Н25М6А, 20X23H13, 10X15H18B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18H12T, 08Х16Н9М2, 10Х15Н35ВТ, 20Х25Н20С2, 1Х15Н25М6А, 20X23H13, 10X15H18B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18H12T.

Аустенитные нержавеющие стали (то есть коррозионностойкие) характеризуются малым содержанием углерода (не допускается наличия свыше 0,12 процентов этого химического элемента). Никеля в них может быть от 8 до 30 %, а хрома от 12 до 18%. Любая аустенитная нержавеющая сталь проходит термическую обработку (отпуск, закалку или отжиг стали). Термообработка необходима для того, чтобы изделия из нержавейки хорошо «чувствовали» себя в разных агрессивных средах – в щелочных, газовых, жидкометаллических, кислотных при температурах от +20 градусов и больше.

Наиболее известны следующие марки аустенитных коррозионностойких сталей:

  • хромоникельмолибденовые: 03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16H15M3, 10Х17Н13М3Т;
  • хромомарганцевые: 07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14H4T;
  • хромоникелевые: 08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18H10T, 06X18Н11, 12X18H10T, 08X18H10;
  • с большим содержанием кремния (от 3,8 до 6,7 %): 15Х18Н12C4Т10, 02Х8Н22С6.

Хладостойкие аустенитные композиции содержат 8–25 % никеля и 17–25 % хрома. Применяются они для криогенных аппаратов, имеют высокую стоимость производства, поэтому используются весьма ограниченно. Чаще всего встречаются криогенные стали 07Х13Н4АГ20 и 03Х20Н16АГ6, которые легируются азотом. Этот элемент вводят для того, чтобы сплав при температуре +20° имел более высокий предел текучести.

3 Особенности аустенитных сплавов разных систем легирования

Наиболее распространенными считаются аустенитные хромоникелевые стали, которые имеют добавки молибдена. Их применяют тогда, когда есть риск образования щелевой либо питтинговой коррозии. Они демонстрируют высокую стойкость в восстановительных атмосферах, и делятся на два вида:

  • нестабилизированные титаном с содержанием углерода не более 0,03 %;
  • стабилизированные титаном с углеродом от 0,08 до 0,1 %.

Такие марки хромоникелевых композиций, как Х17Н13М2 и Х17Н13М3, оптимальны для конструкций, функционирующих в сернокислых средах, в уксусной десятипроцентной кислоте, в фосфорной кислоте в кипящем состоянии.

Хромоникелевые стали с добавлением ниобия или титана отличаются минимальной опасностью к образованию коррозии межкристаллитного типа. Ниобия вводят по сравнению с углеродом в 9–10 раз больше, а титана – в 4–5,5 раз больше. К сплавам с подобной возможностью относят следующие составы: 0Х18Н12Б, 0Х18Н10Т, Х18Н9Т и некоторые другие.

Увеличить коррозионную стойкость описываемых сталей также можно посредством введения в них кремния. Яркими представителями таких специальных композиций являются такие сплавы:

  • 015Х14Н19С6Б;
  • 03Х8Н22С6.

Они без преувеличения идеальны для производства химических сварных агрегатов, в которых хранится и перерабатывается азотная концентрированная кислота.

Хромомарганцевые стали типа 2Х18Н4ГЛ характеризуются высокими литейными характеристиками, поэтому их эксплуатируют на производствах, где применяются коррозионностойкие литые конструкции. Другие хромомарганцевые сплавы (например, 10Х13Г12Н2СА и 08Х12Г14Н4ЮМ) в горючих средах более стойки к коррозии, нежели хромоникелевые.

4 Термообработка аустенитных сталей и ее особенности

Жаропрочные и жаростойкие сплавы аустенитной группы подвергаются при необходимости разным видам термической обработки с целью увеличения своих свойств, а также для модификации имеющейся структуры зерна: число и принцип распределения дисперсных фаз, величина блоков и самого зерна и так далее.

Отжиг таких сталей применяется для уменьшения твердости сплавов (когда это требуется по условиям их эксплуатации) и устранения явления хрупкости. При подобной термической обработке металл нагревают до 1200–1250 градусов в течение 30–150 минут, а затем максимально быстро подвергают охлаждению. Сложные высоколегированные стали чаще всего охлаждают в масле либо на воздухе, а вот сплавы с малым количествам легирующих компонентов обычно погружают в воду.

Читать еще:  Как красить алюминий в домашних условиях?

Для сплавов типа ХН35ВТЮ и ХН70ВМТЮ рекомендуется термообработка в виде двойной закалки. Сначала выполняется первая нормализация их состава (при температуре около 1200 градусов), благодаря которой металл повышает показатель сопротивления ползучести за счет формирования твердой гомогенной фазы. А после этого осуществляется вторая нормализация с температурой не более 1100 градусов. Результатом описанной обработки является значительное увеличение пластических и жаропрочных показателей аустенитных сталей.

Аустенитная сталь повышает свою жаропрочность (а заодно и механическую прочность) в тех случаях, когда проходит двойную термообработку, заключающуюся в закалке и следующим за ней старении. Кроме того, практически все аустенитные металлы, которые относят к группе жаропрочных, искусственно старят перед эксплуатацией (то есть выполняют операцию их дисперсионного твердения).

Какие стали относятся к аустенитным сталям?

Данную группу сталей используют для службы в средах повышенной агрессивности. Под термином «высоколегированные» подразумевают группу материалов, по степени легированности превышающих наиболее широко распространенные аустенитные стали типа 18-10. Кроме того, высоколегированные стали обычно легируют определенными элементами (Mo, Si и др.) с целью повышения сопротивляемости материала в конкретном электролите или какому-либо виду коррозии.
Основную группу представляют достаточно распространенные хромо-никелевые стали, легированные молибденом, типа Х17Н13М2(3), проявляющие стойкость в средах восстановительного характера, а также используемые обычно при опасности возникновения питтинговой и щелевой коррозии и сероводородного охрупчивания.
Стали по содержанию углерода делятся на две группы: с 0,08—0,10 % С, стабилизированные титаном, и с ≤ 0,03 % С нестабилизированные.
Сталь 03Х17Н14МЗ используют для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях производства карбамида и капролактама. Она также стойка в кипящей фосфорной, 10%-ной уксусной кислотах, а также в сернокислых средах.
Повышение чистоты стали по содержанию не только углерода (≤ 0,030 %), но и таких примесных элементов, как S (до 0,010—0,015 %), Р (до 0,020 %), Si (до 0,4 %), а также оптимизация содержания основных легирующих элементов (Cr, Ni, Mo, N) привели к созданию ряда хромоникельмолибденовых сталей с повышенными коррозионными свойствами. Разработана и внедрена в производство сталь 03Х18Н16М3-ВД (ЗИ133-ВД), предназначенная для изготовления медицинского инструмента, в частности, имплантатов. Сталь соответствует требованиям международного стандарта ИСО 5832/1-87. К сталям для хирургических имплантатов предъявляются весьма жесткие требования: по неметаллическим включениям, количеству δ-феррита, размеру аустенитного зерна, соотношению хрома и молибдена (Cr + Mo ≥ 26), идентичности механических свойств при растяжении различных плавок.
Сталь 03X18Н16МЗ-ВД имеет регламентируемую структуру и требуемый комплекс коррозионных и механических свойств. В закаленном и нагартованном состояниях сталь обладает высокой стойкостью против питтинговой коррозии в средах, содержащих ионы хлора. Скорость коррозии в растворе 10%-ного FeCl3 · Н20 составляет 0,1—0,2 г/(м² · ч), что в 13 раз ниже, чем у стали 12Х18Н9Т. Механические свойства стали (проволока ∅ 4,6 мм) в закаленном состоянии равны: σ в = 530—570 Н/мм², σ 0,2 = 200-270 Н/мм², σ 0,2 = 47 %, а после 70%-ной степени холодной деформации уровень указанных характеристик повышается соответственно до 1350 и 1200 Н/мм² при ψ = 55%. Производство стали 03Х18Н16МЗ-ВД освоено на заводах России в необходимом сортаменте.
Следующая группа сталей — на хромоникелевой основе типа 20Cr— 25Ni и 25Сr— 20 — 22Ni, которые дополнительно комплексно легированы молибденом и медью или молибденом, медью и кремнием (03Х22Н21М4ГБ, 02X21Н25М5ДБ, 02Х25Н22АМ2 и др.). Стали имеют низкое содержание углерода, а также легированы азотом.
Особо низкоуглеродистая сталь 02Х25Н22АМ2-ПТ (ЧСЮ8-ПТ) используется для изготовления нового и замены импортного оборудования высокопроизводительного производства карбамида. Сталь рекомендуется (взамен сталей 2RE69, 254SFEP и др.) для изготовления оборудования, работающего в наиболее жестких условиях синтеза карбамида (при температуре от —70 до +200 °С и давлении до 200 Н/мм²). Сочетание повышенной прочности (σ в = 625-774 Н/мм², σ 0,2 = 302-296 Н/мм², ψ = 45 %) и высокой коррозионной стойкости позволяет рекомендовать сталь 02Х25Н22АМ2 вместо стали 03Х17Н14МЗ «карбамидного качества» с целью снижения металлоемкости оборудования при одновременном увеличении его надежности и срока службы. Сталь 02Х25Н22АМ2 целесообразно также использовать для изготовления оборудования, работающего в сернокислых, азотнокислых, сероводородсодержащих средах, а также вместо сталей типа Х17Н14М2(3)Т в условиях, вызывающих питтинговую коррозию.
Для работы в агрессивных средах, загрязненных хлоридами и фторидами (pH = 1, температура среды 80 °С), разработана и внедрена высоколегированная сталь 02Х21Н25М5ДБ (ЭК5).
Наиболее эффективным способом повышения коррозионной стойкости хромоникелевых сталей в сильно окислительных средах (горячие концентрированные растворы азотной и серной кислот) является легирование их кремнием. На основе системы Fe—Cr—Ni с 5—7 % Si создан ряд сталей.
Сталь 03Х8Н22С6 применяют для сварного оборудования, работающего под воздействием концентрированной азотной кислоты при высоких температурах (85%-ной концентрации и выше при температурах до 100 °С).
Сталь 015Х14Н19С6Б (ЧСПО-ВИ) рекомендуется для изготовления сварного химического оборудования для производства концентрированной азотной кислоты (85—98%-ной концентрации) нитрат-магниевым способом при температуре до 110 «С и для работы в других сильно окислительных средах.

Источник: А. П. Шлямнев. и др: «Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы; Справ, изд». — М.: «Интермет Инжиниринг». 2000.

Глава 1. Коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 1.5. Сr-Мn и Cr-Mn-Ni стали аустенитного класса

Мn, как отмечалось ранее, является аустенитообразующим элементом, который снижает температуру фазового превращения А3 и расширяет γ- область при образовании твердого раствора. Его вводят в железохромистые сплавы с целью получения двойной феррито-аустенитной структуры, а в случае наличия в сплаве 12-14 % Сr и не менее 0,1 % С — аустенита.

При содержании в стали от 10 до 15 % Сr увеличение количества Мn в пределах 6 – 28 % приводит к снижению температуры фазового превращения у а. Для получения преимущественно аустенитной структуры стали такого состава необходимое содержание Мn составляет 16 % и более. Если же Сr > 15 %, а содержание Мn составляет 22 — 28 %, при определенных температурах в стали образуется аустенит с Cr-фазой. Последняя выделяется из α — фазы и, тем самым, обедняет ее Сr, вызывая α ↔ γ превращение. Таким образом, Мn как аустенитообразующий элемент оказывает положительное влияние на структуру сталей рассматриваемой группы только при содержании Сr до 15 %. Если Сr больше, то в зависимости от количества Мn формируются следующие двух- и трехфазные структуры: α + γ при 1000 °С; α + γ и α + γ + а при 20 °С; α + γ, α + γ + α или γ + α при 700 °С.

Читать еще:  Как согнуть стальную проволоку?

Если для повышения коррозионной стойкости в стали вводят более 15 % Сr, то получить гомогенную структуру аустенита только путем дополнительного легирования Мn практически невозможно. Необходимы также добавки Ni, Ni и N или только N.

Хромомарганцевоникелевые стали с содержанием Сr > 18 %, Мn в пределах от 2 до 8 % и 2 % Ni имеют двухфазную аустенито-ферритную структуру, а при наличии в них более 23 % Сr -ферритную.

Введение С в хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые стали благоприятно сказывается на их прочностных свойствах и формировании аустенитной структуры. Легирование этих сталей карбидообразующими элементами (V, W, Nb) повышает жаропрочность металла.

Существенное влияние на механические свойства и соотношение α- и γ-фаз в хромомарганцевоникелевых сталях оказывает температура закалки. Так, например, с ее повышением у всех сталей типа Х15Н4Г14, имеющих 10-16 % Мn, уменьшается предел текучести. Магнитная проницаемость у сталей с 14 и 16 % Мn не изменяется. Если Мn меньше, то по мере увеличения температуры закатки возрастает и магнитная проницаемость, то есть в стали образуется некоторое количество α-фазы.

Типичным представителем хромомарганцевоникелевых сталей аустенитного класса является сталь 2Х13Н4Г9, в которой содержится вдвое меньше Ni, чем в таких сталях, как 1X18Н9 и 2X18Н9. Кроме того, она отличается относительно высоким содержанием С, вследствие чего приобретает достаточную коррозионную стойкость только после проведения закалки в воде с температур 1000. .. 1100 °С. В закаленном или наклепанном состояниях сталь 2Х13Н4Г9 имеет высокую сопротивляемость атмосферной коррозии. Ее обыкновенно производят в виде холоднокатаной ленты, а применяют, например, в самолетостроении для изготовления высокопрочных конструкций, которые соединяются посредством точечной или роликовой электросварки и работают в условиях влажной атмосферы. Из-за опасности возникновения МКК в сварных соединениях другие методы сварки для стали 2Х13Н4Г9 неприменимы.

Сталь 2Х13Н4Г9 после закалки имеет структуру аустенита, который при холодной пластической деформации частично переходит в мартенсит. Эта сталь отличается высокой прочностью и достаточно большим запасом пластичности.

Существует широкий ассортимент нержавеющих хромомарганцевых аустенитных сталей с 13 — 15 % Сr и пониженным по сравнению со сталью 2Х13Н4Г9 содержанием С, что обеспечивает им более высокую коррозионную стойкость. К числу таких сталей, в частности, относятся Х14Г14Н, Х14Г14НЗ, Х14Г14НЗТ и Х14Г14Н4Т. Они используются в жестких условиях эксплуатации оборудования (высокие механические нагрузки, агрессивные коррозионные среды и т.п ), а зачастую и в специальных условиях, например, в кислородном машиностроении для изготовления аппаратов, испытывающих воздействие низких температур (до минус 196 °С). Эти стали содержат от 1 (сталь Х14Г14Н) до 4 % (сталь Х14П4Н4Т) Ni, а стали Х14П4НЗТ и Х14П4Н4Т — еще и «П. Повышенное количество Ni в стали Х14Г14Н4Т снижает содержание в ней α — фазы при высоких температурах и улучшает технологические свойства при проведении пластической деформации в ходе таких операций, как производство труб методом прошивки и тонкого листа на непрерывных станах горячей прокатки.

На рисунках, показанных ниже, показано изменение механических свойств сталей Х14Г14Н и Х14Г14НЗТ при различных температурах испытаний (от минус 196 до 1200 °С). При снижении температуры прочность статей значительно возрастает, достигая максимума при минус 196 °С, а пластичность и ударная вязкость сохраняются на достаточно высоком уровне.

Рисунок 8 — Влияние температуры испытаний на механические свойства стали Х14Г14Н (0,10 % С; 0,42 % Si; 14,55 % Мn; 14,08 % Сr; 1,13 % Ni)

Однако в области низких температур применяют только хромомарганцевоникелевые стали, стабилизированные Ti, так как их ударная вязкость менее чувствительна к снижению температуры.

По мере повышения в хромомарганцевоникелевых сталях содержания Мn и Ni снижается их предел прочности, что свидетельствует о более высокой стабильности аустенита при холодной пластической деформации. Эта закономерность выполняется как для сталей с Ti, так и без него. Наибольшая стабильность аустенита у сталей данного класса при холодной пластической деформации наблюдается, когда в них содержится около 14% Мn и 4% Ni.

Что касается склонности сталей Х14Г14НЗ и Х14Г14НЗТ к мартенситному превращению, то с увеличением в них содержания Мn в пределах от 9 до 13 % значительно снижается уровень точки Мн и стабилизируется аустенит. Так, например, в случае стали Х14П4НЗТ повышение в ней количества Мп на 1 % в пределах с 9 до 13 % снижает точку Мн примерно на 20 °С, а при его содержании более 13 % влияние Мn на точку Мн становится еще эффективнее.

Рисунок 9 — Влияние температуры испытаний на механические свойства стали Х14Г4НЗТ (0,04% С; 0,37% Si; 4,35 % Мn; 14,65% Сr; 3,15% Ni; 0,35% Ti)

Хромомарганцевоникелевые стали Х14Г14Н, Х14АГ14, Х14Г14НЗ и подобные им применяют, как правило, в качестве заменителей холоднокатаных сталей марок Х18Н9 и 2X18Н9 при изготовлении прочных и легких конструкций, соединяемых точечной и роликовой электросваркой. Эти стали хорошо сопротивляются атмосферной коррозии, а сварные соединения, выполненные из них другими методами, подвержены МКК.

Другие стали этого же класса, например, Х14Г14НЗТ и Х14Г14Н4Т, используются для замены стали Х18Н10Т при производстве оборудования, работающего в слабо агрессивных средах (органические кислоты невысоких концентраций, соли, щелочи и т.п.), которые характерны для пищевой промышленности, кислородного машиностроения (температура эксплуатации до минус 196 °С) и др. Такие стали имеют хорошую свариваемость и удовлетворительную сопротивляемость МКК.

Поскольку Ni является дорогим и дефицитным металлом, а хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют довольно низкие значения предела текучести (около 220 МПа), были разработаны стали с пониженным содержанием Ni, не уступающие стали Х18Н10Т по коррозионной стойкости и обладающие более высокой прочностью при сохранении достаточного запаса пластичности и ударной вязкости. Их особенность заключается в частичной замене Ni сочетанием Мn с N. Это позволяет с успехом заменять классические стали типа Х18Н9 и X18H10T коррозионностойкими аустенитными сталями с N.

Следует иметь в виду, что N, как и С, образует твердые растворы внедрения.

Максимальное количество N, которое можно ввести в сталь, зависит от содержания в ней Сr и Мn. Если это не учитывать в ходе легирования и вводить N в больших количествах, он не усваивается матрицей и начинает выделяться при затвердевании металла. Результатом является образование дефектов металла типа пористости, свищей, рослости слитков и др. Мn значительно повышает растворимость N в высокохромистых сталях.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector