производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 1. Коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 1.4. Нержавеющие стали аустенитного класса. Структура, свойства, термическая обработка и область применения

Хромоникелевые стали аустенитного класса находят чрезвычайно широкое применение в различных отраслях промышленности. К ним относятся, например, стали марок Х18Н9, 2X18Н9, Х18Н9Т, Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, Х18Н12Т и многие другие. Содержание Ni в этих сталях таково, что обеспечивается необходимая пластичность в горячем состоянии вследствие незначительного количества или полного отсутствия в них α-фазы. Поэтому аустенитные хромоникелевые стали имеют высокие технологические свойства, в частности, при прокатке слитков и слябов, прошивке трубных заготовок и т. п. Кроме того, эти стали являются немагнитными, так как в них отсутствует феррит, что также довольно часто используется в промышленности в случае необходимости.

Помимо Ni и Сr, на содержание α-фазы в аустенитных сталях оказывают влияние С, Мп, Si, Ti, а также примеси N, А1, которые расширяют или, наоборот, сужают γ-облаcть на диаграмме состояния.

Двухфазная структура «аустенит-феррит» во многом определяет технологические свойства сталей этого класса. Так, например, удается проводить их горячую пластическую деформацию без образования трещин в ходе прошивки трубных заготовок, если содержание ферритной фазы не более 25 %. В то же время в промышленных плавках аустенитных хромоникелевых сталей количество феррита может достигать 30 % и более в зависимости от содержания феррито- и аустенитообразующих элементов, а также примесей. Аустенитные хромоникелевые стали с различным содержанием С имеют более высокие пластичность и способность к глубокой вытяжке при холодной деформации и штамповке, чем хромистые полуферритные и ферритные стали. С увеличением количества С в сталях типа 18-8 возрастают их пределы текучести и прочности.

Важной характеристикой коррозионностойких сталей и сплавов, в том числе и нержавеющих, является величина предела текучести при повышенных температурах, поскольку в таких условиях эксплуатируются многие аппараты и технологическое оборудование, выполненные из аустенитных хромоникелевых сталей. Знание этого параметра необходимо как потребителям стального оборудования, так и металлургам, так как на металлургических и трубопрокатных заводах для интенсификации технологических процессов применяют подогрев сталей (например, при теплой прокатке листовой стали, теплой прокатке и волочении груб, проволоки и т.п.). Следует иметь в виду, что при повышении содержания С в аустенитных хромоникелевых сталях наряду с возрастанием прочности происходит снижение их коррозионной стойкости, пластичности и ударной вязкости после отпуска при 600 - 800 °С. Стабильность этих характеристик наблюдается только при содержании около 0,02 % С в отпущенной при 500 - 800 °С после закалки стали. Отрицательное влияние повышенного содержания С обычно частично устраняется присадкой стабилизирующих элементов (Ti, Nb). Аустенитные хромоникелевые стали с очень низким содержанием С по сравнению со стабилизированными обладают большей стойкостью к МКК и к общей коррозии, имеют лучшие технологические свойства.

Характерно, что как стабилизированные, так и нестабилизированные стали рассматриваемого класса приобретают наиболее высокую коррозионную стойкость после закалки с температур, при которых происходит полное растворение карбидов Сr или полное связывание С в карбиды Ti или Nb.

Из рисунка 5, иллюстрирующего зависимость температуры начала мартенситного превращения Мн, в стали от содержания в ней Сr и Ni, следует, что при наличии около 17 % Сr недостаточно 10 % Ni для того, чтобы значение Мн снизилось до минус 150 °С.

Рисунок 5- Влияние Сr на температуру начала мартенситного превращения стали с 8 - 12 % Ni; 1,33 % Мn; 0,47 % Si; 0,068 % С

Рисунок 6- Влияние Ni на образование мартенсита встали с 0,03 % С и 18 % Сr при различных температурах деформации (указаны около кривых)

Лучшими соотношениями Сr и Nl (Cr/Ni) являются 13-12 или 15-11. Другими словами, чем больше в стали Сr, тем больше должно быть и Ni, чтобы достичь более низких значений Мн.

На рисунке 6 графически показано количество мартенсита, образующегося в аустенитных хромоникелевых сталях при различных температурах деформирования в зависимости от содержания Ni. Видно, что мартенсита в стали тем больше, чем ниже температура деформирования и меньше содержание Ni. Причем для сталей различного химического состава существуют характерные температуры, выше которых

На рисунке 7 приведена зависимость положения точек М„ и Мд для сталей, имеющих различное содержание Ni, в интервале температур от плюс 200 до минус 253 °С.

Рисунок 7- Влияние Ni на положение точек Мн и Мд для стали с 0,03% С и 18% Сr

Увеличение количества Ni в стали способствует понижению обеих точек, однако в большей степени это относится к точке Мн то есть интервал между ними с ростом содержания Ni расширяется. Образующийся мартенсит повышает предел прочности стали и снижает пластические свойства. При 20 °С механические свойства сталей, содержащих 10 % Ni и более, практически не отличаются. Ni начинает повышать пластичность стали и снижать ее прочность тем сильнее, чем ниже температура испытаний.

Аустенитные хромоникелевые стали после закалки теряют магнитные свойства. Однако по мере увеличения нагрузки при их холодной пластической деформации магнитная проницаемость и намагниченность насыщения возрастают. Интенсивность роста этих характеристик зависит от химического состава стали.

Она наиболее значительна, например, у сталей Х18Н10Т, 0Х18Н12С и 0Х18Н12Б, в которых активно происходит фазовое превращение γ → α2. В последних двух сталях соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов наименее благоприятно. Стабильность γ-фазы зависит и от температуры холодной пластической деформации. При отрицательных температурах в сталях данного класса в зависимости от содержания в них С, Ni, N, Сr и других элементов, то есть в зависимости от температуры мартенситного превращения, может происходить значительный распад аустенита и, соответственно, образование мартенситной фазы. Напротив, при повышенных температурах холодной пластической деформации, то есть при тепловой деформации, температура которой существенно ниже температуры рекристаллизации, аустенит устойчив и не подвержен мартенситному превращению.

Различные структурные группы нержавеющих сталей склонны к охрупчиванию после нагрева при 700-800 °С и дальнейшей выдержки, однако особенно это касается феррито-аустенитных сталей, поскольку в таких условиях из a-фазы выделяется α-фаза.

Преимуществами аустенитных нержавеющих сталей с низким содержанием С (< 0,02 %) по сравнению со стабилизированными сталями, включающими карбидообразующие элементы (Ti и Nb), являются:

  • повышенная сопротивляемость не только МКК, но и ножевой и общей коррозии;
  • высокая стойкость металла сварных соединений к МКК, ножевой и общей коррозии в жестких условиях эксплуатации;
  • более высокие пластические свойства, лучшая способность к полированию.

Аустенитные хромоникелевые стали находят очень широкое применение в различных отраслях промышленности, что обусловлено их высокой технологичностью, удовлетворительной свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. На металлургических предприятиях стали этого класса выпускаются в виде тонкого и толстого листа, сортовых профилей, поковок, проволок, литья, труб и т.п. При этом изготовление перечисленных форм не вызывает каких-либо технологических затруднений.

Наличие в некоторых аустенитных нержавеющих сталях определенного количества феррита вызывает при горячей прокатке слитков и слябов образование плен и рванин на поверхности проката. Для уменьшения содержания δ-феррита рекомендуется снижать температуру нагрева стали перед горячей пластической деформацией. Наибольший ущерб присутствие δ-феррита приносит при прошивке трубных заготовок и горячей прокатке листовой стали на непрерывных широкополосных станах.

Легирование аустенитных нержавеющих сталей тысячными долями бора, некоторых редкоземельных и щелочноземельных элементов оказывает положительное влияние на их технологические свойства. Повышаются пластичность и ударная вязкость сталей при высоких температурах, число оборотов при кручении. Бор и редкоземельные элементы вызывают рафинирование границ зерен и тем самым повышение межкристаллитной прочности сталей.

Присутствие в аустенитных хромоникелевых сталях более 0,006-0,01 % Рb вызывает снижение пластичности при горячей обработке давлением и образование рванин. Негативное влияние Рb проявляется еще сильнее, если горячей пластической деформации подвергается сталь с высоким содержанием Ni.

S как вредная постоянная примесь также отрицательно влияет на пластичность аустенитных нержавеющих сталей при высоких температурах.

Введение в стали типа Х18Н10 от 2 до 4 % Мо существенно повышает их коррозионную стойкость. К таким сталям относятся, например, Х17Н13М2Т и X17H13M3T. Мо способствует увеличению количества феррита, поэтому для получения структуры аустенита необходимо, чтобы в стали содержалось достаточно много Ni. В случае его недостатка стали, содержащие Мо, склонны к охрупчиванию при нагреве до 600-750 °С, поскольку из феррита образуется α-фаза.

Хромоникельмолибденовые стали наряду с умеренной прочностью обладают высокой пластичностью, хорошими технологичностью и свариваемостью. Их применяют в коррозионных средах повышенной агрессивности (например, органические кислоты и их производные).

Следует иметь в виду, что при введении Мо в стали типа Х17Н13 их коррозионная стойкость в HNO3 повышенных концентраций снижается.

Диффузионные процессы в аустенитных хромоникелевых статях с Мо замедлены, в связи, с чем повышается интервал критических температур, вызывающих их склонность к МКК.

Увеличение содержания С в сталях этого класса как при наличии в них N, так и в его отсутствие приводит к расширению области склонности к МКК и возрастанию глубины проникновения коррозии.

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

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.