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 1.8. Коррозионностойкие стали специального назначения / Глава 1.8.1. Коррозионностойкие стали повышенной прочности. Структура, свойства, термическая обработка и область применения

Принципиальное отличие феррито-аустенитных сталей от сталей типа 08X13, 1X13, Х17Н12, стали переходного класса Х17Н10 заключается в том, что из-за более высокого содержания в них Сr аустенит устойчив к фазовому превращению у – α1 при комнатной и более низких температурах. Кроме того, количество а -фазы в этих сталях велико.

Пластичность обыкновенных аустенитных сталей типа Х18Н9Т при высоких температурах понижается при наличии α-фазы. Поэтому важно установить предельно допустимое содержание аустенита в этих условиях. Другими словами, необходимо знать соотношение α- и γ-фаз, при котором не снижались бы технические свойства сталей при горячей пластической деформации (например, при ковке или прокатке крупных слитков, при прокатке слябов на лист на непрерывных станах, при изготовлении труб методом прошивки).

На рисунке 16 показано схематически изменение пластичности стали при высоких температурах в зависимости от соотношения в ней феррита и аустенита. Если преобладает α-фаза (феррито-аустенитные стали) или, наоборот, γ-фаза (некоторые аустенитные хромоникелевые стали), то пластичность достаточно велика и горячая пластическая деформация не сопровождается образованием трещин, рванин, плен и других характерных дефектов металла. Схема не дает информации об изменениях в стали, которые могут происходить при колебаниях температуры. В частности, возможно количественное изменение в соотношении фаз. Тем не менее, она позволяет установить температурно-деформационный режим пластического деформирования стали в случае, когда известна температурная зависимость соотношения основных фаз. При определенном соотношении α- и γ-фаз, когда количество той или другой из них превышает 20-25 % при температуре деформирования, пластичность стали уменьшается. Это может вызвать образование характерных дефектов стали, так как условия горячей пластической деформации весьма жестки.

Рисунок 16 - Схема влияния соотношения феррита и аустенита на технологическую пластичность стали при высоких температурах

Сталь Х18Н9Т при содержании в ней α-фазы в количестве 40-45 % имеет низкую пластичность при высоких температурах. При прокатке на непрерывных или трубопрошивных станах в такой стали образуются надрывы или глубокие обширные рванины. Это обусловлено разным сопротивлением деформации феррита и аустенита.

Если в стали Х18Н9Т содержится 40-50 % γ-фазы, то по сравнению с высокохромистыми ферритными статями она обладает более высокой пластичностью при температурах, равных или ниже комнатной. В случае сварных конструкций увеличивается вязкость основного металла и металла сварных соединений.

Двухфазные стали феррито-аустенитного класса обладают достаточно высокой пластичностью, если при температуре нагрева под горячую обработку в их структуре остаётся не более 8-10 % аустенита, а при температуре окончания пластической деформации количество γ-фазы не превышает 25 - 30 %. Это возможно только при определенных количествах Cr, Ni и других элементов в стали, а также при выборе соответствующего режима деформации.

Феррито-аустенитные стали ОХ21Н6М2Т, 0Х21Н6Б и 0Х18Г8Н2Т имеют высокие пределы текучести и прочности при удовлетворительных пластичности и ударной вязкости. Они обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Стабильность механических свойств двухфазных сталей феррито-аустенитного класса обеспечивается узкими пределами содержания основных элементов и их соотношением, которое определяет соотношение α- и γ-фаз в структуре.

Стали типа 0Х22Н5Т, Х17Н13М2Т и 0Х21Н6М2Т обладают высокой коррозионной стойкостью и могут быть использованы для замены ими хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей типа Х18Н10Т и Х17Н13М2Т.

Двухфазная феррито-аустенитная сталь 0Х21Н6Б, содержащая Nb, отличается от аналогичных сталей, легированных Ti, тем, что она обладает более высокой стойкостью к ножевой коррозии в 65 % - ном растворе HNO3 при повышенных температурах.

Охрупчивание двухфазных феррито-аустенитных сталей чаще всего объясняют образованием в области 450...500 °С мелкодисперсных интерметаллидных фаз, богатых Ti. Поэтому Ti рекомендуется исключать из состава сталей, так как этот металл повышает склонность к охрупчиванию и не увеличивает сопротивляемость сталей МКК.

После нагрева до 600...800 °С стали данного класса подвержены охрупчиванию вследствие выделения из феррита п-фазы.

Хромомарганцевая феррито-аустенитная сталь Х18Г8Н2Т достаточно стабильна и имеет удовлетворительную пластичность и малую склонность к охрупчиванию.

При повышении содержания Сr и уменьшении количества Мn у хромомарганцевоникелевых двухфазных сталей наблюдается значительный разброс по механическим свойствам и увеличивается склонность к охрупчиванию, что связано с изменением соотношения α- и γ-фаз.

Изменение механических свойств этих сталей в зависимости от температуры закалки обусловлено изменением соотношения феррита и аустенита в структуре.

Стали, содержащие 18-20 % Сr, 2% № и 8 % Мn, имеют наиболее благоприятное сочетание показателей прочности, пластичности и ударной вязкости.

Сталь 0Х18Г8Н2Т по коррозионной стойкости в горячей и кипящей 10-50 %-ной HNO3 аналогична стали 0Х18Н10Т. Ее применяют для производства химической аппаратуры вместо стали Х18Н10Т. Сталь 0Х18Г8Н2Т отличается высокой технологичностью, а также стабильными механическими свойствами.

Нержавеющие стали переходного класса могут быть существенно упрочнены за счет процессов, протекающих в твердом растворе в ходе термической обработки (например, двукратном отпуске при определенных температурах или при обработке холодом). Это имеет большое практическое значение для их промышленного использования.

Стабильность γ-фазы в сталях переходного класса зависит от степени легированности твердого раствора.

Так, у стали Х18Н9 температура МH сильно зависит от содержания в ней С: увеличение его количества на 0,1 % снижает температуру МH на 145...165 °С.

Образование карбидов типа Cr23С6 в ходе высокого отпуска этой стали и обеднение твердого раствора γ-Cr способствуют значительному повышению точки МH.

Стабильность γ-фазы возрастает и с увеличением содержания в стали Ni: значения МH при этом снижаются до минус 196 °С и ниже.

Нержавеющая аустенитная сталь Х18Н10 отличается твердым раствором высокой стабильности. Он не испытывает мартенситного превращения при охлаждении вплоть до температур жидкого N (минус 196 °С). Однако в этой стали мартенситное превращение может происходить при холодной пластической деформации.

Влиять на устойчивость γ-твердого раствора можно, изменяя химически состав стали. При этом устойчивость аустенита и степень упрочнения нержавеющей стали переходного класса зависят, прежде всего, от содержания С, Ni и Мn, которое обусловливает мартенситное превращение, а также от количества Al, Ti и некоторых других элементов, вводимых в сталь для обеспечения процесса ее дисперсионного твердения.

Характерной особенностью сталей переходного класса является то, что после закалки они имеют аустенитную или аустенито-ферритную структуры, претерпевающие мартенситное превращение после дополнительного отпуска, обработки холодом или холодной пластической деформации.

Стали переходного класса подвержены упрочнению путем двукратного отпуска, обработки холодом с последующим отпуском, холодной пластической деформации, также сопровождающейся последующим отпуском. В последнем случае отпуск проводят непосредственно после закалки с температур, обеспечивающих получение менее устойчивого аустенита.

Для повышения пластичности и конструкционной прочности сталей переходного класса их старение осуществляют при температурах выше 750 °С. При упрочняющей термической обработке этих сталей необходимо учитывать степень стабильности остаточного аустенита.

Если стальные изделия хранятся или эксплуатируются на холоде, валено избегать дополнительного мартенситного превращения в металле и изменения размеров деталей. С этой целью рекомендуется после закалки и упрочняющей термической обработки проводить обработку холодом при минус 70 °С.

Стали переходного класса широко используют в авиационной промышленности для изготовления наружной обшивки и отдельных деталей самолетов и ракет. Из них также производят пилы для деревообрабатывающей промышленности, детали насосов, подшипники, ножи.

Наиболее широкое применение находят стали типа Х17Н7Ю, Х15Н9Ю, Х17Н5МЗД. Первые две стали распространены в химической и авиационной промышленности. Из них изготавливают диски распиливающих сушилок для производства фосфорных минеральных удобрений, уплотняющие кольца саморазгружающихся сепараторов при производстве антибиотиков пенициллинового ряда, роторы и валы сверхцентрифуг, которые эксплуатируются в растворах ZnCl2, а также пружины для работы в агрессивных средах.

Опыт показывает, что оптимальные механические свойства сталей переходного класса после старения следующие: σв = 1200 МПа, σ0,2 =1100 МПа, δ= 16 %, ψ = 60 %. При производстве сталей переходного класса чрезвычайно важно соблюдать суженые пределы химического состава по основным легирующим элементам. Только при выполнении этого условия в стали образуется нестабильный аустенит, который в ходе дальнейшей термической обработки способствует формированию требуемого комплекса физикомеханических свойств. Контроль фазового состава стали проводят в процессе плавки магнитным методом на отливаемых пробах.

К сталям переходного класса, в которых после высокотемпературной закалки образуется аустенит, а их упрочнение достигается отпуском с последующим старением или обработкой холодом с последующим старением, примыкают нержавеющие стали, имеющие мартенситную структуру после проведения высокотемпературного нагрева с последующим охлаждением. Эти стали подвержены дополнительному упрочнению после старения благодаря дальнейшему образованию мартенсита или выделению упрочняющих фаз. Температура мартенситного превращения таких сталей должна быть выше комнатной, так как это позволяет получать повышенные прочностные свойства уже при закалке вследствие протекания мартенситного превращения. Для обеспечения определённой степени мартенситного превращения при закалке нержавеющие мартенситные стали выплавляют с низким содержанием С, а иногда вводят в них Nb или Ti, которые способны связывать С в карбиды.

Широкое применение в промышленности находят стали переходного класса типа стали Х16Н6, которые обладают высокой прочностью при достаточном запасе пластичности. Их особенностью является пониженное содержание С, Сr и Ni по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями типа 18-8. Для стали Х16Н6 оптимальная температура нагрева перед закалкой составляет 1000 °С. При этом происходит полное растворение карбидов. Далее сталь охлаждают на воздухе или в воде.

Мартенситное превращение стали Х16Н6 протекает в ходе охлаждения до низких температур или при изотермической выдержке в интервале температур от -50 до -70 °С. С понижением температуры до минус 196 °С степень фазового превращения γ → α1, не увеличивается.

Аустенизация данной стали при 975 °С и медленное охлаждение до 650-700 °С приводят к образованию карбидов хрома Сr23С6 по границам зёрен и как следствие, к снижению ударной вязкости и коррозионной стойкости металла.

Сталь Х16Н6 имеет хорошую свариваемость, как в закалённом, так и в упрочнённом состоянии. При этом сварные соединения по прочности не уступают основному металлу.

После закалки с 1000 °С, обработки холодом и отпуска при 400 °С сталь Х16Н6 не подвержена МКК. После отпуска при температурах выше 400 °С коррозионная стойкость стали ухудшается.

Стали типа Х16Н6 обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью, вследствие чего используются в промышленности для изготовления деталей вентилей, эксплуатирующихся в атмосфере сероводорода, сернистого ангидрида, а также валов, насосов, рабочих колёс и т.п.

Высокопрочные нержавеющие стали аустенитного класса имеют σ0,2 > 800 МПа и упрочняются при проведении термической обработки.

Повышение σ0,2 аустенитных нержавеющих сталей достигается двумя путями: дисперсионным твердением, когда в сталь вводят Ti и Аl или V и N, или выделением σ-фазы из α-твёрдого раствора, которому сопутствует α → γ2 превращение; упрочнением в результате выделения дисперсных карбидов (карбидное упрочнение).

Карбидное упрочнение, проводимое посредством дополнительного легирования V и некоторыми другими элементами, которые приводят к образованию термостойких карбидов без введения N, характерно для таких сталей, как 35Х1ЗН8Г9М2ФБ, 26Х5Н15Г8Ф, 45Х5Н12Г5Ф и т.п. Однако некоторые из них, имеющие повышенное содержание С и, соответственно, высокую прочность, не обладают достаточной пластичностью, ударной вязкостью и коррозионной стойкостью.

Рисунок 17 - Влияние С и V (a), N и V (б) на соотношение α и γ-фаз в стали X7H4Г15 при 1180 °С

На рисунке 17 приведены графики зависимости положения границы аустенитной и аустенито-ферритной структур для стали Х17Н4Г15 после закалки с температуры 1180 °С от содержания С (от 0,02 до 0,43 %), N (от 0,015 до 0,45 % ) и V (от 0,1 до 3,12 %).

При увеличении количества V в стали для получения аустенитной структуры необходимо повышать содержание С и N. Сталь Х17Н4Г15 без добавок V при наличии не менее 0,21 % С и N является аустенитной. При легировании 2 % V структура аустенита формируется в этой стали в случае возрастания содержания С и N до 0,42 и 0,38 % соответственно.

Уровень прочностных свойств аустенитных нержавеющих сталей после закалки находится в прямой зависимости от содержания в них С и N.

Сталь 25Х17Н4Г15АФ2 представляет собой немагнитный нержавеющий материал высокой прочности. Её σ0,2 > 800 МПа после проведения упрочняющей термической обработки. Стать изготовляют в виде толстого листа, поковок и бандажей.

Некоторые нержавеющие стали с σ0,2 > 400-450 МПа имеют более низкое содержание С. Они отличаются высокой коррозионной стойкостью и повышенной сопротивляемостью МКК. Их поставляют потребителям в виде поковок и толстого листа.

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.