О стали

3 вида сталей аустенитного класса и методы их сварки. Аустенитная сталь: что это такое, марки, класс, свойства, применение

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:

Читайте также:  Закалка и отпуск длинноклинкового оружия сталь 60С2А

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.

Общие сведения

Аустенитная сталь — особая разновидность нержавеющей стали. Стали аустенитного класса содержат железо, а также различные легирующие компоненты — никель, марганец, азот, алюминий, хром, молибден.

Железо и легирующие элементы в стали образуют кубическую кристаллическую решетку. Подобную структуру называют аустенитом. Кристаллическая решетка обусловливает ряд характерных физических свойств аустенита — сохранение твердости при тепловой обработке, почти полное отсутствие магнитных свойств материала, высокая химическая инертность.

Для удобства аустенитные стали делят на два условных класса. В первую категорию попадают материалы с большим содержанием никеля. Во вторую категорию включаются материалы с большим содержанием марганца и азота, а также с незначительным содержанием никеля.

Вторые материалы обладают более высокой прочностью, однако стоят они на порядок дороже. К тому же аустенит на основе никеля лучше переносит воздействие агрессивных химических сред (кислоты, щелочи, сильные соли, радиоактивные вещества).

Из стали-аустенита делают различную технику, вещи, оборудование. Это могут быть приборы учета, столовые приборы, металлические балки, турбины, конструкционные элементы, автомобильные детали, специальную технику для нужд химической промышленности и так далее.

Еще одна крупная сфера применения аустенита — изготовление радиооборудования. Отсутствие магнитных свойств в данном случае идет на пользу — обычные стальные сплавы могут вносить в радиосигнал определенные искажения, тогда как аустенит будет передавать сигнал без задержек, потерь, искажений.

Сплавы, устойчивые к коррозии и перепадам температур

Широкий спектр добавок позволяет создать особые стали, которые будут применены для изготовления компонентов конструкций и будут работать в криогенных, высокотемпературных и коррозионных условиях. Поэтому составы разделяют на три типа:

• Жаропрочные и жаростойкие.
• Стойкие к коррозии.
• Устойчивы к воздействию низких температур.

Жаростойкие сплавы не разрушаются под влиянием химикатов в агрессивных средах, могут использоваться при температуре до +1150 градусов. Из них изготавливают:

• Элементы газопроводов;
• Арматуру для печей;
• Нагревательные компоненты.

Жаропрочные марки на протяжении длительного времени могут оказывать сопротивление нагрузкам в условиях повышенных температур, не теряя высоких механических характеристик. При легировании используются молибден и вольфрам (на каждое дополнение может отводиться до 7%). Для измельчения зерен в небольших количествах применяется бор.

Аустенитные нержавеющие стали (стойкие к коррозии) характеризуются незначительным содержанием углерода (не более 0,12%), никеля (8−30%), хрома (до 18%). Проводится термическая обработка (отпуск, закалка, отжиг). Она важна для изделий из нержавейки, ведь дает возможность хорошо держаться в самых разных агрессивных средах — кислотных, газовых, щелочных, жидкометаллических при температуре 20 градусов и выше.

У хладостойких аустенитных композициях содержится 8−25% никеля и 17−25% хрома. Применяют в криогенных агрегатах, но стоимость производства существенно возрастает, потому используются очень ограниченно.

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.

Читайте также:  Характеристики, свойства и применение разных видов фторопласта

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.

Разница между Аустенитной и Мартенситной нержавеющей сталью

Ключевое различие между Аустенитной и Мартенситной нержавеющей сталью заключается в том, что кристаллическая структура Аустенитной нержавеющей стали представляет собой гранецентрированную кубическую структуру, тогда как кристаллическая структура Мартенситной нержавеющей стали представляет собой объемно-центрированную кубическую структуру.

Существует четыре основных группы нержавеющей стали в зависимости от кристаллической структуры стали: аустенитная, ферритная, мартенситная и двухфазная. М икроструктура этих сплавов зависит от присутствующих в них легирующих элементов. Т аким образом, эти сплавы также имеют различные легирующие элементы.

Что такое Аустенитная нержавеющая сталь?

Аустенитная нержавеющая сталь — это тип нержавеющей стали, имеющий аустенит в качестве своей первичной кристаллической структуры. Данная кристаллическая структура аустенита является гранецентрированной кубической, в которой есть один атом в каждом углу куба, и есть один атом в каждой грани (в центре грани) . Получается такая структура с помощью добавления никеля, марганца и азота. Из-за своей кристаллической структуры аустенитные стали не подвергаются термообработке. Кроме того они являются немагнитными.

Читайте также:  Биметаллические коронки: характеристики, выбор и применение

Структура Аустенитной нержавеющей стали

Аустенитная нержавеющая сталь подразделяется на два основных типа: 300 и 200. Первая приобретает аустенитную структуру после добавки никеля, тогда как во второй никель заменяют на марганец и азот. Нержавеющая сталь 300 имеет множество подтипов. Самой распространенной является тип 304 (она ещё называется как 18/8 или A2). Нержавеющая сталь 304 используется для изготовления кухонной утвари, столовых приборов, а также для изготовления кухонного оборудования. Следующая по распространенности является нержавеющая аустенитная сталь 316. Для повышения устойчивости к кислотам и для устойчивости к локальным воздействиям — она содержит молибден.

Свойства термической обработки

Жаростойкие и жаропрочные марки могут подвергаться разным типам тепловой обработки, чтобы нарастить полезные свойства и модифицировать уже имеющуюся структуру зерен. Речь идет о числе и принципе распределения дисперсных фаз, величине блоков и собственно зерен и тому подобное.
Отжиг такой стали помогает уменьшить твердость сплава (иногда это важно при эксплуатации), а также устранить излишнюю хрупкость. В процессе обработки металл нагревается до 1200 градусов на протяжении 30−150 минут, потом его необходимо как можно быстрее охладить. Сплавы со значительным количеством легирующих элементов, как правило, охлаждаются в маслах или на открытом воздухе, а более простые — в обычной воде.

Нередко проводится двойная закалка. Сначала выполняют первую нормализацию составов при температуре 1200 градусов, затем следует вторая нормализация при 1100 градусах, что позволяет значительно увеличить пластические и жаропрочные показатели.

Добиться повышения жаропрочности и механической прочности можно в процессе двойной термической обработки (закалка и старение). До эксплуатации проводится искусственное старение всех жаропрочных сплавов (то есть выполняется их дисперсионное твердение).

Межкристаллитная коррозия при 500-600 ºС

Снижение содержания углерода даже до 0,006 % не обеспечивает полной стойкости сталей типа 18-10 к межкристаллитной коррозии при 500-600 ºС. Это представляет опасность при длительной службе металлоконструкций в этом интервале температур.

Влияние на аустенит легирующих элементов

Аустенитные стали относятся к легированным сплавам, в которые могут добавляться в различном процентном содержании следующие компоненты:

• Никель: понижает температуру аустенитного превращения, ускоряет и облегчает процесс закалки, увеличивая ее глубину. Не образует карбидов, а растворяется в аустените и феррите, повышая его твердость и ударную вязкость. Способствует графитизации (осаждению графита в железоуглеродистых сплавах), увеличивает скорость коагуляции цементита (агрегация частиц в более крупные агрегаты). Входит в состав нержавеющих и конструкционных сталей.
• Хром: вызывает измельчение зерна и повышает прокаливаемость. Увеличивает прочность сплавов, поэтому широко применяется в процессе производства специальных и инструментальных (в первых даже в количестве до 30%) сталей.
• Марганец: понижает температуру аустенитного превращения, а при содержании выше 15% стабилизирует и позволяет получить аустенитную структуру при нормальных температурах. Уже при содержании от 0,8% до 1,4% значительно повышает предел прочности на растяжение, удар и истирание.
• Вольфрам: увеличивает мелкозернистость сплава, повышает его прочность, сопротивление к истиранию. Большая добавка вольфрама от 8% до 20% повышает стойкость металла к отпуску. Входит в состав основных компонентов быстрорежущих сталей, увеличивает сопротивление ползучести жаропрочных сплавов.
• Молибден: повышает прокаливаемость металла, его прочность, устойчивость к коррозии. Снижает хрупкость и усиливает сопротивление ползучести.
• Ванадий: увеличивает мелкозернистость стального сплава и значительно повышает показатель его твердости.
• Кобальт: аустенитообразующая добавка, расширяющая диапазон аустенита. Как и ванадий увеличивает мелкозернистость, повышая показатели твердости и устойчивости к износу. Присутствует в составе как жаропрочных, так и специальных сплавов с особыми магнитными свойствами.
• Титан: его добавление в сплав предупреждает развитие межкристаллической коррозии, делает сталь более прочной, устойчивой к поверхностным нагрузкам и температурным перепадам. Благодаря образованию специальных нитридов значительно повышает эксплуатационную прочность металла.
• Азот: применяется в качестве заменителя углерода, в тех случаях, когда последний, по тем или иным причинам, невозможно добавлять в сплав, к примеру, если необходимо придать изделию устойчивость к электрохимическому воздействию.
• Ниобий: как и титан является ферритообразующим и сильным карбидообразующим элементом. Сильно измельчает аустенитное зерно, в нержавейке предотвращает межкристаллитную коррозию.
• Бор: добавляется с целью увеличения пластичности. Вводится в сплав в количестве около 0,003 %, так как значительно повышает ее прокаливаемость при содержании углерода до 0,6 %. При его более высоком содержании прокаливаемость стали снижается, а склонность к росту аустенитных зерен увеличивается, так как бор снижает поверхностную энергию границ зерен. Он увеличивает активность углерода в аустените и препятствует диффузии по границам зерен.
• Медь: имеет физические свойства, аналогичные чистому железу, но гораздо более устойчива к коррозии. Если в сплаве содержится более 0,20% повышается стойкость к атмосферной коррозии. Более 1% увеличивает стойкость аустенитных сталей к воздействию серной и соляной кислот, повышает их устойчивость к ржавлению под напряжением.

Расшифровка марок нержавеющей стали

Для того чтобы правильно подобрать марку коррозионностойкой стали для реализации тех или иных целей, удобнее всего воспользоваться специальными справочниками. В них приведена информация обо всех возможных вариантах обозначения таких сплавов в различных странах мира. Среди огромного разнообразия марок, можно выделить те, которые получили наибольшее распространение среди специалистов во многих странах мира. К ним можно отнести следующие марки нержавеющих сталей с аустенитной структурой.

• 10Х13Н17М3Т, 10Х13Н17М2Т: отличает эти марки, кроме исключительной коррозионной и термической устойчивости, хорошая способность образовывать сварные соединения. Благодаря таким качествам, изделия из сплавов данных марок могут успешно эксплуатироваться в условиях повышенных температур и контактировать даже с очень агрессивными средами. Составными элементами таких сплавов, которые и определяют их уникальные характеристики, являются: хром (16-18%), молибден (2-3%), никель (12-14%), углерод (0,1%), кремний (0,8%), медь (0,3%), титан (0,7%), марганец (2%), сера (0,02%), фосфор (0,035%). В других странах эти марки обозначаются иначе, в частности: в Китае — OCr18Ni12Mo2Ti, в Японии — SUS316Ti, в США — 316Ti, во Франции — Z6CNDT17-12.
• 08Х18Н10, 08Х18Н9: данные марки стали используются для производства труб различных сечений, элементов печного оборудования, на предприятиях химической промышленности. В состав таких сталей входят: хром (17-19%), титан (0,5%), никель (8-10%), углерод (0,8%).

Воздуховоды из нержавеющей стали

• 10Х23Н18: нержавеющие стали данной марки относятся к категории жаропрочных. При их использовании следует иметь в виду, что при выполнении их отпуска они могут становиться хрупкими. В состав сталей данной марки входят: хром (22-25%), никель (17-20%), марганец (2%), кремний (1%).
• 08Х18Н10Т: изделия из нержавейки данной марки хорошо свариваются даже без предварительного подогрева и не утрачивают своей коррозионностойкости даже при высоких температурах. Недостаточно высокая прочность, которой отличаются стали данной марки, легко улучшается путем их термической обработки, которую рекомендует выполнять и ГОСТ 5632-72.
• 06ХН28МДТ: уникальная марка стали, сварные конструкции из которой способны успешно эксплуатироваться даже в очень агрессивных средах. Состав данной марки коррозионностойкой стали включает в себя: хром (22-25%), никель (26-29%), медь (2,5-3,5%).
• 12Х18Н10Т: изделия из данной марки стали, отличающейся высокой термической устойчивостью и исключительной ударной вязкостью, преимущественно используются на предприятиях по переработке нефти, в химической, целлюлозно-бумажной промышленности, а также в строительстве.

Таблица соответствий основных марок нержавеющих сталей и химический состав

К маркам нержавеющей стали с мартенситной структурой относятся: 40Х13, 20Х13, 12Х13, 30Х13. Изделия из данных марок нержавейки нельзя соединять методом сваривания, из них, в основном, изготавливают режущий и измерительный инструмент, рессорные элементы. Большими преимуществами таких изделий является практически полное отсутствие в них внутренних дефектов (флокенов), к тому же, они не становятся более хрупкими после выполнения отпуска.

К коррозионностойким сталям с ферритной структурой относятся: 08Х17, 08Х18Т1, 08Х13. Из стали данных марок не рекомендуется изготавливать детали, которые будут испытывать значительные ударные нагрузки и эксплуатироваться при пониженных температурах.

Для того чтобы разобраться в качественном и количественном составе нержавеющей стали, достаточно расшифровать ее марку. Алгоритм такой расшифровки достаточно прост:

• по первому числу, стоящему в марке стали, определяют количественное содержание в ней основного после железа элемента — углерода (исчисляется в сотых долях процента);
• содержание в составе стали других элементов (исчисляются в целых процентах), определяют по цифрам, стоящим за литерами, которыми такие элементы и обозначают (Х — хром, Н — никель, М — молибден и т.д.).

Широкий ассортимент марок нержавеющей стали позволяет найти оптимальный для себя вариант. Следует учитывать, что отдельные виды нержавейки могу взаимозаменяться в определенных пределах. Если при выборе стали возникли трудности, нужно обращаться к техническим консультантам специализированных фирм.

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.

Читайте также:  Как отличить чугун от стали в домашних условиях без специальных приборов

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.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

Поскольку речь идет о жаростойких и жаропрочных сталях и сплавах, то стоит дать определение терминам жаропрочность, жаростойкость.

Термины и определения

Жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.

Под жаропрочностью также понимают напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется пределом длительной прочности; если время, напряжение и деформация — пределом ползучести.

Ползучесть — явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность — сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.

Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.

Классификация

Можно выделить несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах.

Наиболее общей является следующая классификация жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов:

• Теплоустойчивые стали — работают в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени. Примером являются углеродистые, низколегированные и хромистые стали ферритного класса.
• Жаропрочные стали и сплавы — работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной жаростойкостью. Примерами являются стали аустенитного класса на хромоникелевой или хромоникельмарганцевой основах с различными легирующими элементами и сплавы на никелевой или кобальтовой основе.
• Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы — работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах. В качестве примера можно привести хромокремнистые стали мартенситного класса, хромоникелевые аустенитные стали, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса, а также сплавы на основе хрома и никеля.

Также существует классификация по способу производства:

Читайте также:  Прочностные характеристики канатов, разрывное усилие, маркировочная группа канатов

• литейные;
• деформируемые.

Стабилизация стали титаном и ниобием

При введении в хромоникелевую сталь типа 18-10 титана и ниобия, которые способствуют образования карбидов, меняются условия выделения карбидных фаз. При относительно низких температурах 450-700 ºС преимущественно выделяются карбиды типа Cr23C6, которые и дают склонность к межкристаллитной коррозии. При температурах выше 700 ºС преимущественно выделяются специальные карбиды типа TiC или NbC. При выделении только специальных карбидов склонности к межкристаллитной коррозии не возникает.

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.

ГОСТ 5632-2014 Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные

1 файл 674.58 KB
Эти наименования показывают процентное содержание хрома, углерода и никеля в аустените. Например, 12Х18Н9 означает, что в железной модификации номинальное содержание хрома составляет 18%, никеля – 10%, углерода – 0,12%. Также на маркировке может присутствовать буква “T”. Она означает, что в сплаве содержится небольшое количество титана.

Марки аустенитной стали позволяют определить основные свойства материала. Процентное содержание никеля и хрома описывает жаропрочность и устойчивость аустенита к появлению ржавчины. С помощью концентрации углерода можно рассчитать время и температурный интервал, при котором на железном сплаве появляется межкристаллическая коррозия.

Влияние содержания хрома

С повышением концентрации хрома растворимость углерода в хромоникелевом аустените уменьшается, что облегчает выделение в нем карбидной фазы. Это, в частности, подтверждается снижением ударной вязкости стали с повышением содержания хрома, что связывают с образованием карбидной сетки по границам зерен.

Вместе с тем, повышение концентрации хрома в аустените приводит к существенному снижению склонности стали к межкристаллитной коррозии. Это объясняют тем, что хром существенно повышает коррозионную стойкость стали. Более высокая концентрация хрома в стали дает меньшую степень обеднения им границ зерен при выделении там карбидов.

Марки распространенных нержавеющих сталей и их характеристики

В современном капиталистическом мире, с его сумасшедшими скоростями жизни, гигантскими объёмами передаваемой и получаемой информации, в мире крупных корпораций, задающих жизни темп — во всей этой суматохе становится всё сложнее найти крупицы той не замыленной рекламой информации, которую, вбив в строку поиска вашего интернет-браузера, вы надеетесь обнаружить. Сегодня, с вашего позволения, мы поможем вам разобраться в некоторых особенностях того материала, который тихо служит вам верой и правдой, но которому вы вряд ли придавали какое-то особое значение.

Поговорим сегодня о незаменимом помощнике в приготовлении еды. О том материале, из которого, возможно, сделан ваш ориентир во времени суток, переливающийся холодным светом на запястье руки. Расскажем о том материале, плотно окружившим вас, но на который вы в очередной раз не обратите внимание, будучи в приподнятом настроении от обсуждения с коллегой прошедшего футбольного матча, пока вы спускаетесь на лифте в столовую в обеденный перерыв. Поведаем об основе многих ответственных конструкций и изделий, применяемых практически во всех отраслях промышленности. Наконец, обсудим суть того, что стоит особняком в вопросе защиты от воздействия агрессивных сред и чего, для всех этих нужд, в мире выплавляется более 48 млн тонн ежегодно. О нержавеющей стали замолвим слово. А переходя от общего к частному – изучим самые распространённые марки нержавеющих сталей. И попробуем их расшифровать.

Нержавейка окружает нас практически повсюду. Так как она тесно связана с нашей жизнью, а сфер её применения множество, собственно из этого и следует великое разнообразие марок. Прародителем существующих коррозионностойких марок стали выступает запатентованный в Англии в 1872 году «водостойкий» сплав, разросшийся в результате многочисленных изысканий и опытов металлургов в целое семейство, классифицирующееся по кристаллической структуре металла и состоящее из следующих классов:

• Аустенитные
• Ферритные
• Мартенситные
• Дуплексные

В ГОСТе 5632-72 есть ещё классы: мартенситно-ферритный, аустенитно-мартенситный и аустенитно-ферритный. Наиболее распространённый и обладающий широким перечнем разнообразных марок сталей – аустенитный. Здесь, к примеру, представлена коррозионностойкая сталь, контактирующая с продуктами питания — AISI 304. Разберем именно этого представителя данного класса.

ГОСТы

Изготовление аустенита регулируется с помощью законодательным норм, правил, законов. Основные нормы перечислены в следующих нормативных документах — ГОСТ 5632-2014, ГОСТ 11878-66, ГОСТ Р ИСО 4136-2009.

Эти документы определяют все основные моменты, которые касаются аустенитных сталей — изготовление, маркировка, категории, марки, особенности транспортировки и так далее.

В соответствии с нормами ГОСТ для определения содержания ферритных (железных) компонентов в каких-либо изделиях на основе аустенита может применяться металлография либо магнитная технология. Для проведения проверки из аустенита вырезаются небольшие прутки (не менее 2 штук).

Особенности термообработки

Аустенитные нержавеющие стали относятся к категории труднообрабатываемых материалов. Для улучшения основных свойств аустенита и модификации его структуры используются следующие методы:

1. Отжиг. Металлическое изделие нагревается до 1200 °C в течение 2–3 часов. После этого металл охлаждается либо в масляной жидкости или воде, либо на открытом воздухе. Отжиг позволяет снизить твердость железного сплава и увеличить его гибкость.
2. Двойная закалка. Твердый раствор аустенитной стали нормализуют при температуре 1200 °C. Затем железный сплав повторно закаляется до температуры 1000 °C. Во время процесса термообработки увеличиваются пластичность аустенита и его устойчивость к высоким температурам. Увеличить эффект можно при помощи старения стали перед ее эксплуатацией.

В производственных масштабах для механической обработки аустенитных сталей используются специальные механические станки. Обработку железных сплавов следует проводить на мощном оборудовании. В противном случае материал может деформироваться или образовать длинную стружку, что обусловлено высокими показателями вязкости.

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.

Виды сталей аустенитного класса

По составу и физическим свойствам различают 3 вида стали-аустенита:

Антикоррозийный аустенитный класс стали

В эту категорию включаются сплавы с большим удельным содержанием хрома, никеля. В незначительных количествах в сплав также могут входить кремний, марганец, молибден. Особенность сплавов этой группы — минимальный риск коррозии при любых температурах.

Высокая устойчивость обеспечивается за счет двух факторов. Первый фактор — это большое содержания хрома, который создает защитную пленку на поверхности стали. Второй фактор — низкое содержание углерода (менее 0,3%). Комбинация этих факторов приводит к тому, что материал не вступает в контакт с кислородом, азотом, водой, различными химическими веществами.

Устойчивость сохраняется даже при нагреве либо охлаждении, поскольку хром при изменении температур сохраняет свои физические свойства.

Читайте также:  11 таблиц характеризующих диаметр стальных труб

Жаростойкий класс

В эту категорию включаются сплавы с большим содержанием никеля, бора, ниобия, ванадия, молибдена, вольфрама. Легирующие компоненты делают материал более прочным, минимизируют риск образования пор между отдельными атомами железа. Поэтому жаростойкий аустенит сохраняет свою форму при нагреве до 1100 градусов.

Жаростойкий материал-аустенит подходит для изготовления различных печей, станков, фабричного оборудования. В состав некоторых сплавов также включается большое количество хрома. В результате образуется жаростойкий антикоррозионный сплав, который не только выдерживает нагрев, но и не покрывается коррозией.

Хладостойкий класс

В эту категорию входят сплавы, с большим удельным содержанием хрома и со средним содержанием никеля. В качестве дополнительных легирующих добавок могут использоваться алюминий, марганец, ванадий, вольфрам.

Хладостойкие сплавы выдерживают очень низкие температуры, отлично переносят резкие перепады температур. Однако при нормальной комнатной температуре хладостойкая сталь-аустенит обладает посредственными физическими свойствами — невысокая прочность, слабая химическая инертность.

Поэтому из хладостойких сплавов делают специальную технику, оборудование для регионов с очень холодными климатом. Еще одна сфера применения — изготовление деталей, изделий, оборудования для нужд космической промышленности.

Легирующие добавки для аустенитной стали

Добавки, которые содержат легированные стали, оказывают разное влияние на конечный сплав, степень которого напрямую зависит от их концентрации в составе материала.

Рассмотрим их влияние подробно:

• Добавление хрома в концентрации 13–19 % создает на поверхности металла оксидную пленку, придающую ему коррозионную устойчивость. Однако важно учитывать, что хром дает такой эффект только при низкой концентрации углерода. Вступая в реакцию, эти два компонента образуют карбид, который в свою очередь вызывает обратный эффект, активизируя коррозию.
• Никель часто добавляют в сплавы в качестве легирующей добавки в концентрации, достигающей половины массы металла. Хотя для выработки аустенита вполне хватает 9–19 %. Хром существенно повышает пластичность сплава и уменьшает зернистость, увеличивая прочность аустенитной стали.
• Для значительного повышения прочности металла достаточно десятых и даже сотых долей углерода, добавление которого ведет к образованию карбидов.
• Чтобы полученный сплав был устойчивым к воздействию электричества или агрессивной химической среды, углерод заменяют азотом.
• Для уменьшения зернистости сплава и повышения его пластичности в качестве добавки обычно в очень малых долях применяют бор.
• Чтобы стабилизировать аустенитный сплав и придать ему дополнительную прочность, добавляют марганец и кремний.
• В производстве хладостойкого сплава чаще всего используют в качестве добавки ниобий и титан.