§ 9.2. Хромистые нерж, стали |
309 |
направляющие штоки и др., используют нержавеющие стали типа X13, Х17Н2. Хромистые стали используют также для из готовления крепежа, пружинных элементов.
Состав и структура. Высокая коррозионная стойкость ста лей достигается легированием их хромом. Диаграмма состояния системы Fe—Cr представлена на рис. 9.8. Х<елезо с хромом
Содержание Сг, вес. %
Рис. 9.8, Диаграмма состояния Fe—Сг.
образует ряд непрерывных твердых растворов. В области замк нутой петли аустенит устойчив, в промежуточной области со существуют аустенит и феррит. За пределами петли устойчив только феррит. Форма и границы петли в значительной степе ни зависят от присутствия в стали еще и других Элементов, например, углерода, никеля. Если содержание хрома не превы шает значений, соответствующих границе аустенитной петли, то сталь термообрабатывается и принадлежит к мартенситному классу. При быстром охлаждении от температуры, отвечающей аустенитной области, происходит структурное превращение и при комнатной температуре фиксируется мартенсит. Если содер жание хрома выше, чем это соответствует границе петли аусте нита, то сталь не термообрабатывается и принадлежит к феррит ному классу. При содержании хрома, отвечающем промежуточ ной области (аустенит-(-феррит), сталь принадлежит к ферри тно-мартенситному классу.
310 |
Г л . 9. Материалы ядерны х установок |
Применяют три типа хромистых нержавеющих сталей: с 12, 17 и 27% Сг. Стали с 12% Сг в зависимости от требуемых меха нических характеристик имеют различное содержание углерода (от 0,1 до 0,4%). Стали с 17—18 и 25—28% Сг имеют иногда небольшие добавки титана и никеля, которые вводятся для из мельчения зерна, а никель еще и для улучшения механических характеристик. Состав хромистых нержавеющих сталей, приме няемых в промышленности, приведен в табл. 9.6.
В зависимости от содержания углерода хромистые стали с 12—14% Сг могут относиться к разным структурным классам (см. табл. 9.6). Сталь 0X13 может являться чисто ферритной (при содержании углерода менее 0,08% и хрома на верхнем пределе) и ферритно-мартенситной (при среднем содёржании хрома и углерода). Углерод является аустенитообразующим элементом, расширяющим у-область, а хром — ферритообразую щим, уменьшающим у-область. При минимальном содержании углерода и максимальном содержании хрома у-область умень шается и в этом случае сталь марки 0X13 отвечает составу, лежащему вне аустенитной области, т. е. является чисто фер ритной сталью и не будет испытывать структурных превраще ний. При средних содержаниях углерода и хрома состав стали отвечает области у—а диаграммы, приведенной на рис. 9.8. В этом случае зерна аустенита будут претерпевать структурное
превращение, а |
феррита — естественно нет, т. е. превращение |
будет осуществляться не полностью. |
|
Состав стали |
1X13 при минимальном содержании хрома |
(12%) и максимальном содержании углерода (0,15%) будет лежать в пределах у-области и сталь будет испытывать проте кающее полностью превращение аустенит-мреррит, а при охлажпении из у-области на воздухе будет закаливаться на мар тенсит. Указанные обстоятельства делают сталь марки 1X13 весьма нестабильной по свойствам. Небольшие отклонения в пределах марочного состава резко изменяют структуру стали от мартенситной до ферритной. Сталь Х14 ферритная, но при максимальном содержании углерода она становится ферритно мартенситной. Стали 2X13, 3X13, 4X13 принадлежат к мартен
ситному классу, |
а стали |
Х17 |
и |
Х(25-^28)— к |
ферритному. |
|
В соответствии с изложенным после закалки или охлажде |
||||||
ния на воздухе от температуры |
900— 1100° стали имеют сле |
|||||
дующую структуру: стали 0X13 и |
1X13 — феррит |
и мартенсит |
||||
в разных соотношениях; стали 2X13, |
3X13, 4X13 — мартенсит; |
|||||
стали XI7, Х25Т, Х28 — феррит. |
|
|
в а . Твердость и прочность |
|||
Ф и з и ч е с к и е |
и м е х а н и ч |
е с к и е |
с в о |
й с т |
||
сталей после закалки зависят от содержания в них углерода. При содержании 13% Сг сталь с 0,01% С не упрочняется при закалке, так как в ней невозможно структурное превращение.
§ 9.2. Хромистые нерж, стали |
313 |
при перегреве, например при сварке, крупнозернистость не мо жет быть устранена термической обработкой, так как в этих сталях отсутствуют структурные превращения. Крупнозерни стость обусловливает повышенную хрупкость сталей. Рост зер на несколько сдерживается при добавке в них титана и азота вследствие образования карбидов и нитридов титана по грани цам зерен, что положительно отражается на механических свойствах.
Явление охрупчивания наблюдается в сталях с 17% Сг и при мелкозернистой структуре после длительных выдержек при температуре 450—700° (т. е. ниже температурного порога роста зерна), в результате значительного выделения карбидов по гра ницам зерен при 450° или образования хрупкой S-фазы при 700°. Присадка никеля к сталям с 17% Сг и повышение в них содер жания углерода расширяют у-область и приводят к структурно му превращению у—а. Однако подобное превращение в этой стали проходит не до конца, но тем не менее это дает замет ное упрочнение. В группе сталей с 17% Сг сталь 1Х17Н2 яв ляется высокопрочной (см. табл. 9.7) и применяется там, где требуется повышенная прочность при коррозионных свойствах, присущих сталям с 17% Сг. Еще более высокой прочностью об ладает сталь 2Х17Н2.
Физические свойства хромистых нержавеющих сталей, со держащих 13—28% Сг:
Удельный вес |
|
рас |
7,7—7,8 Г/см3 |
Коэффициент термического |
(11-т-11,8). ІО“ « град- 1 |
||
ширения при 20—400° С |
100— |
0,06—0,07 кал/{см-сек-град) |
|
Теплопроводность |
при |
||
300° С |
|
|
2,7 барн |
Сечение поглощения тепловых |
|||
нейтронов |
|
|
|
Мартенситные и |
ферритно-мартенситные хромистые стали, |
||
в которых имеет место структурное превращение аустенита в феррит, склонны к воздушной закалке, при нагревах во время производственных операций и при сварке, что резко снижает их пластичность. Хромистые стали свариваются труднее, чем низ колегированные или хромоникелевые стали. Лучше свариваются хромистые стали с более низким содержанием углерода и хро ма, т. е. стали типа Х13 и, в частности, сталь 1X13. Сталь Х17 с более низким содержанием углерода по сравнению со сталью Х18 сваривается лучше. Не рекомендуется сваривать хромистые стали с содержанием углерода более 0,12%.
Сварочная проволока применяется из того же материала или из аустенитной хромоникелевой нержавеющей стали. Вследст вие закалки при охлаждении на воздухе сталей мартенситного