Материал: Специальные стали лекция6

Ферритные стали

Эти стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака и др. агрессивных средах. Применяют для изделий, работающих в окислительных средах, для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности.

Коррозионная стойкость этих сталей повышается с увеличением содержания Cr. Только при С0,03% в структуре стали наблюдается чисто ферритная структура (в стали типа 12Х17 при высокотемпературной нагреве возможно образование аустенита, количество которого зависит от содержания С – рисунок слева). Наибольшее количество аустенита образуется при температурах 1000…1100⁰С, при более высоких температурах содержание аустенита снижается (рисунок слева). Образование аустенита в этих сталях нежелательно, т.к. при охлаждении это приводит к мартенситному превращению, в результате чего снижается пластичность и коррозионная стойкость. Получению однофазной структуры способствует легирование Ti, Nb, Mo.

Термообработка этих сталей назначается исходя из условий эксплуатации и с учетом возникновения отпускной хрупкости при 475⁰С, выделения -фазы и склонности к МКК. Используют два вида термообработки (рисунок слева): отжиг при 560…800⁰С (выдержку назначают с учетом возникновения отпускной хрупкости и выделения -фазы) или закалку с выдержкой при температуре 870…950⁰С в течение 1 часа с охлаждением в воде.

Мартенситные и мартенсито-ферритные стали

Обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах и имеют высокие механические свойства. Применяют в качестве режущего инструмента (ножи).

Термическая обработка этих сталей – закалка+отпуск на заданную твердость. Критическая скорость закалки мала (рисунок слева), поэтому закаливают на воздухе. Закалку проводят с температур 950…1020⁰С для полного растворения в аустените карбидов Cr₂₃C₆. После закалки сталь имеет высокую коррозионную стойкость и HRC 56…58.

Отпуск при 200…400⁰С проводят для снятия внутренних напряжений; он не оказывает влияния на коррозионную стойкость. Сталь 40Х13 после такого отпуска имеет HRC50.

При отпуске выше 500⁰С происходит распад мартенсита и выделение карбидов типа Ме₂₃С₆, что снижает коррозионную стойкость.

Аустенитные стали

Хромоникелевые стали.

10Х18Н9Т.

Эти стали имеют высокие прочность, пластичность, коррозионную стойкость и технологичность.

Введение в сталь Ni расширяет -область, снижает точку мартенситного превращения до температур ниже комнатной. Мартенсит в таких сталях может быть получен пластической деформацией, т.к. М_д выше комнатной.

В хромоникелевых аустенитных сталях возможны следующие превращения:

• Образование карбидных, карбонитридных фаз по границам зерен и -фазы при нагреве в интервале 650…850⁰С. В результате снижается пластичность и сопротивление МКК

• Растворение этих фаз при нагреве до температур 1100…1200⁰С;

• Образование -феррита при нагреве до высоких температур, что снижает технологичность стали при горячей обработке давлением;

• Образование - и -мартенсита при охлаждении и пластической деформации.

Термическую обработку проводят для получения аустенитной структуры, снятия внутренних напряжений и устранения склонности к МКК.

Для сталей, нестабилизированных Ti или Nb термическая обработка состоит из закалки из однофазной аустенитной области (1000⁰С) в воду. Температура нагрева под закалку должна быть выше температуры растворения хромистых карбидов (рисунок слева).

Для повышения концентрации хрома на границе аустенит-карбид применяют стабилизирующий отжиг при 850…950⁰С, что повышает коррозионную стойкость.

Для стабилизированных сталей закалку проводят из двухфазной области аустенита и специальных карбидов МеС – с температур 1000..1100⁰С (рисунок слева).

В процессе стабилизирующего отжига при 850…950⁰С возможно превращение карбидов хрома в специальные карбиды, что устраняет склонность к МКК.

Отжиг более эффективен для стабилизированных сталей.

Хромомарганцевоникелевые (10Х14Г14Н4Т) и хромомарганцевые (10Х14АГ15) стали.

Имеют высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах. Применяются в торговом и пищевом машиностроении.

Mn является аустенитообразующим элементом с несколько меньшей стабилизирующей способностью, чем у Ni. Аустенитную структуру можно получить при содержании > 15% Mn и < 15% Cr. В других случаях образуется двухфазная структура.

Термическая обработка этих сталей (рисунок слева) заключается в закалке от 1000…1100⁰С в воду для обеспечения аустенитной структуры, снятия наклепа и устранения склонности к МКК. Выдержка под закалку должна быть минимальной, т.к. Mn имеет тенденцию к избирательному окислению при высоких температурах, в результате чего поверхностные слои обедняются Mn и могут приобретать феррито-мартенситную структуру, что нежелательно.

Аустенито-ферритные стали

Имеют повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зерна при сохранении двухфазной структуры, меньшую склонность к МКК.

08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.

Применяются в химической промышленности, судостроении, авиации.

Повышенное сопротивление МКК объясняют более мелкозернистой структурой двухфазных сталей.

Благодаря более высокому содержанию хрома аустенит становится более устойчивым по отношению к мартенситному превращению.

В структуре аустенито-ферритных сталей могут происходить следующие основные превращения:

• Изменение количества аустенита и феррита в зависимости от температуры нагрева;

• Распад -феррита с образованием -фазы и вторичного аустенита в интервале температур 650…850⁰С;

• Выделение карбидных, нитридных и интерметаллидных фаз как из аустенита, так и из феррита;

• Мартенситные  превращения при охлаждении или при деформации;

• Процессы охрупчивания ферритной фазы, связанные с упорядочением и расслоением («хрупкость 475⁰С»).

Технологическая пластичность двухфазных сталей зависит от соотношения фаз (рисунок слева). Наиболее высокая пластичность аустенито-ферритных сталей наблюдается в интервале 950…1050⁰С, что объясняется наименьшей разницей в свойствах фаз при этих температурах.

Термообработка этих сталей заключается в закалке с температур 900…1100⁰С (рисунок слева).

Аустенито-мартенситные стали

07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

После закалки структура этих сталей – метастабильный аустенит, который может претерпевать мартенситное  превращение при обработке холодом или при деформации ниже М_д.

Дополнительное упрочнение этих сталей может быть получено в результате дисперсионного твердения мартенсита при температурах 400…500⁰С. Для этого стали легируют Al, Cu, Ti. В этом случае возможно выделение интерметаллидной фазы NiAl, когерентной с ОЦК-матрицей, и NiTi или Ni(Al, Ti) с ОЦК структурой.

При отпуске (старении) выделяются также карбонитриды Mo и V, что повышает прочность, но снижает пластичность.

Для обеспечения достаточной прочности и одновременного повышения коррозионной стойкости стали (например 09Х15Н8Ю) подвергаются следующей термической обработке (рисунок слева): закалка на аустенит при температуре 925…975⁰С с последующая обработка холодом (-70⁰С) и старение при 350…380⁰С.

После закалки сталь обладает высокой пластичностью _В=900 МПа, =30% и может пластически деформироваться и обрабатываться резанием. Обработка холодом вызывает превращение 80% аустенита в мартенсит. Последующее старение приводит к дополнительному упрочнению стали (_В=1200…1300 МПа, =14%) за счет выделения в мартенсите дисперсных интерметаллидных фаз.

Возможна также следующая обработка: закалка (на аустенит) с последующей деформацией при температуре ниже М_д и старением при 450…480⁰С (рисунок слева). свойства стали после такой термообработки: _В=1100 МПа, =14%.

72