Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Нержавеющие хромистые (ферритные и мартенситные) стали.

Все о нержавеющей стали

ПРО НЕРЖАВЕЮЩУЮ СТАЛЬ

В нашей стране бытует мнение, что «нержавейка» сталь не магнитится и соответственно главным тестом на «нержавеечность» является прикладывание к ней магнита. Однако, это на самом деле не так, поскольку есть очень много магнитных сортов нержавеющей стали. Поэтому, если к вашей нержавейке прилипает магнит, не спешите возвращать товар поставщику, возможно у вас именно ферритный класс нержавеющей стали. Ниже мы рассмотрим свойства, классификацию и сферы применения сплавов нержавеющей стали.

Химический состав и свойства нержавеющей стали

Нержавеющая сталь или «нержавейка»- это сложнолегированная сталь, которая является стойкой против коррозии в агрессивных средах. Основным легирующим элементом является хром (доля в сплаве 12-20%). Что бы усилить коррозионную стойкость, в сплав также добавляют никель (Ni), титан (Ti), молибден (Mo), ниобий (Nb); в различных количествах в зависимости от требуемых свойств к сплаву. Степень коррозионной стойкости сплава можно определить по содержанию основных элементов сплава — хрома и никеля. Если содержание хрома в сплаве больше 12% — это уже нержавеющий металл в обычных условиях и в слабоагрессивных средах. При содержании хрома более 17% в сплаве, это коррозионностойкий сплав в агрессивных средах (например, в 50% концентрированной азотной кислоте). В зоне контакта хромсодержащего сплава с агрессивной средой образуется защитная оксидная плёнка, которая защищает сплав от воздействия окружающей среды. Коррозионная стойкость нержавеющей стали проявляется именно из-за наличия защитной пленки. Кроме того, большое значение имеют такие характеристики: однородность металла, состояние поверхности, отсутствие склонности к межкристаллической коррозии.

Виды и классификация нержавеющей стали

Н/ж сталь бывает магнитной (ферритный класс) или немагнитной (аустенитный класс). Магнитные свойства не влияют на эксплуатационные характеристики нержавеющей стали, в частности на коррозионную стойкость. Различие магнитных свойств — это следствие различия внутренней структуры сталей, которая напрямую зависит от химического состава нержавейки. Проверять сталь на «нержавеечность» магнитом – это как проверять кожу на натуральность зажигалкой (бесполезно т.к. современный дерматин держит температуру гораздо выше, чем кожа).

Всю производимую нержавеющую сталь разделяют на три типа:

Хромистые с подгруппами:

Хромоникелевые с подгруппами:

Хромомарганцевоникелевые с подгруппами:

При этом, первая группа является магнитной, вторая и третья — немагнитными.

ЕЩЕ ПОДРОБНЕ

Классификация материалов по их магнитным свойствам Тела, помещённые в магнитное поле, намагничиваются. Интенсивность намагничивания (J) прямо пропорциональна увеличению напряжённости поля (H): J= ϰH, где ϰ – коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью. Если ϰ>0, то такие материалы называют парамагнетиками, а если ϰ Некоторые металлы – Fe, Co, Ni, Cd – обладают чрезвычайно большой положительной восприимчивостью (около 105), они называются ферромагнетиками. Ферромагнетики интенсивно намагничиваются даже в слабых магнитных полях. Нержавеющие стали промышленного назначения могут содержать в своей структуре феррит, мартенсит, аустенит или комбинации этих структур в разных соотношениях. Именно фазовыми составляющими и их соотношением определяется – магнитится нержавейка или нет. Магнитная нержавеющая сталь: структурный состав и марки

Существуют две фазовые составляющие стали с сильными магнитными характеристиками:

Таким образом, коррозионностойкие стали, структура которых состоит из мартенсита, – это магнитная нержавейка. Эти сплавы реагируют на магнит, как обычная углеродистая сталь. А ферритные или феррито-мартенситные стали могут иметь различные свойства, зависящие от соотношения фазовых составляющих, но, чаще всего, и они ферромагнитны.

К данной категории относятся хромистые и некоторые хромникелевые стали. Они разделяются на следующие подгруппы:

Немагнитная нержавеющая сталь

К немагнитным сплавам относятся хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали следующих групп:

К группе немагнитных материалов относятся также коррозионностойкие аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные стали. Способ определения, является ли немагнитная сталь коррозионностойкой Как показывает изложенная выше информация, однозначного ответа на вопрос – нержавейка магнитится или нет – не существует. Если сталь магнитится, можно ли узнать, является ли она коррозионностойкой? Для ответа на этот вопрос необходимо зачистить небольшой участок детали (проволоки, трубы, пластины) до блеска. На зачищенную поверхность наносят и растирают две-три капли концентрированного раствора медного купороса. Если сталь покрылась слоем красной меди – сплав не является коррозионностойким. Если никаких изменений на поверхности материала не произошло, то перед вами нержавеющая сталь. Проверить в домашних условиях, относится ли сталь к группе пищевых сплавов, невозможно. Магнитные свойства нержавеющей стали никак не влияют на эксплуатационные характеристики, в частности, на коррозионную стойкость материала

Routes to finance

ЧТО СКРЫВАЕТ МЕТАЛЛ ПРОФИЛЬ? Производство сайдинга, металлочерепицы и профлиста (Октябрь 2020).

Ферритные стали представляют собой высокохромистые, магнитные нержавеющие стали с низким содержанием углерода.

Известные своей хорошей пластичностью, стойкостью к коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, ферритные стали обычно используются в автомобильной промышленности, посуде и промышленном оборудовании.

Характеристики ферритной нержавеющей стали

По сравнению с аустенитными сталями, которые имеют зернистую структуру с гранецентрированной кубической (FCC), ферритные стали определяются зернистой структурой с объемноцентрированной кубической (BCC).

Другими словами, кристаллическая структура таких сталей состоит из кубической атомной ячейки с атомом в центре.

Эта зерновая структура типична для альфа-железа и является тем, что дает ферритные стали их магнитные свойства.

Ферритные стали не могут быть упрочнены или усилены термообработкой, но имеют хорошую устойчивость к коррозионному растрескиванию. Они могут быть холодно обработаны и смягчены отжигом.

Несмотря на то, что ферритные сорта не обладают такой высокой прочностью или коррозионной стойкостью, как и аустенитные марки, они, как правило, обладают более высокими инженерными свойствами. Хотя обычно очень свариваемые, некоторые марки ферритной стали могут быть подвержены сенсибилизации зоны термического воздействия сварного шва и горячего крекинга металла сварного шва. Поэтому ограничения на свариваемость ограничивают использование этих сталей более тонкими датчиками.

Из-за их более низкого содержания хрома и никеля стандартные марки ферритной стали обычно дешевле, чем их аустенитные аналоги.

Содержание хрома может составлять от 10 до 27 процентов, и, как и мартенситные марки, в целом содержание никеля в общем случае практически отсутствует. Специальные сорта часто включают молибден и в меньшей степени используют алюминий и титан.

Ферритные сплавы из нержавеющей стали обычно можно разделить на пять групп, три семейства стандартных марок (группы 1-3) и два семейства сталей специального назначения (группы 4 и 5 ниже).

В то время как стандартные ферритные стали являются, по большому счету, самой большой потребляемой группой с точки зрения тоннажа, спрос на нержавеющие стали специального качества все более устойчиво.

Типы ферритной нержавеющей стали

  • Группа 1 (тип 409 / 410L): Они имеют самое низкое содержание хрома во всех нержавеющих сталях и идеально подходят для слабокоррозионных сред, где допустима локализованная ржавчина. Наименее дорогая из всех нержавеющих сталей типа 409 была первоначально создана для глушителей автомобильных выхлопных газов, но теперь их можно найти в автомобильных выхлопных трубах и корпусах каталитического нейтрализатора. Тип 410L часто используется для контейнеров, автобусов и ЖК-мониторов.
  • Группа 2 (тип 430): Наиболее часто используемая ферритная сталь типа 430 имеет более высокое содержание хрома и, следовательно, более устойчива к коррозии азотными кислотами, серосодержащими газами и многими органическими и пищевыми кислотами.В некоторых применениях этот сорт может использоваться в качестве замены для аустенитного сорта 304. Тип 430 часто встречается во внутренних приборах, включая барабаны для стиральной машины, кухонные раковины, столовые приборы, крытые панели, посудомоечные машины и другие кухонные принадлежности.
  • Группа 3 (тип 430Ti, 439 и 441): Обладая лучшей свариваемостью и формуемостью, чем ферритные листы из группы 2, сталь группы 3 может использоваться для замены аустенита аустенитного типа 304 в более широком диапазоне применений, в том числе в раковинах, обменных трубах, выхлопных системах и сварных частях стиральных машин.
  • Группа 4 (тип 434, 436, 444): При более высоком содержании молибдена эти ферритные марки нержавеющей стали обладают повышенной коррозионной стойкостью и используются в резервуарах для горячей воды, солнечных водонагревателях, частях выхлопной системы, электрических чайниках , элементы микроволновой печи, а также автомобильная поездка. В частности, класс 444 имеет эквивалент стойкости к истиранию (PRE) до уровня 316, что позволяет использовать его в агрессивных средах с наружной средой
  • Группа 5 (446, 445, 447): Эта группа нержавеющих сталей специального назначения характеризуется относительно высоким содержанием хрома. В результате получается сталь с отличной коррозионной и масштабирующей (или окисляющей) устойчивостью. Фактически, коррозионная стойкость класса 447 эквивалентна коррозионной стойкости металла титана. Молибден также обычно добавляют для улучшения коррозионной стойкости. Применения для стали группы 5 обнаружены в сильнокоррозионных прибрежных и морских средах.

Источники

Ассоциация развития нержавеющей стали в Южной Африке. Типы.
URL: www. sassda. сотрудничество. za
Международный форум по нержавеющей стали (ISSF). Ферритное решение .
URL: www. worldstainless. орг

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ МАРТЕНСИТНОГО, МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНОГО И ФЕРРИТНОГО КЛАССОВ

Стойкость сталей и сплавов этого класса против электрохимической, химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др. определяется в первую очередь их составом.

Однако большое влияние на служебные свойства сталей и сплавов оказывают также термическая обработка, сварка, горячая пластическая деформация, качество поверхности металла и другие факторы.

В зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении на воздухе после высокотемпературного нагрева, эти стали и сплавы подразделяют на следующие классы:

1) мартенситный — стали с основной структурой мартенсита (хромистые стали с 12–17 % Cr, содержащие более 0,15 % С и, специальные добавки Мо, W, V и небольшое количество Ni — до 3 %);

2) мартенситно-ферритный — стали, содержащие в структуре кроме мартенсита не менее 10 % феррита (хромистые стали с 13–18 % Cr и низким содержанием С – до 0,15 %, в ряде случаев с добавками Al, Ti, Ni, Si);

3) ферритный — стали, имеющие структуру феррита без α ↔ γ-превращений (хромистые стали с 13–30 % Cr, низким содержанием С — до 0,15 %, добавками Ti ≥ 0,5 %, иногда также Nb, Si, Mo, Al).

Коррозионностойкие хромистые стали можно разделить на три группы: с фазовым превращением (мартенситный класс); с частичным фазовым превращением (мартенситно-ферритный класс); без фазовых превращений (ферритный класс).

Таблица 10.4

Химический состав (%) хромистых коррозионностойких сталей (ГОСТ 5632–72)

СтальСiMnСrNiTiNbSP
Не болееНе более
Стали мартенситного класса
20Х130,16–0,250,80,812,0–14,00,0250,030
30Х130,26–0,350,80,812,0–14,00,0250,030
40Х130,36–0,450,80,812,0–14,00,0250,030
25Х13Н20,20–0,300,50,8–1,212,0–14,01,5–2,00,15–0,250,08–0,15
Стали мартенситно–ферритного класса
12Х130,09–0,150,80,812,0–14,00,0250,030
14Х17Н20,14–0,170,80,816,0–18,01,5–2,50,0250,030
Стали ферритного класса
08Х13≤ 0,080,80,812,0–14,00,0250,030
12Х17≤ 0,120,80,816,0–18,00,0250,035
08Х17Т≤ 0,080,80,816,0–18,05 · С–0,80,0250,035
15Х25Т≤ 0,151,00,824,0–27,05 · С–0,90,0250,035
15Х28≤ 0,151,00,827,0–30,00,0250,035

Эти стали применяют в различных отраслях промышленности: для клапанов гидравлических прессов, турбин, лопаток, арматуры крекинг-установок, карбюраторных игл, шарикоподшипников и втулок для нефтяного оборудования, режущего, мерительного и хирургического инструмента, оборудования заводов пищевой и легкой промышленности, предметов домашнего обихода и кухонной утвари и др.

Широкое практическое применение получили следующие хромистые коррозионностойкие стали:

1) Хромистые стали мартенситного класса 20Х13, 30Х13, 40Х13. В этих сталях содержится

13 % Cr, что соответствует минимальному его содержанию, обеспечивающему повышенную коррозионную стойкость. Эти стали применяют преимущественно в термически обработанном состоянии, часто с тщательно шлифованной, а иногда и полированной поверхностью.

Структура и свойства этих сталей в значительной степени зависят от содержания в них углерода: с понижением содержания углерода в этих сталях появляется структурно свободный феррит, ухудшающий механические свойства, и они переходят из мартенситного в мартенситно-ферритный (сталь 12Х13) и даже чисто ферритный (сталь 08Х13) классы; коррозионная стойкость их при этом несколько повышается. С повышением содержания углерода снижается коррозионная стойкость, увеличивается твердость, но возрастает хрупкость.

2) Хромоникелевая сталь 20Х17Н2 мартенситного класса, имеет более высокие механические свойства и коррозионную стойкость, чем у 13%-ных хромистых сталей; эта сталь хорошо поддается горячей и холодной штамповке, обрабатывается резанием, сваривается всеми видами сварки; твердость поверхностного слоя изделий из стали 20Х17Н2 при необходимости можно повысить до HRCЭ 58–60 путем газового цианирования или цементации.

3) 17%-ные хромистые стали ферритного класса 12Х17 и 08Х17Т применяются в отожженном состоянии; у этих сталей удовлетворительная пластичность в горячем и в холодном состоянии; однако вследствие пониженной пластичности сварных соединений, связанной с ростом зерна в зонах, прилегающих к сварному шву, в результате воздействия высоких температур при сварке и пониженной коррозионной стойкости зон, расположенных вблизи сварных швов, изделия из этих сталей изготовляют преимущественно без применения сварки; введение в 17%-ную хромистую сталь Ti, связывающего углерод в карбиды (TiC), способствует повышению сопротивляемости межкристаллитной коррозии (сталь 08Х17Т).

4) Высокохромистые стали ферритного класса 15Х25Т, 15Х28Т обладают высокой стойкостью в сильно-агрессивных средах; ввиду повышенной склонности этих сталей к росту зерна необходимо, чтобы начало прокатки было при температуре не выше 1000…1020 °С и чтобы скорость сварки и охлаждения сварного шва и околошовной зоны была по возможности высокой; соблюдение этих условий также способствует повышению стойкости сталей к межкристаллитной коррозии.

Высокохромистые стали при нагреве в интервале температур 400–500 °С склонны к охрупчиванию, которое проявляется в снижении ударной вязкости, относительного удлинения и в росте твердости.

Дата добавления: 2014-12-23 ; просмотров: 24 ; Нарушение авторских прав

Мартенситные и мартенсито-ферритные хромистые стали

Хромистые стали, содержащие 13 % Сг, обладают достаточно высокой стойкостью против равномерной коррозии в атмосферных условиях, слабых растворах кислот и солей при комнатной темпе­ратуре и других слабоагрессивных средах. Стали этой группы, принадлежащие к мартенситному классу, используют в основном как материалы с повышенной твердостью для изделий, работающих на износ, в качестве упругих элементов или режущего инструмента; их применяют после закалки и отпуска на заданную твердость.

Читать еще:  Цинк: характеристика, свойства, особенности металла

Самой низкой жаропрочностью обладают хромистый стали, содержащие более 13 % Сг. Эти стали нашли применение как жаростойкие материалы, особенности их структуры и свойств будут рассмотрены отдельно при анализе жаростойких мате­риалов.

Что касается высокохромистых сталей мартенситного и мартенсито-ферритного классов, то они характеризуются ком­плексом свойств, которые отвечают весьма широкому диапа­зону требований, К этим свойствам можно отнести следую­щие:

1. высокую жаропрочность и пластичность в условиях длитель­ной службы;

2. высокую стабильность структуры механических свойств при длительном старении под нагрузкой и без нее;

3. хорошую релаксационную стойкость;

4. высокий декремент затухания;

5. высокое значение коэффициента линейного расширения при высоких значениях теплопроводности;

6. высокую технологичность в условиях металлургического и машиностроительного производств.

В отличие от низколегированных сталей, содержащих до 2,5 % Сг, аустенит высокохромистых сталей более устойчив, и мартенситные превращения наблюдаются при охлаждении сталей из γ-областни на воздухе. При этом в сталях, содержащих до 8 % Сг, превращение аустенита наблюдается лишь в одной низкотемпературной области, в сталях, содержащих 8—12% Сг, — в двух областях. Первая об­ласть— высокотемпературная, в которой выделяется феррит, вто­рая — низкотемпературная, отвечающая мартенситному превраще­нию. При этом следует отметить, что мартенситное превращение в стали с 12 % Сг протекает при температуре на 100 °С ниже, чем в стали с 8 % Сг, благодаря чему структура в первом случае имеет больше дефектов и более упрочнена. В структуре сталей, охлажден­ных на воздухе, всегда присутствуют карбиды хрома. Стали с мар- тенсито-ферритной структурой имеют оптимальные свойства, когда содержание феррита не превышает 15 %.

Благодаря малой критической скорости закалки стали 20X13, 30X13 и 40X13 закаливают на мартенсит в большинстве случаев при охлаждении на воздухе. В закаленном состоянии они имеют близкую коррозионную стойкость. При отпуске закаленных на мартенсит сталей в интервале температур 200—370°С происходит только снятие внутренних напряжении, что не оказывает влияния на коррозионную стойкость. При более высоких температурах от­пуска наблюдается распад мартенсита на феррито-карбидную смесь с карбидами типа Сг23С6. Распад мартенсита сопровождается сни­жением коррозионной стойкости вследствие гетерогенизации струк­туры и обеднения ферритной составляющей хромом при выделении карбидной фазы. Степень обеднения определяется количеством углерода в стали, поэтому после отпуска мартенсита на феррито­карбидную смесь, коррозионная стойкость рассматриваемых ста­лей снижается в следующем порядке: 20X13, 30X13 и 40X13.

Наименьшую стойкость стали мартенситного класса имеют после отпуска при 550—600°С; при дальнейшем повышении температуры отпуска коррозионная стойкость несколько повышается за счет коагуляции карбидной фазы, не достигая, однако, исходного уровня.

В зарубежной практике стали этого класса в зависимости от со­держания углерода часто имеют переменное содержание хрома, например, стали, имеющие до 0,15 % С, легированы 12—14 % Сг; 0,20—0,40 % С до 13—15 % Сг и 0,6—1,40 % С до 14—15 % Сг.

Стали мартенситного класса, как правило, применяют после закалки и низкого (до 450 °С) или высокого (630—650 °С) отпуска.

Близкими по коррозионной стойкости к указанным мартенситным сталям являются стали 08X13 (ферритная) и 12X13 (мартенситно-ферритная). В связи с более низким содержанием углерода эти стали отличаются от мартенситных меньшей твердостью, но большей пластичностью, вязкостью и удовлетворительной свари­ваемостью.

Для сталей с 13 % Сг характерна пониженная стойкость против коррозионного растрескивания и питтинговой коррозии в средах, содержащих ионы хлора.

Нержавеющие хромистые (ферритные и мартенситные) стали.

Среди представленных на рынке разновидностей стали мартенситные и мартенситно-ферритные остаются востребованными. В своей основе это хромистые сплавы с состоящей из мартенсита структурой. Специалисты различают варианты продукта по содержанию в нем дополнительных примесей. В частности, углерода оказывается не менее 0,15%. Существует обозначение для минимального содержания хрома. Здесь его от 11 до 17%. От процента хрома зависит уровень устойчивости конкретной разновидности к коррозии. В сплаве присутствуют и другие элементы. Основные среди них:

  • вольфрам;
  • никель;
  • молибден;
  • хром.

Рассмотрение такой группы сталей напрямую связано с понятием мартенсита. Это обозначение для игольчатой микроструктуры. Она встречается в чистых металлах, которые проходят процедуру закалки. Также встретить структуру можно и в стали. Одна из отличительных особенностей металлов с такой микроструктурой – склонность к полиморфизму.

Говоря проще – мартенсит представляет собой базовый структурный компонент стали.

История открытия мартенсита связана с именем ученого Марка Мартенса. Он долго изучал различные металлические материалы, а также проблемы, связанные с их износом и накапливанием усталости в процессе использования.

При рассмотрении кристаллической решетки углеродистого раствора выясняется, что она тетрагональная. Решетка делится на составляющие, каждая из которых – это параллелепипед. Ячейка состоит их атомов железа и атомов углерода. Первые располагаются по вершинам, а вторые в центре.

Сама структура неравновесная. В ней сохраняется высокий уровень внутреннего напряжения. Однако материалу это идет только на благо – увеличивается его прочность и устойчивость к длительному использованию.

Ученые долго исследовали особенности повреждения такого типа металла в условиях нагрева. Довольно быстро выяснилось, что в процессе воздействия высоких температур происходит перераспределение атомов углерода. В результате формируются фазы цементита и феррита. В первой содержание углерода составляет 6,7%, во второй не более 0,02%.

Такого типа структура отражается на характеристиках получаемой стали. В первой фазе ячейка имеет ромбическую структуру, в то время как во второй она становится объемно-центрированной.

В ходе изучения основных параметров материала и его особенностей в использовании, удалось выделить два основных мартенсита. Понимание особенностей таких типов во многом влияет на то, как именно будет понимать сам материал. Выделяют:

Дислокационный мартенсит. В профессиональной литературе и технических текстах также можно встретить название его название как «реечного». Для того чтобы сформировать такую разновидность структурного элемента потребуется сталь трех типов – мало и среднеуглеродистая, а также высоколегированная. При нагреве такой стали до 300 °С наблюдается стремительное мартенситное образование. Привлекает внимание сама форма кристаллов мартенсита. Это рейки (отсюда название реечного), толщина которых варьируется от 0,2 до 2 мкм. При этом все кристаллы оказываются вытянуты в одну сторону. При ближайшем рассмотрении оказывается, что между рейками залегает прослойка аустенита. Однако она настолько тонкая (не превышает 20 нм), что её часто сложно заметить.

Двойниковый. Если второе название дислокационного мартенсита реечный, то двойниковый также называется пластинчатым. Образование такой сетки характерно для углеродистых и легированных сталей. Образование начинается уже при 200 °С нагрева.

Так как выше часто встречалось такое понятие, как мартенситное превращение, необходимо конкретизировать это понятие.

Особенности мартенситного превращения

Мартенситное превращение представляет особо полиморфный процесс. Когда он происходит, в составе кристалла наблюдается упорядоченное передвижение атомов или молекул. Таким образом, их положение относительно друг друга постепенно меняется. Отличаются межатомные расстояния, что становится важной характеристикой рассматриваемого процесса.

Перестройка кристаллической решетки или её деформация приводит к изменению начальной фазы. Величина деформации составляет около 10% или менее (но не больше). На этом фоне энергетический барьер оказывается малым.

Главным условием для того, чтобы превращение оказалось возможным, становится взаимодействие между нестабильной и стабильными фазами. Причем взаимодействие это должно быть упорядоченным. Обращает на себя внимание то, что низкий энергетический потенциал межфазных границ в совокупности с повышенной подвижностью, обуславливается здесь упорядоченным строением таких границ.

Это полностью объясняет то, что лишняя энергия, которая необходима для начала появления кристаллов оказывается не такой значимой, как может показаться на первый взгляд. На практике она сопоставима с энергией исходных дефектов, которые уже присутствуют в первоначальной фазе. При этом устанавливается по-настоящему высокая скорость создания мартенситных кристаллов. К слову, для создания таких кристаллов не требуется тепловой энергии, что также является одной из особенностей самого процесса.

В ходе мартенситных преобразований, проходит модификация атомного порядка компонентов. Это подразумевает постепенное перераспределение и последующее превращение. Сами характеристики кристаллических материалов изменяются, и изготовители могут воздействовать на такие характеристики, увеличивая температуру обработки или же используя набор средств механического взаимодействия с обрабатываемым материалом.

Центральные особенности сталей мартенситного типа

Как уже было сказано, мартенситные стали в своей основе – хромистые. Еще одно отличие – высокий процент содержания в них углерода. Наблюдается и ряд других примесей, определяющих будущую область использования и характеристики конкретного материала. Это молибден, вольфрам, ниобий. На этом список компонентов не ограничивается. При создании такого типа стали удается достичь не только устойчивости к коррозии, но и достаточной жаропрочности для расширения горизонта использования.

У данной разновидности продукции присутствует целый ряд особенностей, среди которых:

Устойчивость к появлению повреждений при соприкосновении с растворами щелочей. В такой ситуации, материал остается устойчивым к появлению коррозии и не изменяет своей структуры. Это наблюдается даже на фоне высокого уровня влажности. Защищенность от повреждения при воздействии высоких температур. Основное условие получение полного спектра положительных качеств использования – правильная закалка материала. Сталь требуется закалять при температуре не ниже 1050 °С. Дополнительное использование после нагрева сорбита и троостита помогает создать по-настоящему устойчивый к жару материал, не меняющий свих свойств при нагреве. Более того, такие стали отличаются способностью к прохождению самозакаливания с попутным увеличением полезных качеств. Низкая пластичность. Это свойство особенно ценно на фоне того, что материал отличается повышенной твердостью. При этом сам материал не теряет своих показателей, даже если в процессе легирования в него будут вводиться дополнительные элементы – пластичность останется на том же уровне. Устойчивость к воздействию воды. Такая особенность помогает создать материал, способный прослужить на протяжении длительного времени даже при соприкосновении с водой. Жидкость не способна разрушить внешний слой защитных материалов на стали и вызвать коррозию.

Помимо этого, при покупке стоит учитывать высокие показатели водоустойчивости, а также то, что мартенситный металл не так просто обрабатывать с использованием стандартного инструмента для подобных работ.

Особенности обработки и сварки

Одна из проблем, возникающих при использовании такой разновидности стали заключается в правильной сварке. Материал устойчивый к нагреву не так просто сваривать. Сварка возможна только после того, как материал предварительно будет нагрет. Показатели такого нагрева – от 200 до 450 °С. Оптимальный вариант метода сварки – ручная дуговая. Профессионалы рекомендуют использовать особые электроды со специальным покрытием. Также возможно применение и таких типов сварки, как электрошлаковая, под флюсом и дуговая.

Наиболее востребованные марки мартенситной стали

На данный момент в производстве используется большое количество разнообразных марок мартенситной стали. Наиболее востребованные разновидности представлены в таблице ниже.

Нержавеющие стали: феррит, мартенсит, аустенит

Нержавеющие стали ценят за их высокое сопротивление коррозии. Все по-настоящему нержавеющие стали содержат не менее 11 % хрома. Такое содержание хрома обеспечивает образование тонкого защитного поверхностного слоя из карбида хрома при взаимодействии стали с кислородом.

  • Влияние хрома на коррозионную стойкость стали
  • Ферритные нержавеющие стали
  • Мартенситные нержавеющие стали
  • Аустенитные нержавеющие стали
  • Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали
  • Двухфазные нержавеющие стали

Влияние хрома на коррозионную стойкость стали

Именно хром делает сталь нержавеющей. Кроме того, хром является элементом, повышающим устойчивость феррита. Рисунок 1 иллюстрирует влияние хрома на диаграмму состояния железо-углерод. Хром заставляет аустенитную область сжаться тогда, как ферритная область увеличивается в размерах. При высоком содержании хрома и низком содержании углерода феррит является единственной фазой вплоть до температуры ликвидуса.

Рисунок 1 – Влияние 17 % хрома на диаграмму состояния железо-углерод. При низком содержании углерода феррит является устойчивым при всех температурах. Буква «М» обозначает «металл», например, хром или железо, а также другие легирующие элементы.

Различают несколько видов нержавеющих сталей, основанных на различиях кристаллической структуры и упрочняющих механизмов.

Ферритные нержавеющие стали

Ферритные нержавеющие стали содержат до 30 % хрома и не более 0,12 % углерода. Благодаря своей объемноцентрированной кристаллической структуре (ОЦК) ферритные стали имеют хорошую прочность и приличную пластичность , которые достигаются за счет упрочнения твердого раствора и деформационного упрочнения. Ферритные стали являются ферромагнитными или, говоря по-простому, «магнитят». Они не поддаются термической обработке. Ферритные стали имеют отличную коррозионную стойкость, обладают умеренной способностью поддаваться обработке давлением и являются относительно дешевыми.

К ферритным нержавеющим сталям относятся стали 08Х13, 12Х17, 08Х17Т, 15Х25Т, 15Х28 по ГОСТ 5632-72.

Мартенситные нержавеющие стали

Из рисунка 1 видно, что сталь с 17 % хрома и 0,5 % углерода при нагреве до 1200 ºС образует 100 %-ный аустенит, который превращается в мартенсит при закалке стали в масле. Мартенсит затем отпускают для получения высокой прочности и твердости стали (рисунок 2).

Рисунок 2 – Мартенситная нержавеющая сталь. Содержит крупные первичные карбиды и мелкие карбиды, которые образовались при отпуске.

Содержание хрома в мартенситных сталях обычно не более 17 %, так как в противном случае аустенитная область на диаграмме состояния становится слишком маленькой. Это приводит к тому, что в нее становится технологически трудно попасть: требуется жесткий контроль содержания углерода и температуры аустенитизации. Более низкое содержание хрома позволяет расширить содержание углерода от 0,1 до 1,0 %, что дает возможность получать мартенсит различной твердости. Комбинация высокой твердости, прочности и коррозионной стойкости делает эти стали подходящим для изготовления таких изделий как высококачественные ножи и шариковые подшипники.

К мартенситным нержавеющим сталям относятся стали 20Х13, 30Х13, 40Х13, 14Х17Н2 по ГОСТ 5632-72.

Аустенитные нержавеющие стали

Никель является элементом, который повышает устойчивость аустенита. Присутствие никеля в стали увеличивает размер аустенитной области, тогда как феррит почти полностью изчезает из железо-хромово-углеродистых сплавов (рисунок 3).

Читать еще:  Особенности конструкции и сферы применения стального троса

Рисунок 3 – Сечение диаграммы состояния железо-хром-никель-углерод при 18 % хрома и 8 % никеля. При низком содержании углерода аустенит является устойчивым при комнатной температуре.

Если содержание углерода становиться ниже 0,03 %, то карбиды в стали вообще не образуются и сталь является полностью аустенитной при комнатной температуре (рисунок 4).

Рисунок 4 – Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитные нержавеющие стали обладают высокой пластичностью, способностью обработке давлением и коррозионной стойкостью.

Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса заключается в закалке в воде с температуры 1050-1100 °С. Такой нагрев вызывает растворение карбидов хрома, а быстрое охлаждение фиксирует состояние пресыщенного твердого раствора. Очень важно отметить, что в результате закалки твердость этих сталей не повышается, а снижается. Поэтому для аустенитных нержавеющих сталей закалка является смягчающей термической операцией.

Свою прочность аустенитная нержавеющая сталь получает за счет холодного наклепа — нагартовки. Аустенитные стали могут получать деформационное упрочнение до значительно более высоких величин, чем ферритные нержавеющие стали. При деформациях порядка 80-90 % предел текучести достигает 980-1170 МПа, а предел прочности — 1170-1370 МПа. Ясно, что такого наклепа можно достичь только при изготовлении таких видов изделий, как тонкий лист, лента, проволока.

Аустенитные нержавеющие стали являются немагнитными, что дает им преимущество во многих применениях.

Представителями аустенитных нержавеющих сталей являются стали 12Х18Н9 и 17Х18Н9, 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Б, 03Х18Н11 по ГОСТ 5632-72.

Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали

Эти стали называют также высокопрочными нержавеющими сталями. Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали содержат алюминий, ниобий или тантал и получают свои свойства за счет закалки, деформационного упрочнения, упрочнения старением и мартенситного превращения. Сталь сначала нагревают и закаливают с превращением аустенита в мартенсит. Повторный нагрев вызывает выделение из мартенсита упрочняющих частиц, таких как NiAl3. Высокая прочность этих сталей достигается даже при низком содержании углерода.

К дисперсионно твердеющим сталям относятся стали 07Х16Н6, 09Х15Н8Ю, 08Х17Н5М3, 04Х25Н5М2, ХН40МДТЮ по ГОСТ 5632-72.

Двухфазные нержавеющие стали

В некоторых случаях в структуре нержавеющих сталей намеренно получают смесь различных фаз. При соответствующем контроле химического состава и режимов термической обработки получают сталь с содержанием, например, 50 % феррита и 50 % аустенита. Такая комбинация фаз в структуре стали обеспечивает ей такое уникальное сочетание механических свойств, коррозионной стойкости, способности к обработке давлением и свариваемости, которое невозможно достичь в никаких других нержавеющих сталях. Иногда их называют по-зарубежному — дуплексные стали.

К двухфазным нержавеющим сталям относятся стали 08Х22Н6Т, 03Х23Н6, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2, 08Х18Г8Н2Т, 03Х24Н6М3 по ГОСТ 5632-72.

Источник: D. Askeland, P. Fulay, W. Wright – The Science and Engineering of Materials, 2011

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ МАРТЕНСИТНЫХ, МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ И ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

#1 Точмаш 23

Глава XVII
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ МАРТЕНСИТНЫХ, МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ И ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

§ 82. Состав и свойства сталей

Хром придает сплавам железа ряд особых, специфических свойств. Например, при наличии

12% Сг по массе возникающая при окислении поверхностная пленка приводит к пассивации этой поверхности. Пассивация металлов — это переход поверхности металла в пассивное состояние, при котором резко замедляется коррозия; пассивация вызывается поверхностным окислением металлов. Сталь становится коррозионно-стойкой при относительно невысокой температуре.
С целью обеспечения окалиностойкости при высоких температурах (800-1050°С) содержание хрома в сталях должно быть увеличено в среднем до 30% по массе. Коррозионная стойкость сталей при использовании различных агрессивных сред зависит от концентрации хрома в сталях и может быть различной.
Высоколегированные хромистые стали с содержанием 10,5-12% Сг, легированные молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием или никелем, обладают повышенным сопротивлением ползучести при работе под напряжением при повышенных температурах. Эти стали используют как жаропрочные при температуре эксплуатации до 600°С.
Высоколегированные хромистые стали, находящиеся в ферритном состоянии, при температурах выше 1150°С склонны к быстрому росту зерна, что вызывает снижение деформационной способности.
По влиянию хрома и углерода (обычное содержание примесей) на кристаллическую решетку при близкой к комнатной температуре хромистые стали по структуре подразделяются на мартенситные, мартенситно-ферритные и ферритные.
При малой концентрации углерода (

0,05-0,06%) стали с содержанием до 12-13% Сг относятся к мартенситному классу, при 13-16% Сг — к мартенситно-ферритному, а при Сг>16% — к ферритному.
Свариваемость хромистых сталей и свойства сварных соединений в значительной степени зависят от того, к какому классу относится свариваемая сталь. Свариваемость мартенситно-ферритных сталей практически приближается к сталям мартенситного класса.
Образование шва и околошовной зоны. При сварке сталей мартенситного класса часто образуются холодные трещины. Причинами образования холодных трещин являются:
высокая твердость и низкая деформационная способность металла, имеющего мартенситную структуру;
появление деформаций при сварке;
длительное воздействие высоких остаточных и структурных напряжений в сварном соединении после сварки;
наличие водорода в металле шва.
Холодные трещины в основном образуются на последней стадии непрерывного охлаждения при температуре 100°С и ниже. Крупнозернистый металл как сварных швов, так и зоны термического влияния склонен более к образованию трещин, чем мелкозернистый металл. Рост зерна предупреждают следующими способами: модифицируют металл сварных швов титаном, применяют более жесткие режимы сварки с меньшей погонной энергией. Оба способа, снижающие рост зерна, уменьшают образование холодных трещин.
При сварке мартенситных сталей увеличение жесткости свариваемых изделий повышает вероятность образования трещин. Это проявляется в большей степени тогда, когда закаленный металл обладает меньшей деформационной способностью.
Меньшей деформационной способностью обладает тот закаленный металл, который имеет большее содержание углерода. Так, например, сварка в углекислом газе без предварительного подогрева в изделиях небольшой жесткости не вызывает трещин при толщине металла у сталей 08X13 до18 мм, 12X13 до 10-12 мм и 20X13 до 8-10 мм.
Образование трещин при сварке устраняют применением предварительного и сопутствующего подогрева изделия. Для хромистых сталей мартенситного и мартенситно-ферритных классов применяют общий или местный подогрев изделия до температуры 200-450°С. Температуру подогрева повышают с увеличением склонности стали к закалке, которая возрастает с увеличением содержания углерода в сталях и жесткости изделия. Можно и даже предпочтительней не нагревать металл до температур, вызывающих повышение хрупкости, а ограничивать температуру сопутствующего подогрева при сварке; например, для стали 08X13 такой температурой оказывается 100-120°С. Верхний предел сопутствующего подогрева необходимо ограничивать переходом стали к отпускной хрупкости и синеломкости, т. е. температурой для различных сталей в интервале 200-250°С.
При сопутствующем подогреве весьма опасны резкие охлаждения подогретой детали, так как при этом могут появляться трещины. Поэтому для улучшения структуры и свойств необходим высокий отпуск. Однако термообработка не может выполняться отдельно от сварки. Если непосредственно после сварки остудить изделие до комнатных температур, то образуется мартенситная структура. Последующий высокий отпуск приведет к получению хорошей сорбитной структуры. Но за периоды охлаждения при температурах ниже 100°С и вылеживания изделия до начала термообработки в сварных соединениях будут образовываться трещины с выходом на поверхность и внутренние надрывы размером 1-4 мм, которые впоследствии могут получить развитие.

§ 83. Свариваемость сталей

К ферритным высокохромистым сталям относят стали с 13% Сг при низком содержании углерода (например, на нижнем уровне углерода в стали 08X13), ряд низкоуглеродистых сталей с 17% Сг и добавками титана и молибдена (например, 12X17, 08Х17Т, 08Х17М2Т), а также с 25-30% Сг (15Х25Т). Эти стали характеризуются склонностью к росту зерна при высокотемпературной обработке. Рост зерна может происходить и в результате сварочного нагрева в зоне термического влияния и металле швов. При крупном зерне эти стали теряют пластичность и вязкость даже при комнатных и более низких температурах.
При отсутствии титана или при малом его количестве нагрев таких сталей выше температуры

950°С и быстрое их охлаждение приводят к ухудшению общей коррозионной стойкости и появлению склонности к межкристаллитной коррозии. Пластичность и коррозионная стойкость основного металла и сварных соединений улучшаются при применении отпуска (760-780°С).
Для ручной дуговой сварки применяют электроды, которые позволяют получить металл шва, по составу подобный основному, или обеспечивающие получение металла шва с аустенитной или лучше аустенитно-ферритной структурой, порой с большим содержанием ферритной фазы.
В первом случае хрупкость, связанная с крупным зерном, представляет опасность не только для околошовной зоны, но и для металла сварного шва. Она может быть уменьшена при применении сварочных электродов, дающих состав металла швов, который при охлаждении во время сварки позволяет получить не чисто ферритную структуру, а с некоторым содержанием мартенситной составляющей. Это достигается введением в металл шва углерода, азота, никеля и марганца при содержании в стали не более 18% Сг. Режим термической обработки выбирают в зависимости от свойств закаленного при сварке металла шва.
Аустенитно-ферритные швы получают, используя электроды, дающие хромоникелевый или хромоникелемарганцевый металл. При этом надо учитывать и участие в формировании металла шва и основного металла.
Образование шва и околошовной зоны. Растворяющийся при сварке в расплавленном металле водород усиливает склонность к образованию холодных трещин в хрупком металле швов и околошовной зоны. Поэтому для ручной дуговой сварки высокохромистых сталей нельзя применять электроды, покрытия которых содержат в качестве газообразующих органические соединения. Для этого используют электродные покрытия основного типа, в которых газовая защита сварочной зоны образуется за счет распада карбонатов покрытия, в основном мрамора.
При этом образуются высококальциевые шлаки, которые способствуют удалению из сварочной ванны серы и фосфора. Сера и фосфор — это вредные примеси, в высокохромистых сталях в большей степени, чем в обычных углеродистых сталях. Окислительное влияние газовой фазы (С0 2 и продуктов ее распада) этих электродов стабилизируется содержанием раскислителей в металлическом стержне или в покрытии.
Для уменьшения поглощения водорода при ручной дуговой сварке электроды перед сваркой необходимо прокаливать при повышенных температурах 450-500°С, увеличив длительность прокалки до 2 ч. Сварку следует выполнять постоянным током обратной полярности.

Стали Х25Т и Х28 сваривают электродами ОЗЛ-6, если сварные изделия будут эксплуатироваться при температуре 1150°С (без циклических резких изменений и в средах, не содержащих сернистый газ). Сварку выполняют короткой дугой, кромки подготавливают только механическим способом. Содержание ферритной фазы регламентируется от 2,5 до 10%.
Стали Х23Н18, Х25Т и Х28 сваривают электродами ЦЛ-25, если сварные изделия будут эксплуатироваться при температуре выше 850°С. Сварку выполняют валиками, имеющими ширину не более трех диаметров электрода. Кратеры заполняют частыми короткими замыканиями. Содержание ферритной фазы регламентируется от 3 до 9%.
Стали Х25Т, Х28, Х23Н13, Х23Н18, находящиеся в эксплуатации при температуре 900-1100°С, сваривают электродами ОЗЛ-4. Сварку выполняют предельно короткой дугой, кромки обрабатывают только механическим способом. Содержание ферритной фазы регламентируется от 2,5 до 8%.
Стали Х23Н18, Х23Н13, находящиеся в эксплуатации в окислительных и науглероживающих средах при температуре 900-1050°С, сваривают электродами ОЗЛ-9А. При сварке этих сталей особенно необходимо следить за недопустимостью появления трещин в кратерах. Ферритная фаза отсутствует и ГОСТом не нормируется. Сварные швы недостаточно стойки против межкристаллитной коррозии.
Стали Х20Н14С2, Х25Н20С2, работающие при температуре до 1050°С, сваривают электродами ГС-1 (первый слой). Жаростойкость наплавленного металла до 1150°С.
Стали Х20Н14С2, Х25Н20С2, работающие при температуре 900-1100°С, сваривают электродами ОЗЛ-5, кромки подготавливают только механическим способом. Сварные швы устойчивы против образования горячих трещин. Сталь Х20Н14С2, находящуюся в эксплуатации при температуре 900-1100°С, можно также сваривать электродами ЦТ-17 при наложении швов небольшой ширины — не более трех диаметров электрода.
Технологические характеристики электродов для сварки жаростойких сталей приведены в табл. 19.

Учебные материалы

Некоторые узлы аппаратов, трубопроводы, детали машин, механизмов работают в агрессивных средах и должны иметь высокую коррозионную стойкость.

Хром является основным легирующим элементом, делающим сталь нержавеющей. При содержании в стали хрома больше 12,5 % на ее поверхности образуется защитная оксидная пленка Сr2О3. В зависимости от состава нержавеющие стали подразделяются на два основных класса:

  1. хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную (Ф), мартенситно-ферритную (М-Ф) или мартенситную (М) структуру;
  2. хромоникелевые, имеющие аустенитную (А), аустенитно -мартенситную (А-М) или аустенитно — ферритную (А-Ф) структуру.

Хром не является дефицитным металлом, поэтому хромистые стали самые дешевые нержавеющие стали. Эти стали обладают достаточно хорошим комплексом технологических свойств. Углерод в нержавеющих сталях является нежелательным элементом, так как связывая хром в карбиды, он тем самым обедняет твердый раствор хромом, понижая их коррозионную стойкость. Чем больше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость хромистых сталей. Хромистые стали выпускаются трех типов:

  1. содержащие 13 % Сr- 08Х13 (Ф); 12Х13 (М-Ф), 20Х13 (М), 30Х13 (М), 40Х13 (М);
  2. содержащие 17 % Сr- 12Х17 (Ф); 08Х17Т (Ф); 14Х17Н2 (М-Ф);
  3. содержащие (25…28) % Сr — 15Х25Т (Ф); 15Х28 (Ф).

Все хромистые стали подвергают закалке с 1000…1100 0 С в масле с последующим отпуском для сталей ферритного класса при 700…750 0 С, для сталей мартенситного класса 200…250 0 С.

Стали 12Х13 и 20Х13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (лопатки турбин, предметы домашнего обихода). Стали 30Х13, 40Х13 с мартенситной структурой идут на изготовление измерительного и медицинского инструмента, пружин и др.

Стали 12Х17, 15Х25Т и 15Х28 обладают более высокой коррозионной стойкостью. Их применяют для изготовления теплообменников, труб, аппаратуры, работающей в таких агрессивных средах, как дымящаяся азотная кислота, фосфорная кислота, детали аппаратов химической и пищевой промышленности. Из стали 12Х17 изготавливают теплообменники для горячих газов, трубопроводы и баки для кислот.

Нержавеющие хромистые (ферритные и мартенситные) стали.

Нержавеющие (коррозионностойкие) и жаростойкие стали и сплавы, основа которых железо и никель — это важнейшая категория специальных конструкционных материалов, которая нашла применение во многих отраслях промышленности. Повышенная стойкость против равномерной коррозии в широкой гамме коррозионно-активных сред различной степени агрессивности — отличительная особенность нержавеющих и жаростойких сталей и сплавов.

Многие нержавеющие стали кроме того обладают стойкостью против специальных видов коррозии, таких как межкристаллитная, питтинговая, щелевая коррозии и коррозионное растрескивание.

Читать еще:  Правила закалки металла в домашних условиях

Основной легирующий элемент, придающий стали коррозионную стойкость в окислительных средах это Cr — хром. Хром способствует образованию на поверхности нержавеющей стали защитной плотной пассивной пленки окисла Сr2O3. Достаточная для придания коррозионной стойкости нержавеющей стали толщина пленки образуется при добавлении к сплаву не менее 12,5% хрома. Хром и железо в сплаве образуют твердый раствор.

Стоимость хрома сравнительно невысока, он не является дефицитным компонентом. Поэтому хромистые нержавеющие стали относительно недорогие и, обладая достаточно хорошим комплексом технологических свойств, находят широчайшее применение в промышленности. Из хромистых нержавеющих сталей изготавливаются элементы оборудования, работающего при высоком давлении и температуре в условиях воздействия агрессивных сред.

Хром, которым легируются нержавеющие стали обеспечивает не только коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и формирует их структуру, механические и технологические свойства и жаропрочность. Образуемый хромом и железом непрерывный ряд твердых растворов при концентрациях начиная с 12,5% и выше, способствует формированию в хромистых нержавеющих сталях различной структуры, обеспечивающей многообразие их свойств.

Углерод в составе хромистых нержавеющих сталей.

Кроме хрома на формирование физико-механических свойств хромистых сталей, значительное влияние оказывает содержание углерода. Структуру нержавеющей стали в зависимости от содержания углерода разделяют на три главных класса: мартенситная, мартенситно-ферритная и ферритная. Это нашло отражение в классификации нержавеющих сталей по ранее действующему ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные».

Углерод содержащийся в составе нержавеющей стали, в том числе и в хромистой, это нежелательный элемент. Углерод слишком активный компонент, связывая хром в карбиды, он обедняет твердый раствор, тем самым понижая коррозионную стойкость нержавеющей стали. Кроме того повышенное содержание углерода требует повышения температуры закалки до 975-1050оС, для более полного растворения карбидов хрома.

В качестве примера серьезного влияния углерода на структуру и свойства нержавеющей стали рассмотрим сталь с содержанием 18% Cr. Например сталь 95Х18 в составе которой содержится 0,9-1,0%С и имеющая структуру мартенсита, обладает высокой твердостью (>55HRC), но коррозионная стойкость ее умеренная. А нержавеющие стали 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т1, со структурой феррита, имеют наоборот, низкую твердость и высокие коррозионные свойства.

Ферритные нержавеющие стали.

Нержавеющие стали с содержанием Cr более 12,5% и с минимальным количеством углерода имеют структуру феррита и называются ферритными. Коррозионная стойкость хромистых ферритных нержавеющих сталей во многих агрессивных средах может превосходить многие хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали, при этом они не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением. При дополнительном легировании кремнием и алюминием хромистые ферритные нержавеющие стали могут быть использованы при производстве оборудования, работающего в окислительных условиях при высоких температурах.

Недостатком, сдерживающим более широкое применение хромистых ферритных нержавеющих сталей сдерживается из-за чрезмерной хрупкости их сварных соединений. Высокая чувствительность к надрезу при нормальной температуре делает их так же непригодными для изготовления оборудования, работающего под давлением, при ударных и знакопеременных нагрузках. Ферритные нержавеющие стали используют для изготовления ненагруженных устройств и изделий.

Для обеспечения свариваемости хромистых ферритных нержавеющих сталей необходимо ограничением в иx составе не только углерода, но и азота. Нержавеющие ферритные стали, с суммарным содержанием углерода и азота не более 0,020% обладают большей пластичностью и повышенной ударной вязкостью, а значит меньшей хрупкостью при сварке. Но технология производства таких сталей усложнена, так как необходимо использование вакуумных печей или продувка расплава аргоном или аргоно-кислородной смесью.

Нержавеющие стали ферритного класса при нагреве не изменяют состав структуры, твердый раствор лишь становится более однородным. Поэтому для увеличения коррозионной стойкости можно использовать термическую обработку.

Мартенситные нержавеющие стали

Хромистые нержавеющие стали, в составе которых содержится повышенное количество углерода имеют структуру мартенсита. Для обеспечения заданных коррозионных и других свойств, мартенситные стали дополнительно легируются никелем и другими химическими элементами. Никель взаимодействуя с углеродом стабилизирует структуру нержавеющей стали, а молибден, вольфрам, ванадий, ниобий вводят для повышения жаропрочности сталей.

Прочность обычных мартенситных хромистых нержавеющих сталей остается удовлетворительной прочностью при температурах до 500оС, то дополнительное легирование элементами, образующими соединения с углеродом поднимают этот порог до 650оС. Это позволяет использовать легированные мартенситные хромистые нержавеющие стали для изготовления элементов современного энергетического оборудования. Молибден и вольфрам, кроме того, снижают хрупкость при длительной эксплуатации при высоких температурах.

Стали мартенситного класса, такие как 20Х13, 30Х13, 40Х13, 65Х13 и др., обладают повышенной твердостью и используются для изготовления режущего инструмента, и элементов оборудования работающих на износ. Термическая обработка сталей этой группы заключается в закалке и отпуске на заданную твердость.

Мартенситные нержавеющие стали так же склонны к хрупкому разрушению в закаленном состоянии, что усложняет технологию их сварки. Содержание углерода в мартенситных сталях, как правило, превышает 0,10%, и это приводит к образование холодных трещин в процессе охлаждения мартенсита, после нагрева электросваркой. При снижении содержания углерода дополнительным легированием вязкость мартенсита повышается, однако при этом возникает другая опасность, а именно образование структурно-свободного феррита, который, так же является причиной высокой хрупкости стали.

Для предотвращения образования холодных трещин мартенситные нержавеющие стали сваривают при температуре воздуха ≥0оС и применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200 . 450оС. Температура подогрева назначается в зависимости от склонности стали к закалке.

Мартенситно-ферритные нержавеющие стали.

К этому классу относят стали с частичным γ→α превращением. Термокинетическая диаграмма у этих сталей состоит из двух областей превращения. При температурах >600оС при низкой скорости охлаждения возможно образование ферритной составляющей структуры. При большой скорости охлаждения Теги

  • Металлоконструкции

+7(812) 987 9110 +7(812) 322 8737 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

В чём разница?

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.

Содержание
  1. Обзор и основные отличия
  2. Что такое Аустенитная нержавеющая сталь
  3. Что такое Мартенситная нержавеющая сталь
  4. В чем разница между Аустенитной и Мартенситной нержавеющей сталью
  5. Заключение
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.

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.

При добавлении азота в аустенитную нержавеющую сталь 200 — это придаёт ей большую механическую прочность по сравнении с аустенитной нержавеющей сталью серии 300.

Сплав 20 (Carpenter 20) — это аустенитная нержавеющая сталь, которая обладает стойкостью к горячей серной кислоте, а также к другим агрессивным средам. Сплав 20 обладает отличной стойкостью к коррозионному растрескиванию при кипении 20–40% серной кислоты. Этот сплав обладает отличными механическими свойствами. Кроме того, во время сварки, наличие ниобия в этом сплаве предотвращает выпадение карбидов.

Жаропрочные аустенитные нержавеющие стали предназначены для работы при высоких температурах — около 600 °C. Эти сплавы предотвращают коррозию и сохраняют механические свойства, такие как прочность (предел текучести), а также сохраняют сопротивление ползучести. Добавки кремния, а также алюминия. Коррозионная стойкость в этих сталях обеспечивается наличием хрома с кремнием, а также алюминием. В серосодержащих средах никель в этих сталях слабо помогает. Для предотвращения этого, добавляют Si и Al, образующие стабильные оксиды. Редкоземельные элементы, такие как церий, повышают стабильность оксидной пленки.
Аустенитные нержавеющие стали 309 и 310, предназначены для использования при высоких температурах — более 800 °C.

Аустенитная нержавеющая сталь испытывается с помощью метода неразрушающего контроля с использованием контроля проникающего красителя. Кроме того другой метод испытания — это вихретоковые испытания.

Что такое Мартенситная нержавеющая сталь?

Мартенситная нержавеющая сталь — это особый тип сплава из нержавеющей стали, который может быть закален и отпущен с помощью нескольких способов старения/термообработки. Типичным примером мартенситной нержавеющей стали является X46Cr13.

Структура Мартенситной нержавеющей стали

Характерная объемно-центрированная тетрагональная мартенситная микроструктура была впервые обнаружена немецким микроскопистом Адольфом Мартенсом около 1890 года. В 1912 году Элвуд Хейнс подал заявку на патент США на мартенситный сплав нержавеющей стали. Этот патент не выдавался до 1919 года. В 1912 году Гарри Брирли из исследовательской лаборатории Браун-Ферт в Шеффилде, Англия, в поисках коррозионно-стойкого сплава для стволов, открыл и впоследствии промышленно использовал мартенситный сплав из нержавеющей стали. Об этом открытии было объявлено через два года в январской газете 1915 года The «New York Times».

Обзор. Нержавеющие мартенситные стали могут быть высокоуглеродистыми или низкоуглеродистыми сталями, построенными на основе состава железа, от 12% до 17% хрома, углерода от 0,10% (тип 410) до 1,2% (тип 440C)

  • Нержавеющие мартенситные стали с углеродом
    до 0,4% из-за своих механических свойств используются в насосах, клапанах, валах.
  • Выше 0,4% — используются из-за их износостойкости в хирургических лезвиях, для столовых приборов, в пластиковых литьевых формах).

Они могут содержать некоторое количество Ni (тип 431), более высокое содержание Cr и/или Мо, тем самым улучшая коррозионную стойкость и, поскольку содержание углерода также мало, ударная вязкость улучшается. Марка EN 1.4313 (CA6NM) с низким содержанием C, 13% Cr и 4% Ni обеспечивает хорошие механические свойства, хорошую способность к заливке, хорошую свариваемость и хорошую устойчивость к кавитации. Она используется почти для всех гидроэлектрических турбинах в мире. Добавки B, Co, Nb, Ti улучшают высокотемпературные свойства, в частности сопротивление ползучести (используется для теплообменников в паровых турбинах). Особый сорт — тип 630 (также называемый 17/4 PH), который является мартенситным и затвердевает при осаждении при 475 °C.

Механические Свойства. Они закаливаются термической обработкой (в частности, закалкой и снятием напряжений или закалкой и отпуском. Состав сплава и высокая скорость охлаждения закаливания обеспечивают образование мартенсита. Мартенсит обладает низкой ударной вязкостью и, следовательно, хрупок. Закаленный мартенсит придает стали хорошую твердость и высокую ударную вязкость, в основном используется для медицинских инструментов.

Обработка. Когда при изготовлении требуются формуемость и мягкость, используется сталь с максимальным содержанием углерода 0,12%. При увеличении содержания углерода возможно упрочнение и отпуск при достижении предела прочности при растяжении в диапазоне от 600 до 900 Н/мм2 в сочетании с разумной вязкостью и пластичностью. В этих условиях эти стали находят много полезных общих применений, где требуется умеренная коррозионная стойкость. Кроме того, с более высоким диапазоном содержания углерода в закаленном и слегка отпущенном состоянии может быть достигнут предел прочности на разрыв около 1600 Н/мм2 с пониженной пластичностью.

Контроль. Мартенситная нержавеющая сталь может быть подвергнута неразрушающему контролю с использованием метода магнитного контроля частиц , в отличие от аустенитной нержавеющей стали.

Мартенситные нержавеющие стали в зависимости от их содержания углерода подразделяются на:

  • Коррозионно-стойкие технические стали, используемые в различных областях машиностроения для изготовления: насосов, клапанов, валов лодок.
  • Стойкие к коррозии стали: столовые приборы, медицинские инструменты (скальпели, бритвы и внутренние зажимы), подшипники (шарикоподшипники), лезвие бритвы, литьевые формы для полимеров, тормозные диски для велосипедов и мотоциклов
В чем разница между Аустенитной и Мартенситной нержавеющей сталью?

Аустенитная нержавеющая сталь — это форма сплава нержавеющей стали, которая обладает исключительной коррозионной стойкостью и впечатляющими механическими свойствами, в то время как мартенситные нержавеющие стали — это сплав, в котором больше хрома и обычно в нем нет никеля. Ключевое различие между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью состоит в том, что кристаллическая структура аустенитной нержавеющей стали представляет собой гранецентрированную кубическую структуру, тогда как для мартенситной нержавеющей стали это объемно-центрированная кубическая структура.

Кроме того, еще одно различие между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью состоит в том, что аустенитная нержавеющая сталь содержит никель, а мартенситная нержавеющая сталь — нет. Содержание никеля в аустенитной нержавеющая стали составляет от 8 до 10%. Кроме того, аустенитная нержавеющая сталь является диамагнитной, а мартенситная форма — ферромагнитной.

Заключение — Аустенитная и Мартенситная нержавеющая сталь

Аустенитная нержавеющая сталь — это сплав нержавеющей стали, который обладает исключительной коррозионной стойкостью и впечатляющими механическими свойствами, в то время как Мартенситные нержавеющие стали — это сплав, в котором больше хрома и обычно в нем нет никеля. Ключевое различие между Аустенитной и Мартенситной нержавеющей сталью состоит в том, что кристаллическая структура Аустенитной нержавеющей стали является гранецентрированной кубической структурой, тогда как кристаллическая структура Мартенситной нержавеющей стали является объемно-центрированной кубической структурой.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector