Нержавеющие стали

Химушин Ф.Ф.
Металлургия, 1967 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Нержавеющие стали
Горячая обработка давлением
 
Нержавеющие стали мартенситного, ферритного, полуферритного и аустенитного классов по-разному подвергают ковке и го­рячей  прокатке.
Оборудование для горячей обработки давлением нержавеющих сталей в основном не отличается об оборудования, применяемого для обработки углеродистых и низколегированных сталей. В связи с тем, что нержавеющие стали, особенно аустенитные, имеют более высокие прочностные свойства при температурах горячей обработки, необходимо иметь более мощное оборудование, так как требуются большие затраты энергии при получении полу­фабриката того же размера, чем при обработке углеродистой стали.
Многие нержавеющие стали обрабатывают в более узком интервале температур, поэтому важно иметь оборудование, обес­печивающее условия для сохранения тепла при переносе загото­вок и горячей обработке давлением. Кроме того, чтобы после деформирования хорошо измельчилось зерно, требуются легкие удары в начале обработки и тяжелые в конце. Регулировка ударов важна также при изготовлении изделий более сложной формы. Следовательно, для ковочного и прессового инструмента следует применять более прочные и упругие штамповые стали [797, 798]. Для облегчения течения металла рекомендуется применять обильную смазку из графита (сухого), смешанного с маслом или водой, соляные растворы, стекло и др.
Использование менее окисляющих или контролируемых атмо­сфер при нагреве заготовок под ковку и прокатку уменьшает количество окалины и способствует меньшему износу инструмента. При горячей обработке давлением металл на первой стадии нагре­вают медленно до 820—870° С с выдержкой для прогрева при этих температурах, затем на второй стадии заготовки быстро нагре­вают до температур ковки или прокатки. Медленный нагрев и выдержка при указанных температурах сокращают время пребы­вания стали при высоких температурах, тем самым уменьшают окалинообразование и возможность растрескивания, которое мо­жет возникнуть вследствие большого температурного градиента, а для аустенитных сталей — еще высокого коэффициента линей­ного расширения.
Для уменьшения температурного градиента инструмент сле­дует подогревать, что связано с применением более стойких против отпуска штамповых сталей.
Вследствие образования тугоплавких окислов хрома в тре­щинах и несплошностях нержавеющие стали не самосвариваются. Дефекты этого типа, образующиеся в металле при горячей обра­ботке давлением, не завариваются, как в углеродистых сталях. Поэтому очень важно нагрев сталей на первой стадии вести тща­тельно с тем, чтобы металл хорошо был прогрет и в нем не образовались внутренние трещины. На второй стадии нагревают за­готовку быстрее, так как этому способствует более высокая тепло­проводность металла при высоких температурах. Слишком дли­тельный нагрев заготовок приводит к пережогу, связанному с окис­лением и насыщением газов.
При определении способности стали к горячей обработке давле­нием и нахождения благоприятного температурного интервала часто определяют способность стали к пластической деформации скручиванием при высоких температурах. В работе [302] под­робно исследованы свойства (δ, ψ, аk) сталей марок: 10, 45; ЭЯ1Т, ЭИ402, ЭИ439, ЭИ257, ЭИ448, ЭИ432 при 1000—1350° С (рис. 390), связанных с их сопротивлением деформации при высоких темпе­ратурах. Одновременно проводилась опытная прошивка труб из указанных сталей. Чем выше сопротивление скручиванию (по числу скручиваний до разрушения), тем выше способность стали к горячей обработке давлением.
На диаграмме пластичность — температура у некоторых ста­лей можно отметить минимумы, максимумы и монотонное изменение пластичности с температурой, что зависит от неоднородности структуры аустенита или феррита или же от количества фаз в случае сталей переходного класса 17171.
Для стали 1Х18Н9Т сперва пластичность при температуре до 1200° С увеличивается, что связано с уменьшением количества δ-феррита, и далее резко падает с увеличением его количества. Полное падение пластичности (хрупкость) сталей наблюдается при температурах, приближающихся к температуре солидуса, однако это зависит от состояния границ зерен, температура плавления которых может наступать значительно раньше вследствие локаль­ного скопления легирующих элементов и различных примесей (Pb, Sn, Sи др.), понижающих температуры плавления [14, 718—720 ].
Наиболее высокой пластичностью обладает чисто ферритная сталь Х25Т, меньшей пластичностью — сталь Х25Ю5 и углеро­дистые стали 10 и 45. Аустенитные стали обладают значительноменьшей пластичностью, чем ферритные (рис. 391). В ряде слу­чаев добавки редкоземельных элементов (Са, Ва, La, Zr, Се) улучшают пластичность нержавеющих сталей в горячем состоянии и длительную прочность [14, 718].
Температурные режимы нагрева нержавеющих сталей по дан­ным отечественной и зарубежной практики различны по маркам и классам (табл. 225, 226). Эта разница относится главным обра­зом к максимальным температурам нагрева и объясняется тем, что в зарубежной практике нагрев заготовок перед горячей обработкой давлением более кратковременный [773]. Как правило, заготовки не оставляют в сварочном пространстве длительное время, если почему-либо наступает перерыв при прокатке или ковке.
Горячую обработку давлением нержавеющих сталей различ­ных классов ведут по-разному, учитывая их особенности,
 
Хромистые стали мартенситного класса
Вследствие малой теплопроводности сталей при умеренных Температурах нагрев под горячую обработку давлением сначала ведут медленно, а затем по мере прогрева и повышения темпера­туры несколько быстрее. При быстром нагреве разница в темпе­ратуре поверхности и сердцевины большая; возникающие огром­ные напряжения приводят к разрыву в середине и к образованию так называемых скворечников.
Первые удары молота должны быть осторожными во избежа­ние появления трещин по границам первичных зерен, а затем более энергичными. Температура конца ковки сталей мартенситного класса должна быть не ниже 850° С и охлаждать металл после ковки следует медленно в колодцах, в золе или в подогретом песке.
 
Хромистые полуферритные и ферритные стали
Горячая обработка сталей этого типа должна заканчиваться при более низких температурах (700—800° С), но с повышенными степенями деформации в конце ковки или прокатки. Стали ферритного класса, имея большую склонность к росту зерен при темпе­ратурах выше 800° С, благодаря рекристаллизации становятся крупнозернистыми, если ковка заканчивается при более высокой температуре.
 
Аустенитные стали менее склонны к росту зерна, но деформа­ция, так же как и полуферритных и ферритных сталей, в конце прокатки должна быть достаточной, а температура не ниже 850— 900° С.
Крупнозернистость сталей, ковка или прокатка которых за­канчивалась при высокой температуре, не может быть исправ­лена последующей термической обработкой.
В работе [49] приведены диаграммы рекристаллизации сталей полуферритного и ферритного классов, показывающие, что с по­вышением температуры у сталей аустенитного класса наблюдается меньшая склонность к укрупнению зерна, чем у сталей феррит­ного.
Свойства сталей (механические и коррозионные) достигаются в том случае, если в процессе горячей обработки давлением строго выполняются температурные условия и степень деформации.
Хромоникелевые стали при умеренных температурах (600— 800° С) имеют пониженные пластические свойства вследствие обра­зования карбидов, поэтому эти стали нельзя подвергать горячей деформации при пониженных температурах, т. е. ниже температур конца ковки, указанных в табл. 225, 226.
Вследствие понижения пластичности в стали возможна склон­ность к растрескиванию. Повышение температуры нагрева выше установленной ведет к резкому увеличению зерна и к разрушению границ зерен, что ведет к растрескиванию или потере механичен ских и коррозионных свойств металла.
После горячей деформации в изделиях появляются остаточные напряжения вследствие одновременного действия самой деформа­ции и температуры, при которой происходит образование и выде­ление избыточных карбидов. Эти напряжения снимаются и по­ниженная коррозионная стойкость восстанавливается термиче­ской обработкой, которая для аустенитных сталей состоит из нагрева стали до высоких температур (1000—1150° С) — аусте-низации и быстрого охлаждения, что подробно рассматривается при описании соответствующей стали, и в главе о коррозионном растрескивании нержавеющих сталей под напряжением.