Новые низколегированные нержавеющие стали

Гуляев А.П., Жадан Т.А.

Машиностроение, 1972 г.

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И СВОЙСТВА ФЕРРИТО АУСТЕНИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

1. Характеристика двухфазных нержавеющих сталей феррито-аустенитного класса

Основным потребителем нержавеющих сталей является химическая промышленность. Важнейшие узлы и детали химического оборудования, определяющие надежность и длительность его работы, изготовляют из нержавеющих сталей типа Х18Н10Т и для более тяжелых условий работы — Х17Н13М2Т.

Из безникелевых недефицитных нержавеющих сталей наибольшее распространение в народном хозяйстве получили высоко хромистые стали ферритного класса марок 0Х17Т и Х25Т, которые в ряде агрессивных сред обладают стойкостью на уровне стали Х18Н10Т. Усовершенствование технологии производства этих сталей  дало возможность повысить их пластичность, благодаря чему резку, правку, вальцовку листов можно производить в холодном состоянии. Однако изготовление из них сварной аппаратуры ограничено повышением порога хладноломкости выше комнатной температуры в околошовной зоне сварных соединений. Поэтому химическое оборудование из безникелевых высокохромистых сталей ферритного класса (типа 0Х17Т, Х25Т) надежно в эксплуатации лишь при температуре выше 100° С (т. е. выше порога хладноломкости).

Этот недостаток ферритных выскохромистых сталей может быть устранен путем дополнительного легирования их аустенитообразующими элементами и созданием на этой основе двухфазных сталей феррито-аустенитного класса. Легирование сталей ферритного класса аустенитообразующими элементами ограничивается определенными   пределами,   обеспечивающими   технологичность сталей при высоких температурах и их высокую пластичность после высокотемпературных нагревов (сварки, пайки и т. д.).

Следует отметить, что подразделение нержавеющих сталей на классы по структурному признаку является условным и производится в зависимости от основной структуры, получаемой при охлаждении после высокотемпературного нагрева на воздухе или в воде. Так, стали ферритного класса сохраняют ферритную структуру при нагреве в широком интервале температур и  последующем охлаждении (без фазовых превращений).

Стали типа 1X13, Х17Н2, Х17Н7Ю 138] при высоких температурах (выше 1150°С) имеют феррито-аустенит-ную структуру, ©следствие частичного α -> γ-превращения, но не сохраняют ее при охлаждении. Принципиальным отличием этих сталей от двухфазных сталей феррито-аустенитного класса является сохранение последними феррито-аустенитной структуры при комнатной температуре. Феррито-аустенитные нержавеющие стали характеризуются наличием в широком интервале температур двух структурных составляющих — феррита и аустенита.

Структурная диаграмма нержавеющих сталей , составленная Шеффлером, дает наглядное представление о структуре нержавеющих сталей в зависимости от легирования (рис. 1) Структура нержавеющих сталей определяется суммарным воздействием феррито- и аустенитообразующих элементов, обычно применяемых для легирования. Феррито- и аустенитообразующая способность элементов выражается специальным коэффициентом, при этом за единицу принята ферритообразующая способность хрома и аустенитообразующая способность никеля. Состав стали характеризуется на диаграмме либо точкой (средний состав), либо квадратом (состав в заданных пределах). Феррито-аустенитные стали занимают положение или в двухфазной области (аустенит + феррит) или трехфазной (аустенит + феррит + мартенсит). Приведенная на рис. 1 диаграмма дает лишь примерный фазовый состав нержавеющих сталей при комнатной температуре после быстрого охлаждения с высоких температур. Однако известно, что фазовый состав нержавеющей стали данного состава зависит от температуры нагрева. Так, однофазная аустенитная сталь типа Х18Н10 при нагреве выше 1100° С и последующем быстром охлаждении становится двухфазной аустенитно-ферритной. Наоборот, некоторые двухфазные стали типа 0Х21Н5Т феррито-аустенитного класса при нагреве выше 1200° С становятся однофазными (структура феррита). Диаграмма Шеффлера не отражает этих изменений фазового состава стали. Кроме того, величина коэффициента действительна лишь для определенного количества элементов. Так, например, аустенитно-образующая способность марганца выражена через коэффициент 0,5 (т. е. в 2 раза слабее никеля). Однако, как будет показано ниже, при содержании марганца выше 14% он почти не обладает аустенитообразующей способностью, что иногда приводит к неправильному определению фазового состава высокомарганцовистой стали.