Аустенитная сталь

Особенности воздействия азота, хрома и никеля на состояние стали и её характеристики

Помимо уже упомянутого углерода, существует и еще ряд элементов, напрямую влияющих на свойства нержавеющей стали такого типа. Один из центральных – азот. Он появляется при изометрической выдержке или охлаждении. Азот способен замещать в составе карбидов углерод. При изготовлении коррозионно-стойких разновидностей материала это свойство остается очень важным. И главная причина – не столь сильное влияние азота на склонность к межкристаллической коррозии. Чтобы такая склонность появилась, содержание азота в структуре должно быть не менее 0,15%. Введение азота в структуру способно повысить прочность материала. Это используется на производстве для увеличения продолжительности срока службы и эксплуатационных характеристик.

О влиянии хрома на состояние материала уже говорилось выше. Рассмотрим содержание материала в контексте его взаимодействия с углеродом. Здесь существует пропорция – чем больше хрома, тем меньше растворимость углерода. Повышение процента хрома актуально в том случае, когда нужно упростить процесс выдерживания карбидной фазы.

При введении хрома уменьшается такой параметр, как ударная вязкость. Это объясняется с тем, что по границам зерен начинает образовывать карбидная секта.

Применение хрома – это еще один способ снизить склонность материала к развитию межкристаллической коррозии. Чем более хромированная перед вами сталь, тем лучше она будет выдерживать коррозийное воздействие.

Помимо азота и хрома, значимым в работе с углеродом остается и никель. Он также снижает растворимость углерода и ударную вязкость материала. Как и в случае с хромом, повышение концентрации никеля улучшает показатели стали. В том числе, в вопросе противодействия потенциальном образовании межкристаллической и других типов коррозии.

Процесс покупки

• 1. Заказ Отправьте заявку, либо продиктуйте нужные позиции менеджеру по телефону. На крупные заказы предоставляем скидки от прайсовой цены.

  Работаем более чем с 13 заводами, можем найти и поставить редкие позиции «под заказ».

• 2. Оплата Менеджер заполнит договор и проконсультирует по всем вопросам.

  Пришлите платежное поручение с отметкой банка для более оперативной отгрузки.

• 3. Доставка и самовывоз Согласуйте с менеджером дату и время доставки, пришлите схему проезда и контакты принимающего лица.

  В случае самовывоза — отправьте вашему менеджеру данные на автотранспорт.

• 4. Приёмка и разгрузка Разгрузка производится силами покупателя, однако, в случае отсутствия специальной техники поможем реализовать разгрузку металла.

  Пожалуйста, обеспечьте беспрепятственный заезд автотранспорта на место разгрузки.

  Возьмите у водителя-экспедитора отгрузочные документы: товарная накладная, счет-фактура, акт выполненных работ, сертификаты качества на металл.

Группы коррозионностойких сталей по структуре

Структура коррозионностойких сталей, их свойства и области применения определяются процентным содержанием углерода, перечнем и количеством легирующих добавок. По структуре нержавейка делится на несколько типов. Основные: ферритная, мартенситная, аустенитная. Существуют промежуточные варианты.

Ферритная

Эта группа относится к малоуглеродистым сплавам – C до 0,15%. Содержание хрома – до 30%. Объемнокристаллическая структура обеспечивает сочетание достаточно высокой прочности и пластичности. Нержавеющие стали ферритных марок относятся к ферромагнитным.

• способность к холодной деформации;
• основной тип термообработки – отжиг, снимающий наклеп;
• хорошая коррозионная стойкость;
• относительно невысокая стоимость.

Основная причина потери рабочих характеристик сталями ферритного класса – межкристаллитная коррозия (МКК), в результате которой разрушение происходит по границам зерен. Для устранения этого негативного явления избегают резкого охлаждения металла от +800°C, проводят стабилизирующий отжиг, находят оптимальный баланс между содержанием углерода и хрома. Полностью устранить склонность к МКК позволяет введение карбидообразующих элементов – титана и ниобия.

По стандарту AISI ферритные стали относятся к серии 400:

• 403-420 – содержание хрома 11-14%, никель отсутствует;
• 430 и 440 – 15-18% C, никель отсутствует;
• 630 – содержит 3-5% никеля. Хорошо обрабатывается, устойчива к коррозии в различных средах, схожа по свойствам с 08Х18Н10.

Эти материалы используются при производстве широкого сортамента труб, листов, профилей.

Таблица марок нержавеющих сталей ферритного класса по ГОСТу и AISI, основные сферы использования

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
08Х13	409	Столовые приборы
12Х13	410	Емкости для жидких алкогольсодержащих продуктов
12Х17	430	Емкости для высокотемпературной обработки пищевой продукции

Мартенситная

К этой группе относятся металлы с содержанием хрома до 17%, углерода – до 0,5% (в отдельных случаях – выше). Мартенсит – структура, получаемая путем закалки заготовки с последующим отпуском. Для нее характерно сочетание высокой твердости, прочности, упругости и устойчивости к коррозии. Сплавы используются при производстве ответственной металлопродукции, предназначенной для работы в агрессивных средах. Это пружины, валы, ножи, фланцы. При повышении содержания C в структуре появляется карбидная фаза, обеспечивающая высокую твердость и износостойкость. Проведение низкого отпуска после закалки (+200…+300°C) обеспечивает высокую твердость – 50-52 HRC, высокого (+500…+600°С) – меньшую твердость (28-30HRC) и большую вязкость. Закалка производится при температурах +950…+1050°C.

Таблица марок мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
20Х13	420	Кухонное оборудование
30Х13
40Х13
14Х17Н2 (мартенситно-ферритная)	431	Детали компрессорных установок, оборудование, эксплуатируемое в агрессивных средах и при пониженных температурах

2

Разнообразие добавок позволяет создавать особые аустенитные стали, которые используются для изготовления деталей для конструкций, работающих в высокотемпературных, коррозионных и криогенных условиях. Исходя из этого, аустенитные составы и подразделяют на разные группы:

• коррозионностойкие;
• хладостойкие.

Жаростойкие составы не разрушаются при воздействии на них химической среды. Их можно применять при температурах до +1150 градусов. Из таких сталей изготавливают разнообразные слабонагруженные изделия:

• элементы газопроводных систем;
• арматуру для печного оборудования;
• нагревательные детали.

Жаропрочные марки сталей могут достаточно долго сопротивляться нагрузкам в высокотемпературных условиях, сохраняя при этом свои изначально высокие механические характеристики. Их обязательно легируют вольфрамом и молибденом (каждая из присадок может содержаться в стальной композиции в количестве до семи процентов). А для измельчения зерна в некоторые аустенитные сплавы вводят в небольших количествах бор.

Обозначим часто встречающиеся марки жаростойких и жаропрочных сталей описываемого в статье класса: Х15Н35ВТР, 10Х12Н20Т3Р, 40Х18Н25С2, 1Х15Н25М6А, 20X23H13, 10X15H18B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18H12T, 08Х16Н9М2, 10Х15Н35ВТ, 20Х25Н20С2, 1Х15Н25М6А, 20X23H13, 10X15H18B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18H12T.

Аустенитные нержавеющие стали (то есть коррозионностойкие) характеризуются малым содержанием углерода (не допускается наличия свыше 0,12 процентов этого химического элемента). Никеля в них может быть от 8 до 30 %, а хрома от 12 до 18%. Любая аустенитная нержавеющая сталь проходит термическую обработку (отпуск, закалку или ). Термообработка необходима для того, чтобы изделия из нержавейки хорошо «чувствовали» себя в разных агрессивных средах – в щелочных, газовых, жидкометаллических, кислотных при температурах от +20 градусов и больше.

Наиболее известны следующие марки аустенитных коррозионностойких сталей:

• хромоникельмолибденовые: 03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16H15M3, 10Х17Н13М3Т;
• хромомарганцевые: 07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14H4T;
• хромоникелевые: 08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18H10T, 06X18Н11, 12X18H10T, 08X18H10;
• с большим содержанием кремния (от 3,8 до 6,7 %): 15Х18Н12C4Т10, 02Х8Н22С6.

Хладостойкие аустенитные композиции содержат 8–25 % никеля и 17–25 % хрома. Применяются они для криогенных аппаратов, имеют высокую стоимость производства, поэтому используются весьма ограниченно. Чаще всего встречаются криогенные стали 07Х13Н4АГ20 и 03Х20Н16АГ6, которые легируются азотом. Этот элемент вводят для того, чтобы сплав при температуре +20° имел более высокий предел текучести.

Прочность – аустенитная сталь – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Прочность – аустенитная сталь

Прочность аустенитных сталей, как правило, увеличивается с увеличением содержания хрома, никеля и углерода.  

Под влиянием наклепа прочность аустенитных сталей может повышаться более чем в 2 раза, твердость – в 2 5 – 3 раза, при этом пластичность снижается более чем в 4 раза, а ударная вязкость в 7 раз. Аустенитная сталь после наклепа становится магнитной, так как часть аустенита превращается в феррит. Чем больше степень деформации, тем сильнее проявляются магнитные свойства. Эти свойства нержавеющих сталей создают известные трудности при холодной механической обработке ( при резании, гибке), например: режущий инструмент для обработки нержавеющих сталей должен быть хорошо заточен, желательна специальная доводка режущих кромок; при работе притупленным инструментом образуется наклепанная поверхность, что затрудняет дальнейшую обработку; резание обычно производится с обильным охлаждением эмульсиями.  

Одним из путей повышения прочности аустенитных сталей для криогенной техники является легирование их азотом, образующим, как и углерод, твердые растворы внедрения. Присутствие хрома и особенно марганца способствует увеличению растворимости азота в стали.  

Прочность термоупрочняемых алюминиевых сплавов приближается к прочности аустенитных сталей и поэтому во многих случаях они могли бы быть их заменителями. Их недостатком является склонность к коррозии под напряжением. Кроме того, эти сплавы разупрочняются в зоне сварного шва.  

Следует иметь в виду, что прочность аустенитных сталей значительно ниже прочности качественных конструкционных сталей.  

Упрочнение старением является одним из эффективных способов повышения прочности аустенитных сталей на основе Fe-Mri, Fe-Mn-Cr и Fe-Mn-Cr-Ni без потери их немагнитности. В настоящее время разработано большое число композиций стареющих сталей, у которых в качестве упрочняющих фаз используют карбиды, нитриды или интерметаллические соединения ванадия, вольфрама, молибдена, ниобия, титана, тантала, циркония, алюминия.  

На рис. 4 приведены схематические обобщенные кривые изменения прочности ( ат, ое) и пластичности ( б, ч)) аустенитных и перлитных сталей в зависимости от температуры испытания. С ее повышением постепенно снижается прочность аустенитных сталей, наиболее интенсивно в области температур выше 600 С, а перлитных – начиная с 350 – 400 С. Для последних в интервале температур 150 – 350 С, где имеется местное повышение прочности вследствие проявления эффекта деформационного старения, наблюдается отклонение от этой зависимости.  

С, дальнейшее повышение температуры снижает степень протекания процесса. Развитию межкристаллитной сульфидной коррозии, несомненно, способствует наличие растягивающих напряжений и эффект адсорбционного понижения прочности аустенитной стали.  

Отметим в этой связи, что при увеличении скорости деформации во время растяжения закаленных образцов в результате повышения температуры металла рабочей части образца предел прочности стали может понизиться. Повышение температуры испытания до 100 – 200 С снижает предел прочности закаленной стали переходного класса до уровня, близкого к прочности аустенитной стали.  

Холодным наклепом, сопровождающимся искажениями кристаллической решетки, весьма существенно может быть увеличен предел прочности и особенно предел текучести, что важно в производстве проволоки и пружинной ленты. Предел прочности стальной проволоки из высокоуглеродистой стали может быть небольшими частичными обжатиями доведен до 400 кг / мм2 и выше. Холодный лаклеп значительно повышает прочность аустенитных сталей

Широкому применению наклепа препятствует трудность его осуществле ния на деталях сложной формы. Кроме этого, при холодном волочении и холодной прокатке понижается пластичность и создается анизотропия свойств вдоль и поперек проката. Всестороннее обжа-тие с большими удельными давлениями повышает механические свойства, уплотняя металл, заполняя атомные пропуски, несколько меняя размеры кристаллической решетки.  

Холодный лаклеп значительно повышает прочность аустенитных сталей. Широкому применению наклепа препятствует трудность его осуществле ния на деталях сложной формы. Кроме этого, при холодном волочении и холодной прокатке понижается пластичность и создается анизотропия свойств вдоль и поперек проката. Всестороннее обжа-тие с большими удельными давлениями повышает механические свойства, уплотняя металл, заполняя атомные пропуски, несколько меняя размеры кристаллической решетки.  

Страницы:      1

Что входит в состав нержавейки?

хим.состав нержавеющей стали

Несколько слов об «ингредиентах», используемых в «приготовлении» нержавейки. А точнее о легирующих элементах и их свойствах. Кстати, имеет место разделение стали по степени легирования. Аустенитные коррозионностойкие стали относятся к высоколегированным, так как суммарная массовая доля легирующих элементов не менее 10 %, а содержание железа более 45 %. Продолжим повествование про аустенитную высоколегированную хромоникелевую нержавеющую сталь 08Х18Н10, она же AISI 304, у которой легирующих элементов в сумме примерно 28 % (18 % хрома и 10 % никеля). Эта нержавейка является сплавом, в котором к железу (Fe) и углероду (C) при выплавке в шихту добавляют хром (Cr) с никелем (Ni) и еще несколько элементов. Углерод отвечает за твердость и прочность, снижая вязкость и пластичность. Высокое содержание углерода начнет способствовать снижению порога хладноломкости и может привезти к затруднению сварки металла. Непосредственно в импортной нержавейке AISI 304, в отличие от её отечественного собрата, процентное содержание углерода значительно ниже. Хрому в сплаве отведена роль основного «защитника» в борьбе с коррозией, вызванной воздействием агрессивных сред и различных температур. Так как благодаря хрому, взаимодействующему с кислородом, образуется тонкая пассивная пленка оксида хрома (III) Cr2O3 за счёт адсорбции кислорода, происходящего на поверхности без разрушения кристаллической решетки исходного металла. Эта пассивная пленка, однообразная по своему составу и равномерно распределенная по всей поверхности металла, и способствует появлению нержавеющих свойств. Хром, взаимодействуя с никелем, обеспечивает получение устойчивой аустенитной структуры, способствующей высокой пластичности, прокаливаемости, хорошей штампуемости и свариваемости изделий. Никель повышает коррозионные свойства, предотвращает рост зерна металла при нагреве. Также хром увеличивает жаростойкость никеля, который, в свою очередь, понижает порог хладноломкости, что позволяет использовать нержавеющую сталь 08Х18Н10 в интервале температур от криогенных -196 °С до высоких 800 °С. При температурах выше этого значения происходит окисление металла, сопровождающееся окалинообразованием и обезуглероживанием стали с полным улетучиванием защитной пассивной пленки.

Говоря о контакте нержавейки AISI 304 с пищей, хочется отметить влияние хрома и никеля. Сочетание двух этих компонентов в сплаве увеличивает коррозионные свойства и позволяет использовать изделия в агрессивных средах. Хотя у каждого продукта, находящегося на полках магазинов, есть свои показатели кислотности, то образующаяся в процессе готовки кислотная среда при взаимодействии с нержавеющей сталью, даже под воздействием температур в процессе термической обработки продуктов, становится недостаточно агрессивной для воздействия или нарушения целостности слоя защитной пассивной пленки, которым покрыта сталь. А это, в свою очередь, не допускает выделения из металла каких-либо вредных примесей, которые могут взаимодействовать с продуктами. Поэтому сталь может контактировать с продуктами питания без каких-либо последствий.

Влияние охлаждения на аустенит

Распад аустенита происходит в тех же критических точках. Результативность его зависит от следующих факторов:

1. Скорость охлаждения. Влияет на характер углеродных включений, формирования зерен, образования итоговой микроструктуры и ее свойств. Зависит от среды, которая используется в качестве охладителя.
2. Наличие изотермической составляющей на одном из этапов распада – при понижении до определенного температурного уровня, поддерживается стабильное тепло некоторый период времени, после чего продолжается быстрое охлаждение, или же оно происходит вместе с нагревательным устройством (печью).

Таким образом, выделяют непрерывное и изотермическое превращения аустенита.

Влияние химического состава на свариваемость аустенитных сталей

Основной тип аустенитных хромоникелевых сталей — это Х18Н10. Структура подобных сталей аустенитная, с некоторым включением дельта-феррита (около 2-7%). При содержании никеля, в количестве около 8%, аустенит частично преобразовывается в мартенсит при комнатной температуре, если сталь подвергают пластической деформации.

Жаропрочные аустенитные стали содержат в своём составе до 25% хрома, а содержание никеля может достигать 38%. Жаропрочность стали увеличивают, легируя сталь кремнием (около 1%), или алюминия.

Структуру металла сварных швов в аустенитных сталях представлена на диаграмме Шеффлера. На диаграмме видна зависимость структуры металла от эквивалентов хрома и никеля. Но, кроме элементов, указанных в диаграмме, в выражение для расчёта эквивалента никеля можно процентное содержание меди с коэффициентов 0,6 и азота с коэффициентом 10-30. А в формулу для расчёта эквивалента хрома коэффициент процентного содержания вольфрама — 0,5 и титана — 2-5.

Диаграмма Шеффлера прменяют, обычно, для условий ручной дуговой сварки. При использовании других видов сварки структура металла сварных швов может отличаться от той, которая показана на диаграмме.

Основной задачей для обеспечения качества сварки является предотвращение образования холодных и горячих трещин. Опытным путём было установлено, что склонность металла сварного шва зависит от содержания феррита в стали. При содержании феррита в пределах 2-6% риск развития трещин существенно снижается.

Исследователь Делонг усовершенствовал диаграмму Шеффлера. Но содержание ферритной составляющей существенно изменяется при учёте процентного содержания азота с коэффициентом 30. Это необходимо учитывать для всех видов сварки металлов (сварка в защитных газах, сварка плавящимся электродом и неплавящимся). Поэтому, диаграмау Делонга также нельзя считать абсолютной.

Для оценки примерного содержания феррита Сефериан вывел следующее выражение: х=3*(Crэкв — 0,93Niэкв — 6,7), %

Присутствие нужного количества феррита (2-6%) позволяет решить вопрос отсутствия трещин при сварке аустенитных сталей. Но, вместе с тем, феррит понижает удлинение металла шва, снижает вязкость, повышает температуру перехода и отрицательно действует на коррозионную стойкость.

В наплавленном металле, кроме микротрещин могут образовываться и другие виды дефектов сварных швов. И связаны они с тем, что сульфиды и окислы, имеющиеся в составе стали, не могут всплыть на поверхность жидкой сварочной ванны из-за её высокой вязкости. Поэтому, для снижения вязкости расплавленного металла рекомендуется легировать сталь кремнием в количество 0,3-0,7%.

Но, если содержание кремния будет выше указанного предела, то риск возникновения трещин опять возрастает. Аналогичным образов влияет и марганец, хотя и в гораздо меньшем масштабе. Кроме всего вышеперечисленного, аустенитные хромоникелевые стали, с повышенным содержанием углерода, при сварке, склонны к отпускным трещинам.

Что такое аустенитные стали

Легированные стали с внедрением в структуру никеля 8%-10% приобретают другие свойства. Никель способен сохранять аустенитную фазу при комнатной температуре, вплоть до плавления. В кристаллической решетке металла происходит замещение атомов железа на никель. Форма имеет структуру в виде куба.

Что обеспечивает прочное соединения и придает различные спецефические свойства. Обладают такие металлы коррозионностойкостью, хорошей пластичностью. Такую столь используют в пищевой промышленности, машиностроении, нефтеперерабатывающие предприятия. К примеру несколько видов сталей 08Х18Н10Т, AISI 306, AISI 316.

При температуре свыше 570 градусов происходит распад аустенитной фазы на феррит и ледебурит. В чистом железе наблюдается аустенитное состояние от 910 до 1401 градуса. В углеродистых сталях твердый раствор ( аустенит) существует чуть ниже 727 Цельсия. Когда углерод замещает атомы железа. Аустенитная структура может существовать как и во всей кристаллической решетке так и в верхних слоях металла.

Имеются и другие сплавы с повышенной стойкостью к коррозии при высоких температурах. Их еще называют жаростойкие с умеренным рабочим давлением и жаропрочные с нагрузкой. Эксплуатация таких сталей проходит при температуре до 1100 градусов. К таким сталям относятся марки 08Х16Н9М2, 10Х14Н16Б, 10Х14Н14В2БР. Применяют в турбинах выхлопной системы, Производство клапанов впускных и выпускных, в головках двигателя. Где происходит динамическая нагрузка при высокой температуре сгорания топлива.

А ток же хладостойкие сплавы используемые в криогенных установках по сжижению газов, заморозки различных клеток и тому подобное. Диапазон работы такой стали очень большой. Но при комнатной температуре его свойства ослабевают. Главная особенность коррозионостойкость к жидкому азоту и другим веществам. Есть несколько типов сталей с такими свойствами 03Х20Н16АГ6, 7Х13Н4АГ2. Все известные стали придерживаются норм по ГОСТ 5632-72.

Все стали имеющие аустенитную структуру решетки относятся к классу коррозиестойких при различных температурах эксплуатации в широком диапазоне. Такие стали трудно обрабатываются механически. Плохая теплопроводность затрудняет использование горячей ковки. И не все стали нержавеющие можно закалять. Приводит к потери своих свойств. Большая часть металлов имеет хорошую вязкость. Режущая часть инструмента подвержена коррозионной диффузии. Налипанию материла на кончик резца. Сам материал при незначительной деформации уплотняется что приводит к изменению физических свойств. Это обосновывает затраты на производство таких сталей и ее стоимость.

• Кузнечная сварка дамасской стали Даже не смотря на то, что кузнечная сварка давно уже уступила место в промышленности сварке дуговой, еще существуют области, в которых она по прежнему востребована. В частности, мастера-ножеделы применяют ее…
• Электроды ниат-5 Сварочные электроды на основе никеля хрома молибдена и азота. Важные составляющие стержня. Ограничение по сварке в потолочном режиме и на спуск. При концентрации азота в металле шва образуются поры. Маркой…
• Сварочные электроды нч-2 Электроды для чугуна НЧ-2 говорят за себя. Наплавка на чугун второго типа. Применяется для ковкого графитового, высокопрочного чугуна. В основ ном для устранения дефектов литья трещин. В составе проволоки электрода…
• Электроды цл-9 Универсальные электроды для сварки нержавейки и разнородны сталей представлены маркой ЦЛ-9. Первое предназначение для сваривания двухслойной стали со стороны поверхности подверженной к агрессивным средам. Иными словами шов стойко переносит воздействие…
• Технология сварки алюминия со сталью Надежный способ сваривание железа и алюминия через биметалл. Биметалл-это композиционный материал состоящий из нескольких слоев разнородных металлов. Способы его изготовления путем одновременного проката через валы. Происходит диффузия молекул между слоями.…