Характеристика нержавеющих мартенситностареющих сталей. Структура и свойства мартенситностареющий сталей.

Мартенситностареющие стали (МСС) представляют собой сложные термоупрочняемые стали, изготовленные на основе железа и никеля [1].

После закалки структура МСС представляет собой пересыщенный твердый раствор элементов замещения в низкотемпературных  и модификациях железа (‘мартенсит замещения’), полученный при протекании полиморфного превращения по бездиффузионному механизму. Субструктура мартенсита замещения представляет собой почти прямоугольные пакеты пластин, расположенные внутри исходного аустенитного зерна. Плотность дислокаций внутри пластины мартенсита достигает 10¹¹  10¹² см ^-2, что обеспечивает твердость закаленного мартенсита порядка 20...25 HRC.

Количество углерода в МСС не превышает 0.03 %, однако в некоторых случаях может достигать 0.08...0.12 %.

При изменении в широких пределах содержания аустенита в закаленной высоконикелевой МСС, достигаемого за счет повышения содержания легирующих элементов, твердость ее практически не меняется. В термически обработанных сталях присутствие в структуре даже небольшого количества аустенита снижает предел прочности и ударную вязкость. С наличием остаточного аустенита связана также анизотропия механических свойств.

Упрочнение МСС происходит за счет образования мартенсита, который упрочняется вследствие старения при специальной термической обработке. Старение мартенсита замещения сопровождается увеличением предела текучести в среднем на 50...1000 %.

Процесс старения мартенсита в МСС протекает в две стадии.

Первая стадия, приводящая к незначительному повышению прочности, приходится на интервал температур 300...450 С, когда диффундирует основной объем легирующих элементов (Ti, Al и др.) из -твердого раствора.

Вторая стадия приходится на интервал температур 450...500 С, когда наблюдается наибольшее повышение твердости, связанное в основном с образованием интерметаллидных фаз. При этом структура остается полностью мартенситной.

При температуре старения выше 500 С наступает резкое разупрочнение и повышение пластических свойств. Этот процесс получил название перестаривания.

Требования к легированию МСС:

Содержание хрома должно быть достаточным для обеспечения антикоррозионных свойств.
Количество аустенитообразующих элементов должно быть достаточным для предотвращения феррита в закаленном состоянии.
Содержание элементов, понижающих мартенситную точку М_н , не должно быть слишком велико во избежание большого количества остаточного аустенита.

Классификация мартенсито-стареющий сталей

Мартенсито-стареющие стали

Общего назначения

Коррозионностойкие

Умеренной прочности, экономнолегированные

_В=10002000 МПа; С=0,040,01%; Ni=412%; Mo=13%; Cu=25%; Al+Ti1,5%

Теплостойкие

Cr=1014%; Co=1015; Mo=57%

Высокопрочные

_В=20002500 МПа; Ni=1618%; Co=810%; Mo=45%; Ti=11,5%
_В=25003000 МПа; Ni=18%; Co=1315%; Mo=46%; Ti=11,5%

Умеренной прочности экономно легированные

С высокой коррозионной стойкостью Cr=14-16%; Ni=4-6%; Cu=1,5-3%; Ti+Al0,5%
С повышенной прочностью для слабоагрессивных сред Cr=11-13%; Ni=7-9%; Mo=1.5-3%; Al+Ti=1-2%

Сверхвысокопрочные

_В3500 МПа; Ni=1013%; Co=1518%; Mo=1014%; Ti=0,81,5%

Высокопрочные

Cr=11-14%; Ni=5-9%; Co=5-8%; Mo=2-5%; Al+Ti1,5%

Табл. 1. Влияние типа твердого раствора на свойства мартенсита.

Механические свойства	Мартенсит замещения (железоникелевый )	Мартенсит внедрения (FeC)
 _В, МПа	600...1300	 2000
 _0.2, МПа	400...1200	 1800
 , %	15...30	 5
 , %	60...75	 30
KCU, МДж/м²	2...3	 0.3

Железноникелевый мартенсит — замещения

Железноуглеродистый мартенсит — внедрения

Табл. 2. Химический состав стали типа ВНС-2 (08Х15Н5Д2Т).

Сталь	C	Cr	N i	Cu	Ti	Fe	S i	M n	S	P
ВНС2	 0.08	13.5 15.0	4.7- - 5.8	1.7 -- 2.5	0.03 -- 0.3	Основа	0.7	1.0	0.02	0.025

Табл. 3. Состав и механические свойства некоторых мартенситностареющих сталей.

Сталь	C	Ni	Co	Mo	Ti	Al	Cr	T_стар	_В	_0.2			HRC	KCU
Сталь	C	Ni	Co	Mo	Ti	Al	Cr	° C	МПа	МПа	%	%		МДж/м²
Н18К12М5Т2 (ЭП809)	 0.03	17--18	11.8--13.2	3.3- -4.2	1.5--1.9	0.2		500	2450	2350	35	7	60	
Н17К12М5Т (ЭП845)	 0.01	17--18	11.5--12.5	4.5- -5.0	1.3- -1.9			500	2050	2000	45	8	54	0.3
08Х15Н5Д2Т (ЭП410)	 0.08	4.5--5.5			0.1- -0.2		14	450	1450	1350	50	11	43	0.8