Высоколегированные стали

Практикой установлено, что коррозию можно приостановить путем легирования конструкционных сталей и чугунов хромом или хромом и никелем и другими легирующими элементами.

Эти легирующие элементы в активных средах перехо­дят в пассивное состояние, на их поверхности возникают тонкие оксидные пленки и поверхность приобретает высокую коррози­онную стойкость.

Легирование стали никелем дает возможность получать одно­фазную (аустенитную) структуру, которая обладает более высо­кой коррозионной стойкостью.

Высоколегированные стали и коррозионно-стойкие, жаростой­кие, жаропрочные сплавы (ГОСТ 5632—72) выпускаются на же­лезной, железоникелевой и никелевой основах и поставляются в виде сортового и фасонного проката, калиброванного прутка, прутка со специальной отделкой поверхности, листа тонкого и толстого, полосы, поковок и кованых заготовок, проволоки и труб.

Они предназначены для изготовления различных деталей, меха­низмов и конструкций для работы в коррозионно-активных сре­дах и при высоких температурах.

Высоколегированные стали и сплавы получают методом элек­трошлакового (ЭШ), вакуумно-дугового (ВД) переплавов и ин­дукционной электроплавкой (ЭП) и в зависимости от основных свойств подразделяют на следующие группы:

• коррозионно-стойкие (нержавеющие);

• жаростойкие (окалиностойкие);

• жаропрочные.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы

Корро­зионно-стойкими называют такие конструкционные материалы, которые сопротивляются химическому и электрохимическому воз­действию окружающей среды.

Коррозионно-стойкие стали и сплавы обладают стойкостью про­тив химической и электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, межкристаллитной и корро­зии под напряжением).

По содержанию углерода коррозионно-стойкие стали и спла­вы выпускают низкоуглеродистыми (массовая доля углерода ме­нее 0,3 %) и среднеуглеродистыми (массовая доля углерода более 0,3%).

Наиболее стойкими против коррозии являются такие химичес­кие элементы, как хром и никель, поэтому эти химические эле­менты являются постоянными легирующими элементами при по­лучении коррозионно-стойких (нержавеющих) сталей и сплавов.

Практика показывает, что устойчивая коррозионная стойкость у сталей и сплавов образуется при массовой доле хрома 12,5 % и выше.

Структура и свойства хромистых сталей зависят от массовой доли хрома и углерода.

При содержании хрома 13, 17 и 25 % и при наличии 0,1...0,4% углерода стали приобретают высокую жаро­стойкость (окалиностойкость).

Хромистые стали имеют высокие технологические свойства: деформируемость, свариваемость и улучшаемость, поэтому ос­новная группа коррозионно-стойких сталей производится на ос­нове хрома, а отдельные марки на основе хрома и никеля, а также титана. Титан и никель вводят для измельчения зерна, а отдельно никель для увеличения прочности, твердости и удар­ной вязкости.

Наиболее широкое применение получили коррозионно-стой­кие хромистые стали следующих марок: 12X12, 20X13, 30X13,40X13, 08X13 и др.

Стали марок 12X13 и 20X13 хорошо деформируются и сварива­ются.

Стали марок 30X13 и 40X13 свариваются ограниченно, так как средняя массовая доля углерода и высокое содержание хрома способствуют образованию при сварке трещин в районе около­шовной зоны основного металла. Эти стали хорошо куются и штам­пуются в горячем состоянии, так как при высокой температуре

они пластичны.

Стали марок 20X13, 30X13, 40X13 — мартенситного класса, а

стали 12X13 — ферритного класса.

Эти стали широко используются как конструкционный и кор­розионно-стойкий материал. Их используют для изготовления ло­паток различных турбин, компрессоров, клапанов, арматуры нефтеустановок и аппаратов, а стали 30X13 и 40X13 — для режущего и измерительного инструмента, пружин, деталей карбюраторов и других деталей, работающих при температуре до 400 °С.

Детали, изготовленные из этих сталей, подвергаются закалке и низкому, среднему и высокому отпуску в зависимости от марки и

требуемых свойств.

Сталь марки 40X13 широко применяется для изготовления хи­рургического и бытового инструмента.

Хромоникелевые стали в зависимости от химического состава, массовой доли хрома и никеля выпускаются следующих классов:

-аустенитный,

-аустенитно-ферритный

- аустенитно-мартенситный.

Стали с содержанием 18% хрома и 9... 10% никеля образуют структуру аустенита. Эти стали имеют коррозионную стойкость при высоких температурах в различных рабочих средах, в том числе в растворах кислот, обладают высокой обрабатываемостью дав­лением и свариваемостью. Аустенитные стали получили наиболее широкое применение в химической промышленности и в строи­тельстве.

К недостаткам аустенитного класса сталей относят низкие об­рабатываемость резанием и литейные свойства, поэтому они широко применяются как конструкционный материал в сварных кон­струкциях и изделиях, получаемых обработкой давлением.

Наиболее широкое применение нашли стали аустенитного класса О4Х18Н10, О8Х18Н10, О8Х18Н10Т и многие другие, всего около 30 марок. Титан вводится в сталь с целью устранения межкристаллитной коррозии. Аустенитные стали подвергаются за­калке при температуре 1 050... 1 100°С. Охлаждение изделий про­изводят в масле.

После закалки предел прочности при растяже­нии G_в = 500...600 МПа (отдельные марки достигают прочности 1 000... 1 200 МПа), относительное удлинение 8 = 35...40 %.

Стали аустенитно-ферритного класса в своем составе кроме хро­ма и никеля содержат титан и кремний. Они имеют более высокие антикоррозионные свойства в активных средах, а также высокие технологические свойства.

Наиболее широкое применение нашли аустенитно-ферритные стали марок 12Х21Н5Т, ОХ22Н5Т, Х28АН и др., всего около 10 марок.

Закалку этих сталей производят при температуре 950... 1 000 °С, охлаждение осуществляют в масле. После закалки проводят опе­рацию старения при температуре 500 °С.

Предел прочности этих сталей _в = 950... 1 200 МПа, относительное удлинение 5 = 4... 12 %.

Стали аустенитно-мартенситного класса кроме хрома в своем составе имеют алюминий и марганец и пониженную массовую долю никеля (1... 9 %). Этот класс сталей используется как корро­зионно-стойкий конструкционный материал для работы в актив­ных, окислительных рабочих средах и имеет более высокие, по сравнению с вышерассмотренными сталями, механические и хи­мические свойства.

Предел прочности в зависимости от химичес­кого состава — 1200... 1900 МПа, относительное удлинение — 3... 10%.

Марки сталей аустенитно-мартенситного класса: 2Х13Н4Г9, Х15Н9Ю, ОХ17Н7Ю, ОХ17Н7Ю1, 09Х15Н8Ю, 2Х17Н2 и др.

Закалку этих сталей производят при температуре 975 °С, ох­лаждение осуществляют в масле. После закалки проводят обяза­тельные операции обработки холодом, старение и упрочнение при холодной прокатке.