12.4. Хромистые стали

Эти стали коррозионностойки во влажной атмосфере и водяном паре; в водопроводной и речной воде; в хорошо аэрируемых морской воде и влажной почве; в азотной и некоторых органических кислотах.

Содержание хрома в этих сталях составляет 13...18 %, реже 25...30 %. Стали, содержащие 13 % хрома и  0,1 % углерода, относятся к ферритному классу; 0,1...0,2 % углерода - к мартенситоферритному; 0,2...0,45 % углерода - к мартенситному. Более высокохромистые сплавы (17...28 % хрома) имеют пониженное содержание углерода (0,1...0,15 %) и относятся к ферритному классу.

Ферритные стали не имеют фазовых превращений в твердом состоянии и не могут быть подвергнуты упрочняющей термической обработке. Из них изготовляется оборудование азотно - кислотных заводов (емкости, трубы).

Стали мартенситного класса 20Х13 и 30Х13 используют как конструкционный коррозионностойкий материал, а поэтому для получения высокой прочности при удовлетворительной пластичности их подвергают улучшению: закалке с последующим высоким отпуском при температуре 650-750 С.

Сталь 40Х13 по своим свойствам близка к инструментальным сталям. Ее подвергают закалке и низкому отпуску при температуре 200-250 С для получения наибольшей твердости и износостойкости. При отпуске обеднение твердого раствора хромом небольшое, а поэтому коррозионная стойкость остается высокой. Эта сталь пригодна для изготовления режущего хирургического и бытового инструмента, а также шарикоподшипников (рис. 5.1, а) и пружин, работающих в коррозионных средах.

12.5. Хромоникелевые нержавеющие стали

Хромоникелевые стали в равновесном и в наклепанном состоянии и при высоких температурах имеют более высокие механические свойства и кислотостойкость, чем хромистые стали.

Стали, содержащие 14...21, чаще 18 % хрома и не менее 9 % никеля, относятся к аустенитному классу. Стали, в состав которых входит 21...22 % хрома и  5...6 % никеля, имеют аустенитоферритную структуру. При содержании 14...17 % хрома, 5...9 % никеля сталь относится к аутенитомартенситному классу. Для уменьшения содержания дефицитного никеля в состав аустенитных сталей вводят марганец и азот.

Термическая обработка аустенитных сталей заключается в закалке с температур нагрева 1000...1050 С в воду. При нагреве происходит растворение карбидов хрома в аустените и повышение его коррозионной стойкости. Закалка фиксирует структуру твердого раствора хрома.

Закаленная аустенитная сталь приобретает повышенную пластичность. Для упрочнения аустенитной стали проводится ее деформирование при нормальных температурах, что вызывает эффект наклепа. При нагреве закаленной стали аустенит распадается с выделением мелкодисперсных карбидов хрома. Это не вызывает упрочнения, но снижает коррозионную стойкость. Особенно опасен нагрев в интервале температур 400-800 С, при котором из аустенита выделяется избыток углерода в виде карбида Cr₂₃C₆. Карбиды выделяются преимущественно по границам аустенитного зерна, в результате чего граница обедняется хромом. Электрохимический потенциал пограничных участков аустенитного зерна понижается, и при наличии коррозионной среды границы зерна становятся анодами. Развивается межкристаллитная коррозия

(при наличии нагрузки – коррозионное растрескивание).

Все способы борьбы с появлением склонности к межкристаллитной коррозии направлены на предотвращение выделения хрома из аустенита. С этой целью уменьшают содержание углерода в стали, либо вводят более сильный карбидообразующий элемент, который связывает весь углерод в карбид, а хром остается в твердом растворе. К таким элементам относится титан, содержание которого должно более чем в 5 раз превышать содержание углерода, а также ниобий.

Для аустенитных сталей, легированных титаном, рекомендуется применение стабилизирующего отжига. Закаленную сталь подвергают длительному отжигу при 850 С, при котором из аустенита выделяется карбид титана TiC, а хром остается в твердом растворе. При повторном нагреве у таких сталей структурных изменений не происходит и склонность к межкристаллитной коррозии не возникает.

Стали 04Х18Н10, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т вследствие малого содержания углерода и дополнительного легирования титаном не склонны к межкристаллитной коррозии. Такие стали называются стабилизированными. Стали поставляют в закаленном состоянии. Их можно использовать при нагреве до 600 С в агрессивной среде и сваривать.

Стали 12Х18Н9 и 17Х18Н9 склонны к межкристаллитной коррозии, поэтому после закалки их нельзя нагревать выше 400 С, в т.ч. сваривать.

Аустенитные хромоникелевые стали широко используют в конструкциях, изготовляемых из листовой стали штамповкой и сваркой (обшивки, оболочки, емкости, трубопроводы и т.п.) в самолетостроении, машиностроении, приборостроении, судостроении, химической промышленности и пищевом машиностроении.

Аустенитно - ферритные стали используются как заменители аустенитных сталей, так как, обладая теми же механическими и достаточно высокими коррозионными свойствами в окислительных средах, более технологичны и меньше содержат дефицитного никеля.

Закалка фиксирует двухфазную структуру аустенита и феррита. При последующем старении происходит упрочнение стали за счет выделения из аустенита и феррита промежуточных фаз, образованных легирующими элементами (Ni, Al, Ti, Mo и т.д.). Выделение этих фаз не изменяет содержание хрома в феррите и аустените, а поэтому коррозионная стойкость не ухудшается.

Аустенитно - мартенситные стали используются как коррозионностойкий высокопрочный конструкционный материал. Обладая достаточно высокими коррозионными свойствами в окислительных средах, они значительно прочнее коррозионностойких сталей аустенитного класса.

Закалка фиксирует двухфазную структуру аустенита и мартенсита. При последующей обработке холодом часть этого аустенита превращается в мартенсит, что вызывает упрочнение. Искусственное старение (450...500 С) дополнительно упрочняет сталь за счет выделения промежуточных фаз (например, Ni₃Al в стали 10Х15Н9Ю) из мартенсита, не изменяя высокого содержания хрома в этих фазах.

Обработка давлением приводит к более полному превращению аустенита в мартенсит и увеличивает эффект упрочнения при старении.

Недостатком сталей мартенситно - аустенитного класса, например, стали 09Х15Н8Ю, следует считать сложность термической обработки.