3. Стали аустенитного класса

В качестве коррозиоииостойких аустенитных сталей наиболь­шее распространение имеют хромоникелевые стали типа 18-9 с добавками титана, ниобия, молибдена. Развитие энергетической техники и непрерывное повышение рабочих параметров машин потребовало создания большого количества аустенитных жаро­прочных сталей с разнообразным и сложным химическим составом [3], используемых для работы при высоких температурах.

Распространенной нержавеющей и жаропрочной сталью, обла­дающей хорошей стойкостью в коррозионноактивных средах, является сталь Х18Н9Т. Представления об уровне механи­ческих свойств этой стали при нормальных температурах дают следующие показатели, полученные при испытании поковок типа дисков после аустенизации и отпуска (на тангенциальных образ­цах): = 3034 кГ/мм², 𝜎_в = 5360 кГ/мм², δ = 4750%, = 6570%, а_н = 1620 кГм/см². Поковки из стали такого же типа,но без титана (сталь Х18Н9) имеют, как правило, более низ­кий предел текучести = 2428 кГ1мм² при значениях δ и около 50—60%.

Коррозионная стойкость стали во многом зависит от состава и состояния структуры, определяемой режимом термической об­работки. Чем меньше содержание углерода в стали, тем выше ее коррозионная стойкость. Эффективное действие оказывает и со­держание титана в стали, стойкость которой в отношении межкристаллитной коррозии зависит от количественного соотношения между титаном и углеродом. Именно поэтому минимально допу­стимое содержание титана связывается в технических условиях с содержанием углерода. Указанное в табл. 1 соотношение угле­рода и титана не соответствует ГОСТу 5632—51, так как опыт про­изводства ответственных поковок из стали Х18Н9Т показал, что регламентированное ГОСТом минимальное содержание ти­тана, равное (С% - 0,03) 5, недостаточно для эффективной кор­розионной стойкости крупных поковок (например, компрессор­ных дисков), подвергаемых термической обработке в виде аустени­зации и последующего отпуска. Коломбье и Гохман рекомендуют доводить отношение Ti к С даже до 6 [4].

Однако в ряде химически активных сред сталь Х18Н9Т не обеспечивает необходимой коррозионной стойкости. В этих слу­чаях иногда применяется хромоникельмолибденовая сталь типа 16-13-3 с присадкой титана или сталь Х18Н12М2Т, которые об­наруживают меньшую склонность к межкристаллитной корро­зии. По механическим свойствам сталь Х18Н12М2Т близка к стали Х18Н9Т.

Сталь Х18Н22В2Т2 относится к группе дисиерсионно- твердеющих сталей и отличается высокими механическими свой­ствами. После аустенизации и старения механические свойства крупных поковок из этой стали (исходные слитки весом до 11 т) находятся на следующем уровне: 0_{О 2} = 40-455 кГ/мм^г, а_в = = 80—-90 кГ/мм², б = 25-7-35%, ^ = 35 -50%, а_н = 10 4- —-15 кГ-м!см².

Сталь ЭИ405 способна к медленному и длительному ста­рению и применительно к дискам характеризуется следующими показателями механических свойств: = 3438 кГ/мм², 𝜎_в = 5860 кГ/мм², δ= 4050%, ψ= 4565%, а_н = 1012 кГм/см². Эта сталь хорошо сопротивляется коррозии и окалинообразованию при температуре до 750° С, но склонна к охрупчиванию вследствие выделения а-фазы, что ограничивает ее приме­нение в деталях, рассчитанных на длительные сроки службы, при температуре до 600° С [1 ].

Сталь ЭИ395, так же как и сталь ЭИ405, способна к дли­тельному старению и упрочняется при помощи дисперсионного твердения. Механические свойства стали при 20° С отличаются высокими показателями прочности: - до 50 кГ/мм², _в- до 88 кГ/мм² при δ = 23% и ψ = 37%. Механические свойства при повышенных температурах также высоки, например при 650° предел текучести = 30-32 кГ/мм². Характерная для этой стали стабильность свойств при длительных выдержках позволяет уверенно использовать ее в деталях, работающих при температуре до 650°С [1]. Однако она весьма нетехнологична в ковке. Производство крупных поковок из этой стали представ­ляет большие трудности.

Более экономичной сталью аустенитного класса является сталь ЭИ572, которая по жаропрочным характеристикам пре­восходит многие другие стали аналогичной степени легированности. Эта сталь также упрочняется при помощи дисперсионного твердения, достигаемого аустенизацией с последующим старением. Механические свойства ее характеризуются следующими типич­ными результатами испытаний производственных дисков: = 3540 кГ/мм², 𝜎_в = 6575 кГ/мм², δ и ψ = 20-30%, а_н = 58 кГм/см².

При 600°С средние значения предела текучести стали ЭИ572 соответствуют 20—26 кГ/мм², а при 650°С – 16- 20 кГ/мм². Относительное удлинение δ, сужение поперечного сечения ψ и особенно ударная вязкость а_н резко снижаются при выдержке стали в условиях температур 650—700° С, что обуслов­лено ее структурной неустойчивостью: сталь склонна к охрупчиванию в результате образования σ-фазы.

Сталь ЭИ572 обладает высокой длительной пластичностью при температуре до 600—650°С и с учетом свойств жаропроч­ности применяется обычно для деталей, рассчитанных на длительные сроки службы при этих температурах. Для более высоких температур эта сталь непригодна вследствие охрупчивания.

К числу аустенитных сталей с относительно высокой жаро­прочностью относится хромоникельвольфрамониобиевая сталь с добавкой бора ЭИ726, раз­работанная ЦНИИчермет. Эта сталь имеет хорошие пластиче­ские свойства при длительном разрыве и высокую стабильность структуры и свойств при длительном нагреве, но сравнительно низкий предел текучести при нормальной и повышенной темпе­ратурах.

В дисковых поковках крупных размеров, откованных из слит­ков весом 4 т, уровень предела текучести в тангенциальном направлении при 20°С соответствует 24-28 кГ/мм², предел прочности 𝜎_в = 5057 кГ/мм².

Высокожаропрочной сталью, превосходящей по уровню свойств многие аустенитные стали других марок, является хромо- никельвольфрамотитановая сталь ЭИ612, разработанная ЦКТИ. Эта сталь обладает высокими механиче­скими свойствами при 20°С: = 4055 кГ/мм², σ_в = 7590 кГ/мм², δ = 2028%, ψ= 2545%, а_н = 610 кГм/см². Предел текучести при 600-700°С составляет не менее 40 кГ/мм².

Достоинствами данной стали являются длительная пластич­ность, обеспечивающая ее нечувствительность к концентрации напряжений, и отсутствие склонности к межкристаллитной кор­розии. Сталь ЭИ612 в условиях длительного срока службы ре­комендуется для дисков, работающих при температуре до 650.

Усовершенствованным вариантом стали ЭИ612 является сталь ЭИ612К, которая по химическому составу отличается дополнительным легированием 3-4% кобальта и бора. Механи­ческие свойства этой стали характеризуются высокими значе­ниями прочностных показателей при удовлетворительной пла­стичности: = 5060 кГ/мм², 𝜎_в = 9095 кГ/мм², δ = 2527%, ψ = 3035%, а_н = 79 кГм/см².

Сталь ЭИ612К имеет высокую пластичность в условиях дли­тельного разрыва при 700°С и выдерживает длительные сроки службы при рабочей температуре до 650700° С. Однако процесс изготовления крупных поковок из этой стали является сложным.