Аустенито - ферритные стали

Получаются при определенном соотношении в них аустенито- и ферритообразующих элементов. Обычно структура этих сталей состоит из равномерно чередующихся зерен аустенита и  –феррита. При комнатной температуре количество каждой структурной составляющей обычно равно 40-60%. Наличие двухфазной структуры придает сталям аустенито-ферритного класса свойства, которые характерны в отдельности для аустенитных и ферритных сталей. В то же время эти стали обладают рядом свойств, которые определяют самостоятельные области их применения.

При нагреве в интервале 450-500°С в ферритной составляющей протекают процессы, приводящие к 475- градусной хрупкости, что сопровождается уменьшением пластичности и ударной вязкости. При последующем нагреве в интервале 650-850°С в ферритной составляющей происходит выделения -фазы (FeCr). Одновременно с этим процессом в интервале 650-850°С из аустенитной составляющей выделяются избыточные карбиды хрома типа Cr₂₃C₆. Оба превращения снижают пластичность и ударную вязкость стали. В процессе нагрева в аустенито-ферритных сталях происходит изменение количества аустенита и феррита. Нагрев сталей выше 1100°С приводит к постепенному увеличению количества-феррита. Присутствие-феррита резко ухудшает пластичность стали при горячей обработке давлением.

Возможности протекания в аустенито-ферритных сталях сложных фазовых превращений в различных интервалах температур накладываект существенные ограничения на режимы их обработки и области применения.

Аустенито-ферритные стали имеют ряд преимуществ по сравнению с аустенитными и ферритными сталями.

Перед аустенитными сталями:

1) значительно дешевле, т.к. содержат меньше никеля (в аустенитных 8-10%, в аустенито-ферритных не более 6%);

2) обладают более высокими прочностными характеристиками (границы между ферритом и аустенитом являются дополнительными препятствиями на пути движущихся дислокаций);

3) менее склонны к МКК (мелкозернистость этих сталей увеличевает протяженность границ зерен и уменьшает концентрацию карбидов Cr₂₃C₆по границам зерен (выделения карбидов Cr₂₃C₆на границе-ɣфаз), карбиды не образуют сплошной сетки);

4) обладают коррозионной стойкостью в азотной и пищевых кислотах. Перед ферритными сталями:

1) менее склонны к росту зерна (двухфазная структура);

2) ниже поры хладноломкости;

3) мене склонны к МКК;

4) более высокая прочность.

Однако эти стали, имея свои достоинства, уступают аустенитным сталям по пластическим характеристикам, по сопротивлению хрупкому разрушению при низких температурах, по коррозионной стойкости, т.к. содержат меньше Ni.

Примером таких сталей являются: 09ХН21Н6М2Т, 09Х22Н5Т, 08Х20Н6МД2Т, 10Х25Н6Т, 10Х25Г6ФТ и др. Термообработка их включает закалку от 950-1000°С и кратковременный отпуск при 450°С. Если требуется проведение отжига для снятия напряжений, то его проводят при 550-850°С. Время выдержки должно быть меньше, чем время сигматизации и выделения карбидов .

Для повышения свойств феррито-аустенитных сталей уменьшают в них содержание углерода и азота в сумме до 0,025%.

Аустенито-ферритные стали используются для изготовления сварного емкостного, реакционного и теплообменного оборудования, работающего в контакте с агрессивными средами эти стали применяются в химической, металлургической, пищевой промышленности, судостроения, авиации и др.

Аусенито-мартенситные стали

Коррозионностойкие стали аустенито –мартенситного (переходного) класса сочетают пластичность аустенитных и прочность мартенситных сталей. Это хромо-никелевые стали типа 09Х15Н9Ю, 08Х17Н8Ю, 07Х16Н6 и др. Состав этих сталей подбирают так, чтобы точка Мн была вблизикомнатной температуры , а точка Мg выше комнатной температуры. Структура этих сталей после закалки представляет собой метастабильный аустенит, который может претерпевать мартенситное ɣ→d_мпревращения в результате обработки холодом или пластической деформации ниже Mg. Кроме аустенита в структуре может присутствовать мартенсит в небольшом количестве (5-10%) и -феррит не более 10%. Содержания 𝛅-феррита ограничивают из-за возможного охрупчивания и снижения уровня прочности. Свойства стали определяются соотношениям количества аустенита и мартенсита в структуре. Количественное соотношения между мартенситом и аустенитом,а такие степень стабильности аустенита, регулируется легированием и обработкой.

Превращением ɣ→d_м может происходить и в результате нагрева в интервале температур, где наблюдается наиболее интенсивное выделение карбидов из аустенита (обычно 700-750°С). Аустенит при этом обедняется углеродом и легирующим элементом, входящим в состав карбида, что приводит к повышению точки Мн, и уменьшению стабильности аустенита и увеличению количество мартенсита. Так при образовании карбидов хрома (Jt, Cr)₂₃С₆ аустенит обедняется углеродом и хромом.

Для того, чтобы придать сталям прочность проводят следующие виды термообработки:

1) Закалка с температуры 1050-1100°С, обработка холодом при -80°С с выдержкой 1-2ч. После данной обработки в структуре образуется 60-70% мартенсита, но он является низкоуглеродистым и не обладает высокой прочностью поэтому прочность повышают за счет дисперсионного твердения при старении при 450-500°С. Чтобы вызвать дисперсионное твердения мартенсита в сталь вводят Al, Cu, Ji: В результате при старении выделяются интерметаллиды NiAl, NiJi, Ni (Al,Ji) Ni₃AC, а при легировании медью образуется богатая медью Е- фаза. После старения возрастают прочностные свойство: бв˭1100-1200МПа; бт˭900МПа; б˭10-12%; ф˭45-55%;KCU˭0,5-0,6ММД/м₂.

2) После закалки проводят отжиг при 700-750°С , при этом происходит выделения карбидов и интерметаллидов. Повышается мартенситная точка и прочностные характеристики увеличиваюмся.

В настоящие время разработаны безникелевые высокопрочные коррозионностобкие стали на Fe-Cr-Mn основе (10х14Г2, 15х14Г7 и др.), а также стали о азотом 10х14АГ6,10Х14АГ12М и др.)

Аустенитно-мартенситные стали

Коррозионностойкие стали аустенито –мартенситного (переходного) класса сочетают пластичность аустенитных и прочность мартенситных сталей. Это хромо-никелевые стали типа 09Х15Н9Ю, 08Х17Н8Ю, 07Х16Н6 и др. Состав этих сталей подбирают так, чтобы точка Мн была вблизи комнатной температуры , а точка Мд - выше комнатной температуры. Структура этих сталей после закалки представляет собой метастабильный аустенит, который может претерпевать мартенситное ɣ→α_мпревращения в результате обработки холодом или пластической деформации ниже Mд. Кроме аустенита в структуре может присутствовать мартенсит в небольшом количестве (510%) и-феррит не более 10 %. Содержание-феррита ограничивают из-за возможного охрупчивания и снижения уровня прочности. Свойства стали определяются соотношениям количества аустенита и мартенсита в структуре. Количественное соотношение между мартенситом и аустенитом, а также степень стабильности аустенита, регулируется легированием и обработкой.

Превращением ɣ→α_м может происходить и в результате нагрева в интервале температур, где наблюдается наиболее интенсивное выделение карбидов из аустенита (обычно 700750°С). Аустенит при этом обедняется углеродом и легирующим элементом, входящим в состав карбида, что приводит к повышению точки Мн, уменьшению стабильности аустенита и увеличению количества мартенсита. Так, при образовании карбидов хрома (Fe, Cr)₂₃С₆ аустенит обедняется углеродом и хромом.

Для того, чтобы придать сталям прочность проводят следующие виды термообработки:

1) Закалка с температуры 10501100°С, обработка холодом при -80 °С с выдержкой 1-2 ч. После данной обработки в структуре образуется 6070 % мартенсита, но он является низкоуглеродистым и не обладает высокой прочностью, поэтому прочность повышают за счет дисперсионного твердения при старении при 450500 °С. Чтобы вызвать дисперсионное твердения мартенсита в сталь вводят Al, Cu,Ti: В результате при старении выделяются интерметаллиды NiAl, NiTi,Ni (Al,Ti) Ni₃Al, а при легировании медью образуется богатая медью- фаза. После старения возрастают прочностные свойство:_в=11001200МПа;_т=900 МПа;=1012 %;=4555 %;KCU=0,50,6 МДж/м₂.

2) После закалки проводят отжиг при 700750°С , при этом происходит выделения карбидов и интерметаллидов, повышается мартенситная точка и прочностные характеристики увеличиваются.

В настоящие время разработаны безникелевые высокопрочные коррозионностойкие стали на Fe-Cr-Mn основе (10Х14Г2, 15Х14Г7 и др.), а также стали о азотом 10Х14АГ6, 10Х14АГ12М и др.).