31. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали: хромистые (ферритный и мартенситный класс) и хромоникелевые (аустенитный класс). Маркировка, структура, свойства, области применения.

Поверхностное разрушение металла под воздействием внешней среды называется коррозией. Чистое железо и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и во многих других средах, так как образующаяся пленка оксидов недостаточно плотна и не изолирует металл от химического воздействия среды. При введении некоторых элементов в сплав происходит не плавное, а скачкообразное повышение коррозийной стойкости. Например, введение в сталь > 12% Cr делает ее коррозионностойкой во многих средах.

Хромистые стали.

Хромистые нержавеющие стали применяют трех типов: с 13, 17 и 27 % Сг, причем стали с 13 % Сг в зависимости от требований имеют различное содержание углерода (от 0,1 до 0,04 %).

Стали с 17—18 и 25—28 % Сг имеют иногда небольшие добавки титана и никеля. Титан вводят для измельчения зерна, а никель для улучшения механических свойств.

В зависимости от содержания углерода хромистые стали могут относится к разным структурным классам.

Сталь типа Х28 и Х17 относится сталям ферритного класса, их структура – феррит и у них нет фазовых превращений.

Иное положение у сталей с 12-14% Сr. Сталь 08Х13 при минимальном содержании углерода и максимальном хрома – ферритная, а при минимальном содержании хрома испытывает γ-α превращения. Можно заключить, что эти стали не стабильны по своим свойствам и небольшое отклонение в химическом составе переводит сталь из одного класса в другой, что резко меняет свойства.

В сталях 20Х13, 30Х13 и 40Х13 из-за высокого содержания хрома охлаждение на воздухе приводит к получению мартенсита, твердость которого зависит от содержания углерода и температуры нагрева под закалку, обеспечивающей растворение карбидов.

Стали типа Х13 – распространенные и наиболее дешевые стали, их применяют для бытовых назначений и в технике. Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 20Х13) пластичны, из них хорошо штампуются различные детали. Стали 20Х13 и 40Х13 обладают высокой твердостью и повышенной прочностью, из них изготавливают детали повышенной прочности и износоустойчивые при высокой коррозийной стойкости.

Стали с 17% Cr обладают более высоко коррозийной стойкостью. Ввиду высокого содержания хрома стали типа Х17 можно применять как жаростойкие при рабочих температурах выше 900 С.

Хромоникелевые стали.

Введение достаточного количества никеля в 18 % -ную хромистую сталь делает ее аустенитной, что обеспечивает лучшие механические' свойства, меньшую склонность к росту зерна, а также более коррозионностойкой и не хладноломкой.

Нержавеющие стали с 18%Сг и 10 % Ni получили наиболее, широкое распространение в ма­шиностроении, в изделиях широкого потребления, а также в архитектуре и скульптуре.

Структурное состояние сплавов 18 % Сг и 8—15 % Ni в зависи­мости от колебания состава может быть устойчивым и неустойчивым. Пластическое деформирование при низкой температуре может выз­вать в некоторых случаях образование так называемого гексаго­нального ξ-мартенсита (промежуточное состояние), который затем может перейти в обычный α-мартенсит.

Аустенитные стали с 18 % Сг и 8—10 % Ni структурно неустой­чивы, охлаждение его в области отрицательных температур или пластическая деформация при комнатной температуре вызовут обра­зование мартенсита. В сплаве с 18 % Сг и 10—12 % Ni образование мартенсита можно вызвать лишь деформацией при температурах ниже 0 °С, сплавы же с 18 % Сг и более 14 % Ni обладают стабиль­ным аустенитом; ни охлаждение, ни деформация при низких темпе­ратурах не вызовут образования α-фазы. (12Х18Н18)

В хромоникелевых нержавеющих сталях из-за наличия углерода могут образовываться специальные карбиды. Выделение карбидов происходит по границам зерен, что при определенных условиях приводит к охрупчиванию стали и к появлению особого вида коррозийного разрушения по границам зерен – межкристаллической коррозии. Она наступает тогда, когда выделившиеся по границам зерен карбиды образуют сплошную сетку.

Аустенитные нержавеющие стали применяют очень широко не только из-за высоких антикоррозионных свойств, но и благодаря высоким технологическим и механическим свойствам. Эти стали хорошо прокатываются в горячем и холодном состояниях, в холодном состоянии выдерживают глубокую вытяжку и профилирование, до­пускают применение электросварки, без охрупчивания околошовных зон.