Как выбрать нержавеющую сталь требуемой жаропрочности и коррозионной стойкости?

Однако при использовании их замечательных свойств надо иметь в виду, что при технологической обработке их «поведение» весьма отличается от простых углеродистых сталей. Это объясняется особенностями их метастабильной аустенитной структуры, использование свойств которой доступно лишь опытным специалистам.

Share

Жаропрочность и химическая стойкость нержавеющих сталей достигается за счет введения в сталь хрома. Чем больше хрома в стали, тем выше ее сопротивляемость окислению. При 13% и выше хром образует сплошную тонкую прочную пленку окислов, защищающую сталь от коррозии.
Наиболее типичная сталь Х18Н9 (ЭЯ1), содержащая 0,005-0,15% С, 8-11% Ni и 18% Cr, в кованом виде имеет аустенитную или аустенитно-карбидную структуру и обладает пределом прочности около до 80 кг/мм2, удлинением около 20% и сопротивлением удара около 10 кгм/см2. После закалки 1050-11500 с охлаждением на воздухе или в воде sв в падает до 60 кг/мм2, зато удлинение возрастает до 45-50% и сопротивление удара значительно увеличивается. Закалка дает чисто аустенитную немагнитную структуру.
Последующий нагрев стали Х18Н9 до температуры выше 6000, а также холодная механическая обработка аустенитной стали приводит к частичному распаду аустенита, сталь приобретает магнитность. Указанный нагрев вызывает выделение хромовых карбидов, они делают близлежащие зоны металла малохромистыми и потому коррозионно малостойкими.
Так как выделение карбидов идет в основном по границе зерен, то сталь приобретает склонность к интеркристаллической коррозии. Сильно прокорродированная сталь делается совершенно хрупкой, ломается при изгибе и теряет обычный металлический звук при ударе. Этим объясняется и «ножевая» коррозия вблизи сварочных швов.
Для предупреждения склонности к интеркристаллической коррозии к нержавеющей стали добавляют небольшое количество титана, ниобия. Эти элементы, образуя более прочные карбиды TiC, NbC, чем хром и железо, связывают углерод, оставляют весь хром в растворе и тем самым устраняют интеркристаллическую коррозию.
Нержавеющие стали хорошо сопротивляются действию органических, слабых минеральных кислот, а также азотной кислоты. Серная и соляная кислоты растворяют эти стали. Из всех нержавеющих сталей наиболее стойкими является хромоникелевые чисто аустенитные стали следующих марок: 08Х18Н10 (аналог - AISI 304), 12Х18Н10Т (AISI 321), 12Х17 (AISI 430), прокат и другие изделия из которых широко представлены на рынке Украины киевским предприятием ООО «Агродизель».
Для многих целей достаточной жаропрочностью обладает сталь Х18Н9Т. Такая сталь (имеющая при комнатной температуре sв=60 кг/мм2) при 6500 выдерживает тысячечасовую нагрузку около 10 кг/мм2 и при 7000 – сточасовую нагрузку 10 кг/мм2. При 8000 эта сталь выдерживает 100 час. под напряжением в 5 кг/мм2. Аустенитная сталь Х14Н14В с 2% W, 0.4% Мо и 0,4% С еще боле жаропрочна и выдерживает при 7000 - 100 часов под напряжением в 12 кг/мм2 и при 8000 - 100 часов под напряжением в 6-7 кг/мм2.
Очень высокими значениями прочности при высоких температурах обладает аустенитная сталь Х16Н25М6 (при 0,1% С и 0,4% N), выдерживающая при 7000 100 часов при 20 кг/мм2 и при 8000 100 часов при 8 кг/мм2.
Во всех жаропрочных аустенитных сталях, помимо аустенита, имеется какая-нибудь упрочняющая фаза – карбиды титана, хрома, вольфрама или вольфрамиды и молибдениды схелеза и т. п. Заметно повышает прочность стали молибден в количестве нескольких десятых долей процента вследствие общего измельчения структуры и выделения дисперсных частиц карбида молибдена. Эти стали применяются для котельных труб.
Возможность распада аустенита, с одной стороны, и выпадения карбидов, с другой, делают процессы термообработки нержавеющей стали достаточно сложными. В сталях, содержащих более 18% Сr, помимо карбидов, может выделяться богатая хромом s-фаза, вызывающая хрупкость стали.

---

Дорошенко В.С., к.т.н.,
ООО «Агродизель»
Литература: акад. А.А. Бочвар, «Металловедение»