Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 2. Хромоникелевые нержавеющие сталиВведение достаточного количества никеля в Нержавеющие стали с Представление об условии образования фаз в нержавеющих хромоникелевых сплавах дает система
Рис. 346. Железный угол системы На рис. 346 приведен горизонтальный разрез при Отсюда следует, что сплавы, лежащие ниже линии Сплав 18-9 изображен на той системе точкой. Нетрудно видеть, что для получения при В нержавеющих хромоникелевых сталях наряду с основной аустенитной Структурное состояние сплавов Аустенитные стали с Промышленные хромоникелевые стали, естественно, не являются чистыми Элементы, растворенные в К аустенитообразующим элементам, т. е. действующим аналогично никелю, относятся углерод, азот и марганец, к ферритообразующим, влияющим подобно увеличению хрома, — молибден, вольфрам, титан, ниобий, тантал, кремний. Решить к какой группе по структуре отнести промышленные сложные по составу хромоникелевые стали, содержащие углерод, азот, марганец, кремний, титан и другие элементы, довольно трудно; тройная система
Рис. 347. Типичная микроструктура нержавеющей стали: а — аустенитного класса (аустенит), Х200; б — переходного класса Для этих целей можно воспользоваться схематической диаграммой, показывающей структурное состояние сплава при комнатной температуре в зависимости от содержания ферритообразующих и В соответствии с этой диаграммой (рис. 348) сплав, содержащий В соответствии со сказанным об образовании структур в хромоникелевых сталях последние могут быть разделены на три класса: Аустенитные стали — с устойчивым аустенитом. Аустенито-мартенситные стали (или стали так называемого переходного класса). В этих сталях при охлаждении на воздухе обычно образуется некоторое количество мартенсита (рис. К этому же классу относятся и те стали, аустенит которых при охлаждении до комнатной температуры хотя и не дает признаков у а-превращения, но все же неустойчив, так как при обработке холодом или под действием пластической деформации он превращается в мартенсит. Аустенито-ферритные стали, имеющие структуру а Области существования сталей всех этих трех классов представлены на рис. 348.
Рис. 348. Структурная диаграмма нержавеющих сталей Составы промышленных хромоникелевых нержавеющих сталей приведены в табл. 76. В таблицу включены не только хромоникелевые стали, в том числе и с допол нительным легированием, но и такие, в которых марганец и азот частично и даже полностью заменяют никель (в последнем случае они, разумеется, не являются хромоникелевыми сталями). В хромоникелевых нержавеющих сталях из-за наличия углерода могут образовываться специальные карбиды, преимущественно типа мазсв. Количество карбидов Выделение карбидов происходит по границам зерен, что при определенных условиях приводит и к охрупчиванию стали и к (кликните для просмотра скана) появлению особого вида коррозионного разрушения по границам зерен — очень опасного, называемого межкристаллитной (интеркристаллит-ной) коррозией Лист из нержавеющей стали, пораженный интеркристаллитной коррозией, при постукивании не издает металлического звука, при небольшом усилии легко разрушается и может быть превращен в порошок. Явление интер кристалл итной коррозии связано с понижением коррозионной стойкости границ зерен, вследствие того что в образовании карбидной фазы Металлографическое исследование показало, что межкристаллитная коррозия наступает тогда, когда выделившиеся по границам зерен карбиды образуют сплошную сетку. Выделившиеся, но не образовавшие еще сплошной сетки карбиды или коагулированные крупные карбиды по границам зерен не вызывают межкристллитной коррозии.
Рис. 349. Растворимость углерода (карбидов) в аустените
Рис. 350. Микроструктура нержавеющей стали, пораженной интеркристаллитной коррозией: Процесс интеркристаллитной коррозии возникает лишь в результате нагрева закаленной аустенитной стали в определенной области температур Ясно, что нагрев до сталей (при содержании в них углерода более 0,005 %). Склонность к интеркристаллитной коррозии аустенитных нержавеющих сталей можно устранить не только уменьшением содержания углерода (менее 0,005 %), но и введением так называемых элементов — стабилизаторов: титана или ниобия, являющихся сильными карбидообразователями. При введении в сталь титана или ниобия образуются соответственно карбиды типа
Рис. 351. Продолжительность провоцирующего нагрева, вызывающего интеркристаллитную коррозию стали Разумеется, что титан и ниобий следует вводить в достаточных количествах (чтобы они могли связать весь углерод). Впрочем, более надежно устраняет процессы, приводящие к развитию интеркристаллитной коррозии снижением углерода, тогдсч как так называемые элементы-стабилизаторы (т. е. титан или ниобий) лишь уменьшают ее. Высокая стойкость против межкристаллитной коррозии достигается в сталях склонных к ММК применением стабилизирующего отжига (температура стабилизирующего отжига обычно около Характеристику устойчивости стали к интеркристаллитной коррозии можно выразить своего рода С-образными диаграммами (рис. 351). На них показано, при какой продолжительности так называемый провоцирующий отжиг в опасном интервале температур вызывает появление этой склонности. Из диаграмм, приведенных на рис. 351 видно, что в стали 18—9 без титана и ниобия выдержка в течение 10 мин при При оценке результатов испытаний на МКК принимается, что сталь практически не склонна к интеркристаллитной коррозии, если после закалки и отпуска в течение часа при обнаруживается. Такую сталь можно применять в закаленном виде в сварных изделиях, причем после сварки термическая обработка не требуется. Если сталь оказалась устойчивой к интеркристаллитной коррозии в закаленном состоянии и неустойчивой после провоцирующего отпуска (650 °С, 1 ч), то из нее можно изготавливать либо несварные изделия, либо, если сварка неизбежна, следует применять термическую обработку (повторную закалку) сварных изделий, иначе сварной шов не будет коррозионностойким.
Рис. 352. Склонность к межкристаллитной коррозии аустенитной хромоинкелевой стали Титан и ниобий замедляют процессы, вызывающие МКК, но так как углерод образует карбиды, а их выделение вызывает МКК, то сделать сталь совершенно не чувствительной к МКК — это снизить содержание углерода до величины, когда он полностью в твердом растворе; это значит не более 0,005 % (см. рис. 349). Это сложная металлургическая задача, но разрешимая. Впрочем для стали 18—10 снижение содержания углерода до 0,015-0,020 % делает сталь практически не чувствительной к МКК (рис. 352). Чисто аустенитные стали склонны также еще к одному виду коррозионного разрушения, к так называемому коррозионному растрескиванию или к коррозии под напряжением. Это явление заключается в том, что на поверхности образца (изделия), находящегося под нагрузкой или имеющего внутренние остаточные напряжения (например, после наклепа) и погруженного в относительно слабую коррозионную среду, образуются тонкие трещины, проходящие главным образом по телу зерна. Такому разрушению подвержены (но несколько слабее) и ферритные нержавеющие стали. Двухфазные стали (аустенитоферритные) обладают наименьшей склонностью к коррозионному растрескиванию. Можно предположить, что трещина, возникающая в аустените, останавливается, дойдя до второй фазы (феррита). Образование мартенсита под действием напряжений усиливает коррозионное растрескивание. Этим объясняется меньшая стойкость против коррозионного растрескивания сталей с неустойчивым аустенитом. Нечувствительны стали к коррозионному растрескиванию с 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. Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса сравнительно проста и заключается в закалке в воде с 1050-1100 °С. Нагрев до этих температур вызывает растворение карбидов хрома Механические свойства аустенитных нержавеющих сталей в закаленном (смягченном) состоянии характеризуются низким значением предела текучести, невысокой прочностью и очень высокой пластичностью. Механические свойства некоторых аустенитных нержавеющих сталей приведены в табл. 77. Таблица 77. (см. скан) Механические свойства аустенитных сталей в закаленном состоянии Сталь В результате легирования этой стали повышается прочность (углерод и азот влияют сильнее, чем остальные элементы — металлы). Наиболее прочные аустенитные стали, содержащие азот и углерод, обладают пределом текучести, равным 245—392 МПа, и пределом прочности Радикальный способ упрочнения аустенитных сталей — холодный наклеп; при деформации порядка 80-90 % предел текучести достигает Очевидно, что этот способ упрочнения применим лишь для таких видов изделий, как тонкий лист или лента, проволока и т. п. Если термическая обработка в сталях аустенитного класса существенно не изменяет механические свойства и достаточно проста, то в стали переходного, аустенитно-мартенситного класса прочность сильно зависит от режимов термической обработки, так как при этом существенно изменяется структурное состояние. Режимы термической обработки сталей переходного класса отличаются большой сложностью, Нержавеющие стали этого класса получили применение главным образом как высокопрочные. Наиболее упрочненное состояние получается при структуре аустенит Подобное структурное состояние получается в результате следующей термической обработки: закалка на аустенит Проследим за изменением механических свойств стали После закалки с 1000 °С структура состоит из 100 % аустенита. Механические свойства при этом следующие: В результате обработки холодом при В этой стали можно вызвать мартенситное превращение, кроме обработки холодом, пластической деформацией или закалкой с 0 °С. В последнем случае мартенситная точка повышается от 0° до Таблица 78. (см. скан) Механические свойства нержавеющих сталей аустеннто-мартенсктного класса Режимы термической обработки и свойства сталей аустенито-мартенситного класса приведены в табл. 78. Сравнение данных, приведенных в табл. 77 и 78 показывает, что аустенито-мартенситные дисперсионно твердеющие стали обладают существенно более высокими свойствами, чем чисто аустенитные стали, и применение их предпочтительней, разумеется, если нет дополнительных требований в отношении магнитных свойств. Меньшее применение по сравнению с только что рассмотренными двумя классами стали — аустенитным и аустенитно-мартенситным — имеют стали аустенито-ферритного класса (их еще иногда называют двухфазными). Причина заключается в том, что эти стали отличаются нестабильностью свойств — небольшие колебания в составе (внутри марочного содержания элементов) приводят к существенному изменению количественного соотношения Кроме того, эти стали обладают склонностью к охрупчиванию (при 400-600 °С). По прочности они превосходят чисто аустенитную сталь, но для многих назначений это не является преимуществом. Из изложенного выше можно заключить, что в нержавеющих сталях может быть три основных вида коррозионного разрушения: а) общая коррозия, заключающаяся в равномерном по всей поверхности распространении коррозии в глубь металла; б) межкристаллитная коррозия; в) коррозионное растрескивание Скорость общей коррозии измеряется в линейных единицах
Если скорость коррозии Скорость этих трех видов коррозионных разрушений зависит от состава стали и структурного состояния. Главным фактором, определяющим стойкость против общей коррозии, является содержание хрома. Большинство нержавеющих аустенитных сталей содержит около Межкристаллитная коррозия зависит от содержания углерода, а также от наличия элементов — стабилизаторов. Весьма стойки к межкристаллитной коррозии стали с пониженным содержанием углерода Как отмечалось, процесс межкристаллитной коррозии заключается в выделении карбидной сетки по границам зерен, поэтому даже если металл не работает в среде высокой агрессивности, то все равно выделение карбидов по границам зерен отрицательно влияет на пластичность металла. Коррозионное растрескивание ускоряется при недостаточной стабильности аустенита в отношении На основе перечисленных соображений выбирают нержавеющую сталь для изделия. Наиболее распространенные марки стали были приведены в табл. 76. Стойкость сталей (в отношении равномерного коррозионного разрушения) 1—12 и 15—19 примерно одинакова, пониженной стойкостью обладают стали 13, 14, 21 и 22, а повышенной 20 и 23—25. Высокую стойкость к межкристаллитной коррозии имеют стали 4, 8, 10—12, 14. Остальные стали не обладают высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии. Высоким сопротивлением коррозионному растрескиванию обладают стали липа 18—12, остальные стали, особенно типа 18—9, в этом отношении уступают им. Молибден и медь вводят в нержавеющие стали для повышения сопротивления коррозии в кислотах, поэтому стали типа Селен или теллур вводят в нержавеющие стали для улучшения обрабатываемости резанием. Сталь
|
1 |
Оглавление
|