ГлавнаяСталТермообработка нержавеющей стали

    Особенности закалки нержавейки в домашних условиях. Термообработка нержавеющей стали


    Закалка нержавейки в домашних условиях

    Под закалкой понимают термическую обработку металла, в ходе которой осуществляется вначале сильный нагрев, а затем резкое охлаждение в жидкости. В ходе данной технологической процедуры происходит снижение пластичности и эластичности изделия, но увеличивается её прочность. Как же правильно произвести закалку предметов из нержавейки в домашних условиях?

    Для чего нужна закалка стали?

    Виды закалки

    Виды закалки

    Технологию закаливания человечество применяет на протяжении многих веков. Орудия сельского хозяйства и холодное оружие закаляли уже в Средние века. О закалке нержавеющей стали задумались в эпоху промышленного прорыва, когда понадобились сплавы стали с антикоррозионными качествами. Именно тогда была разработана новая методика закаливания стали, позволившая придать материалам уникальные химико-физические особенности.

    Нержавеющая сталь имеет игольчатую внутреннюю структуру, именуемую мартенситом, благодаря чему данные сплавы отличаются повышенной прочностью и высоким охрупчиванием. При термической обработке такой стали происходит повышение коэффициента вязкости, что раздвигает рамки их применения.

    Особенности процесса

    При закалке стали требуется непрерывное наблюдение за:

    Как происходит процесс закалки сталей

    Как происходит процесс закалки сталей

    • равномерным нагревом края и середины изделия;
    • появлением синих и чёрных пятен на поверхности нержавейки, они свидетельствуют о сильном и неравномерном нагреве;
    • сохранением температурных показателей;
    • однородным охлаждением в жидкости.

    В качестве такой жидкости чаще применяют обычную воду либо машинное масло. Изменение цвета при закалке металла контролируется по специальной цветовой схеме.

    Как закаливать сталь в домашних условиях?

    Сельские жители часто прибегают к самостоятельной закалке металла, таким образом увеличивая эксплуатационный срок бытовых предметов: плуговых лемех, столярных и слесарных инструментов, охотничьих ножей, топоров. Городскому жителю обрабатывать нержавейку тяжелее — требуется специальная мастерская.

    Необходимые инструменты

    Для того чтобы закаливать сталь в домашних условиях необходимо вооружиться:

    • Слесарными клещами с удлинённой рукояткой;
    • Молотками разных размеров;
    • Напильниками для последующей обработки;
    • Электрической печью;
    • Газовой горелкой;
    • Паяльной лампой.

    Для создания охлаждающей среды потребуется любая ёмкость, соответствующая по размерам.

    Способы закаливания

    Закалить нержавейку можно разными способами. Прежде всего, изделие хорошо разогревается.  Для этого применяют:

    • Горелку;
    • Электрическую печь;
    • Паяльную лампу;
    • Костёр на углях.

    Способы закаливания стали

    Последний вариант станет самым лучшим, костёр сможет обеспечить гораздо более высокую температуру.

    В качестве охлаждающей среды чаще всего используют:

    • Машинное масло;
    • Сургуч.

    При охлаждении маслом деталь окунается в него дважды с коротким интервалом в пару секунд. Первое погружение занимает 3-4 секунды, а второе – 5-6 секунд. Сразу после этой процедуры сталь погружается в воду до полного остывания.

    При втором методе охлаждения деталь несколько раз погружается в сургуч. Если нержавейка больше не проникает в жидкую среду, процесс охлаждения считается завершённым. Довольно очистить поверхность скипидаром.

    Как выбрать температурный режим?

    Выбор режима температуры играет большую роль при закалке стали. Перегрев чреват утратой присущей прочности, это происходит из-за количественного уменьшения углерода в структуре металла.

    В некоторых случаях после завершения процесса закаливания нержавейки появляются остаточные напряжения, они снимаются с помощью дальнейшей механической обработки. Эту проблему можно предотвратить, если охлаждать закаливаемое изделие поэтапно, с размеренным понижением температурных условий. Данная поэтапная методика закалки применяется при изготовлении детали, обладающей очень высокими показателями прочности.

    Цвета закалки стали

    Как постепенно понижать температуру охлаждающей среды? Для  этого подготавливают несколько ёмкостей с разными жидкостями: солевым раствором, щелочным раствором, минеральным маслом, синтетическим маслом. Подобный способ позволяет устранить полностью внутреннее напряжение, которое негативно влияет на полезные свойства стали. Небольшой минус методики – дороговизна реализации.

    Мастер-класс по закаливанию кухонного ножа

    После закалки нож обретает прочность и упругость. Проведение процедуры не потребует большого количества времени.

    Возьмите:

    • Газовую горелку либо электрическую печь.
    • Сургуч для охлаждения.
    • Скипидар.
    • Клещи.

    Инструмент для закалки ножа

    Поэтапный процесс:

    1. Снимите рукоять с изделия.
    2. Поместите лезвие в отделение печки. При использовании горелки камера изготавливается собственноручно с помощью огнеупорных кирпичей.
    3. Включите печку (горелку). Разогревайте нож до приобретения им насыщенного красного оттенка. При возможности контролируйте нагрев, сверяя приобретаемый окрас с цветовой таблицей.
    4. Выдержите нержавейку до ярко-красного цвета и извлеките из отделения.
    5. Незамедлительно погрузите металл в подготовленный сургуч на пару секунд. Вытащите. Повторяйте процедуру многократно до тех пор, пока деталь перестанет входить в сургуч.
    6. Очистите нержавейку с помощью скипидара от сургучных остатков.

    Мастер-класс по закаливанию топора

    Иногда производитель нарушает технологию термообработки стали, и топор получается очень мягким, быстро начинает тупиться и образовывать вмятины, или хрупким, тогда лезвие покрывается трещинами и теряет цвет. Исправить ситуацию можно.

    Возьмите:

    • Электрическую печь;
    • Проволочный круг;
    • Воду;
    • Машинное масло;
    • 2 ёмкости для воды и масла.

    Поэтапный процесс:

    • Затупите режущую кромку до 0,1 см.
    • Нагрейте лезвие топора до 750-760°С.
    • Чтобы определить температуру нагрева,  приложите к нержавейке магнит, он не притягивается к нержавеющей стали при 768°С.
    • Медленно охладите до 550°С.
    • Процедура охлаждения занимает до 10 часов. Специального охладителя не требуется, достаточно оставить топор в выключенной печи.
    • Очистите нержавейку от окалин с помощью проволочного круга.
    • Нагрейте лезвие до 800-830°С до насыщенного огненно-красного оттенка.
    • Охладите вначале в воде (30°С), опустив на 3-4 секунды. Быстро двигайте нержавейку в ёмкости, это поможет избежать образования паровой подушки.
    • Охладите в машинном масле.
    • Нагрейте печь до 300°С. Продержите в ней деталь в течение часа.
    • Охлаждайте на свежем воздухе.

    На заметку

    После извлечения накаленной стали из печи (горелки) она будет эластичной и мягкой, поэтому велика вероятность её повреждения. Чтобы избежать неприятных последствий, погружать в охлаждающую среду нужно плавно и аккуратно.

    При выборе изделий из стали обратите внимание на зарубежных производителей, в их инструментах процентная доля содержания нержавеющего металла превышает российские ГОСТы.

    Долгое и сильное нагревание металла делает процесс закалки более глубоким, как следствие, — твёрдое и упругое лезвие. Оно после этого будет менее крепким и постепенно утрачивает режущие качества.

    Режимы отжига углеродистых сталей

    Режимы отжига углеродистых сталей

    Одну и ту же нержавейку не следует закаливать много раз: металл начинает уставать и растрачивает необходимые качества.

    Закалка стали в первый раз – ответственное мероприятие, требующее непрерывного контроля. Изделие при нагреве вынимается каждые 3-4 секунды, это позволяет строго наблюдать за цветом металла. В случае перегрева сталь обретает белый оттенок, в случае недогрева – тёмно-синий.

    Чтобы осуществить закалку нержавеющей стали в домашних условиях, нужно обязательно вооружиться газовой горелкой, электрической печью, паяльной лампой или разжечь костёр. К тому же процесс невозможно осуществить без охлаждающей жидкости (воды, сургуча или машинного масла). Понадобятся клещи с длинной рукояткой и специальные рукавицы. Самостоятельная закалка нержавейки требует постоянного контроля за цветовыми изменениями материала.

    Видео по теме: Твердость нержавейки и немного о спусках

    promzn.ru

    процесс закалки, различие от закалки углеродистой стали

    Не существует однозначного ответа на вопрос: «Можно ли закалить нержавеющую сталь?» Сплавы с низким содержанием углерода подвергаются закалке только после предварительного насыщения поверхностного слоя углеродом (цементации). Нержавеющие среднеуглеродистые стали закаливаются, но при несколько иных режимах, по сравнению с углеродистыми нелегированными.

    Различия в закалке нержавеющей и углеродистой стали

    Все легирующие элементы, входящие в состав коррозионностойкой стали, условно делят на две группы:

    • Первая – элементы, повышающие температуру полиморфного превращения. К ним относятся медь, ванадий, вольфрам, молибден, титан, ниобий. Для нержавейки, включающей такие добавки, требуется повышение температуры закалки.
    • Вторая – элементы, понижающие критическую температуру, при которой происходит изменение кристаллической решетки. Это марганец и никель. Со сталями, содержащими марганец, не рекомендуется допускать перегрева, поскольку этот элемент провоцирует рост аустенитного зерна.

    Внимание! Карбидообразующие элементы – хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан – подавляют рост аустенитного зерна. Поэтому содержащие их стали не подвержены перегреву, их обычно нагревают до более высоких температур, по сравнению с углеродистыми.

    По отношению к нелегированным углеродистым нержавеющие стали требуют:

    • из-за худшей теплопроводности – более длительной выдержки для качественного прогрева;
    • более медленного охлаждения, для которого обычно используют масляные ванны.

    Как закалить низкоуглеродистую нержавейку с предварительной цементацией?

    Марки нержавеющих сталей с низким содержанием углерода (0,1-0,3%) не пригодны для закалки. Для упрочнения проката и изделий из таких сплавов часто применяют насыщение поверхностного слоя углеродом (цементацию), после чего проводят закалку и низкий отпуск. Назначение такой обработки – получение твердой, износостойкой поверхности, что достигается обогащением верхнего слоя углеродом до концентрации 0,8-1,2% .

    Результаты, которых позволяет достичь цементация в сочетании с закалкой и отпуском:

    • сердцевина изделия, не насыщенная углеродом, остается вязкой даже после закалки;
    • повышается износостойкость;
    • увеличивается предел выносливости.

    Твердая цементация нержавеющих сталей осуществляется путем укладки изделия в ящики с карбюризатором, в качестве которого применяется измельченный графит или другой материал, далее следуют закалка и низкий отпуск. Твердый карбюризатор используют в домашних условиях или мелкосерийном производстве. Для массового изготовления металлопродукции востребована цементация в газовой среде. Варианты – жидкостная и вакуумная цементация.

    Как закалить нержавеющую сталь с промежуточным насыщением поверхностного слоя углеродом?

    • Процесс науглероживания проходит при температурах 910-950°C, в случае необходимости его ускорения – при 1000-1050°C.
    • После цементации, являющейся промежуточным процессом, необходима закалка, которая обеспечивает упрочнение науглероженного слоя и исправляет структуру перегрева. Для корректировки дефектов структуры и уменьшения коробления металла, возникающих из-за длительной выдержки при высоких температурах науглероживания, используют двойную закалку.

    Обязательная заключительная операция – низкий отпуск, осуществляемый при температурах 160-180°C, благодаря которому мартенсит закалки в поверхностном слое трансформируется в мартенсит отпуска.

    metallz.ru

    Термическая обработка нержавеющей стали | Ортопедическая стоматология

    Термическая обработка нержавеющей стали. Механические и химические свойства нержавеющей стали могут быть повышены, кроме легирования, путем термической обработай.

    Термическая обработка сталей заключается в нагреве металла до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем быстром или медленном охлаждении.

    В основе термической обработки стали лежит явление вторичной кристаллизации металлов.

    Переход металла из расплавленного состояния в твердое и образование определенной кристаллической структуры называют первичной кристаллизацией. При медленном охлаждении стали в ней происходит ряд структурных изменений. Переходя из жидкого состояния в твердое, она кристаллизуется и приобретает структуру, называемую цементитом (соединение железа с углеродом). При дальнейшем охлаждении кристаллы цементита распадаются и образуется новая структура стали — аустенит (твердый раствор углерода в железе). При охлаждении ниже 875° твердый раствор также распадается и возникает новая структура — перлит (смесь частиц железа и цементита).

    Если охлажденную сталь нагревать, в ней произойдут такие же структурные изменения, как и при охлаждении, но уже в обратном поряди Эти изменения называют вторично й кристаллизацией металла.

    Явление вторичной кристаллизации и положено в основу термической обработки металлов, которая применяется для улучшения их свойств, находящихся в зависимости от структуры металлов.

    Нержавеющая сталь приобретает наилучшие механические и химические свойства при аустенитной структуре.

    Во время нагревания стали, имеющей структуру перлита, углерод, выпавший из твердого раствора (аустенита), полностью растворяется в железе, в результате чего вновь образуется твердый раствор.

    Если нагретую сталь быстро охладить, то распад полученной кристаллической структуры не успеет произойти и сталь после охлаждения сохранит аустенитную структуру. Быстрое охлаждение нагретого металла позволяет фиксировать полученную при вторичной кристаллизации структуру сплава и сохранить ее после охлаждения.

    В протезной технике термическую обработку нержавеющих сталей применяют для уменьшения твердости изделий (снятия наклепа) после механической обработки, штамповки или ковки, а также с целью исправления структуры стали после литья для перевода в твердый раствор карбидов, выделившихся при застывании металла.

    Термическую обработку с целью снятия наклепа (отжиг) производят путем нагрева изделия до 500° с последующим медленным охлаждением в нагревательной печи или в спокойном воздухе.

    Термическая обработка для фиксации аустенита производится путем нагрева изделий до 1 000—1 200°, соответствующего светложелтому цвету каления стали, с быстрым охлаждением в воде.

    ortostom.net

    Способ термообработки нержавеющих сталей | Банк патентов

    Изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей. Способ позволяет повышать прочностные, пластические свойства и ударную вязкость сталей. Сталь 30 13 отжигают при 750С с охлаждением в печи до 500С, затем на воздухе. Высокотемпературную закалку осуществляют с нагревом в соляной ванне до 1200С со скоростью 20С/с и охлаждают в масле, затем проводят низкотемпературный отпуск при 200С 1 ч. 1 табл.

    Изобретение относится к металлургии, в частности к способам закалки нержавеющих сталей. Известны способы высокотемпературной закалки инструментальных сталей, включающие нагрев под закалку в соляных ваннах с одним или двумя подогревами. При этом в известных способах нагрев под закалку инструмента, в частности из быстрорежущих сталей, осуществляется до температур 1200-1280оС, после чего следует выдержка для растворения специальных карбидов и выравнивания химсостава аустенита. Время нагрева согласно известным данным составляет 8-10 с на 1 мм диаметра изделия, а время выдержки для изделий диаметром 5-7 мм составляет 4-5 ми. Таким образом суммарное время нагрева и выдержки в соляных ваннах для изделий указанных размеров без учета подогревов должно составлять 5-7 мин. После такой высокотемпературной закалки обязательно следует трех-пятикратный отпуск для разложения остаточного аустенита и вторичного твердения. Вместе с тем известные способы не позволяют одновременно повышать прочностные, пластические свойства и ударную вязкость сталей. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ термической обработки изделий, преимущественно из нержавеющих сталей. Способ включает скоростной высокотемпературный нагрев под закалку на установке ТВЧ до температур на 370-450оС выше т. Aс3, т. е. до 1320-1400оС в течение 17-19 с (для деталей диаметром 6 мм). Однако для осуществления известного способа требуется специальное оборудование (установка ТВЧ), он не применим для изделий сложной конфигурации. Кроме того нагрев ТВЧ должен обеспечивать сквозной прогрев деталей, что не всегда возможно на указанных высокочастотных установках. Предлагаемый способ упрощает технологию термообработки, повышает прочностные, пластические свойства и ударную вязкость деталей из нержавеющих сталей практически любой конфигурации за счет получения мелкозернистой дисперсной гетерогенной смеси, состоящей из мартенсита, нерастворившихся карбидов и метастабильного остаточного аустенита. Это достигается тем, что в способе термообработки нержавеющих сталей, включающем отжиг, высокотемпературный нагрев, охлаждение и низкотемпературный отпуск, высокотемпературный кратковременный нагрев ведут со скоростью 20-30оС/с до температур 1200-1300оС. Предварительный отжиг необходимо не только для разупрочнения сталей и улучшения обрабатываемости резанием, но и для получения феррито-карбидной механической смеси, состоящей из ферритной основы и равномерно распределенных карбидов хрома. Последующая высокотемпературная закалка из другого исходного структурного состояния указанного технического эффекта не вызывает. При последующем высокотемпературном кратковременном нагреве до температур 1200-1300оС феррит превращается в аустенит. В связи с отсутствием выдержки растворение карбидов в аустените лишь только начинается, при этом исключается гомогенизация аустенита. Закалка в масло производится из своеобразного структурного состояния, представляющего гетерогенную смесь аустенита и частично растворенных карбидов хрома. Участки аустенита, располагающиеся вокруг карбидов, обогащаются углеродом и хромом, остальные места остаются обедненными этими элементами. В процессе последующего охлаждения в масле обедненные участки аустенита превращаются в малоуглеродистый скрытокристаллический мартенсит с мелким зерном, армированный дисперсными равномерно распределенными полурастворенными карбидами. Вокруг них в основном сохраняется повышенное количество обогащенное углеродом и хромом метастабильного остаточного аустенита (20-28% ). Такая мелкозернистая структура обладает наряду с повышенной прочностью высокими пластичностью и вязкостью. Дополнительный вклад в повышение указанных свойств вносит превращение обогащенного аустенита в мартенсит в процессе деформации при испытании свойств, либо при эксплуатации деталей. Скорость, температура и время нагрева под закалку в заявляемом способе являются взаимосвязанными параметрами. Чем выше скорость нагрева, тем выше должен быть температурный интервал аустенизации, а чем выше температура, тем меньше требуется времени для получения гетерогенного состояния аустенита. При скоростях нагрева, меньших 20оС/с, в значительной степени развиваются диффузионные процессы, затрудняющие получение гетерогенного аустенита, что снижает свойства стали. При более высоких, чем 30оС/с скоростях нагрева для получения указанного гетерогенного состояния аустенита требуется более высокий, чем 1200-1300оС интервал температур, что технологически затруднено, так как требует специального оборудования (установки ТВЧ, электронагрев и т. д. ) и применимо лишь для деталей определенной формы. Скорость нагрева 20-30оС/с соответствует нагреву в соляной ванне с температурой расплава 1200-1300оС. При температурах нагрева под закалку, меньших 1200оС, и выбранных скоростях нагрева превращение феррита в аустенит полностью не завершается, вследствие чего снижаются прочностные свойства сталей. Нагрев до более высоких чем 1300оС температур с указанными скоростями вызывает полное растворение карбидов, гомогенизацию аустенита, рост зерна, что снижает прочностные свойства и вязкость стали. Таким образом нагрев под закалку образцов из хромистых сталей, например диаметром 6 мм, с заданными температурно-скоростными параметрами для достижения указанного структурного состояния обеспечивается за 30-90 с вместо 5-6 мин по известной технологии. Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предложенный способ термообработки хромистых сталей отличается от известного температурой и скоростью нагрева под закалку и проведением обязательной предварительной операции - отжига, а также возможностью обработки с помощью него деталей любой конфигурации. Анализ известных способов высокотемпературной закалки с нагревом в соляных ваннах показал, что высокотемпературная закалка в частности инструментальных быстрорежущих сталей известна. Однако ее проведение из феррито-карбидного структурного состояния (после отжига) без промежуточных подогревов и без выдержки при окончательном нагреве в сочетании с низкотемпературным (вместо высокотемпературного трех-пятикратного) отпуском, придает хромистым сталям новые качества, а именно повышение прочностных, пластических свойств и ударной вязкости. Предложенный способ термообработки хромистых сталей опробован в условиях ПО "Азовмаш". Стандартные образцы для механических испытаний из хромистой стали 30Х13 (разрывные "гагаринские", ударные сечением 10 10 мм с U-образным надрезом, на кручение с диаметром рабочей части 6 мм) предварительно отжигали при 750-800оС с охлаждением в печи до ≈500оС, затем на воздухе. Высокотемпературную закалку осуществляли с нагревом в соляной ванне С-100, состава BaCl2 до температур 1200-1350оС в течение 20-360 с (со скоростью нагрева 20-30оС/c) и охлаждением в масле. После этого проводили низкотемпературный отпуск при 200оС 1 ч. Испытания механических свойств стали после термообработки по предложенному и известным способам проводили в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института. Испытания на растяжение осуществляли на разрывной машине Р-4, на кручение - на машине КМ-50-1, на ударную вязкость - на маятниковом копре МК-30. Результаты механических испытаний приведены в таблице. Из таблицы следует, что после термообработки по предложенному способу с высокотемпературным нагревом в соляной ванне по оптимальному режиме прочностные характеристики (σв, σ0,2, Sк, τn4, τ0,3), пластичность ( δ, Ψ, g) и ударная вязкость (KCU) выше, чем после скоростной закалки по способу прототипа, и значительно выше, чем по стандартному режиму. (56) Геллер Ю. А. Инструментальные стали, М. : Металлургия. 1983, с. 211. Термическая обработка в машиностроении. Справочник. Под ред. Ю. М. Лахтина и А. Г. Рахштадта, с. 739-743, 744, 751, 755.

    Формула изобретения

    СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, включающий отпуск, высокотемпературный нагрев, охлаждение и низкотемпературный отпуск, отличающийся тем, что высокотемпературный нагрев ведут со скоростью 20 - 30 град/c до 1200 - 1300oС.

    MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

    Номер и год публикации бюллетеня: 28-2000

    Извещение опубликовано: 10.10.2000        

    bankpatentov.ru

    Как проводится термическая обработка нержавейки

    Сделать заказ можно по телефону

    Наши специалисты с радостью вам помогут

    +7 495 775-50-79

    Технология производства изделий из нержавейки, доставка которой выполняется по всей Москве, часто обуславливает необходимость в выполнении обработки ее поверхности с применением определенных методик. Подобный подход дает возможность обеспечить придание выпускаемой детали требуемых размеров и четкой формы.

    Виды термической обработки нержавейки

    Термическая обработка нержавейки позволяет оказать влияние на свойства материала и изделий из него. С учетом температуру нагрева и метода дальнейшего охлаждения можно выделить несколько видов термообработки:

    • закалка материала
    • отпуск
    • отжиг металла

    Данные операции изменяют структуру нержавеющей стали, сохраняя при этом ее химический состав. В результате подобной обработки нержавейка меняет свои качества, что и является конечной целью проведения данной процедуры.

    Закалка нержавеющей стали предусматривает доведение материала до критического уровня нагрева. Конкретный температурный режим определяется составом материала и особенностями его дальнейшего использования. Процедура закалки металла завершается его достаточно резким охлаждением с применением воздуха, щелочных, кислотных растворов либо различных солей.

    Отжиг проводится с целью понижения параметров твердости нержавеющего металла, благодаря чему он приобретает пластичность. Термообработка данным способом проводится в специальной печи с непременным соблюдением определенного температурного режима. По завершении процессов накаливания и выдержки продукция оставляется в такой печи до ее полного остывания.

    Отпуск нержавейки проводится в электропечах, сконструированных соответствующим образом. Данный вид термообработки нержавеющей стали призван устранить и предотвратить различные дефекты данного металла.

    Термическая обработка нержавейки выступает одной из самых распространенных методик улучшения качества данного материала. Высокотемпературная термообработка позволяет придать большую прочность сортовому прокату. Это дает возможность применять выполненные из него изделия в различных промышленных отраслях: строительстве трубопроводов, химической промышленности и т.п. Проведение соответствующей термообработки нержавеющей стали обеспечивает увеличение срока службы изготавливаемых из нее деталей и оборудования, а также улучшение их эксплуатационных параметров.

    www.globus-stal.ru

    Аустенитные стали – жаропрочные и нержавеющие + Видео

    Аустенитные стали, обладая рядом особых свойств, применяются в тех рабочих средах, которые отличаются высокой агрессивностью. Такие сплавы незаменимы в энергетическом машиностроении, на предприятиях нефтяной и химической промышленности.

    1 Аустенитные стали – общее описание

    К аустенитным относят сплавы с высоким уровнем легирования, которые при кристаллизации обычно образуют однофазную систему, характеризуемую кристаллической гранецентрированной решеткой. Такой тип решетки в описываемых сталях остается неизменным даже в тех случаях, когда металл охлаждается до очень низких температур, называемых криогенными (в районе -200 градусов Цельсия). В некоторых случаях стали аустенитного класса имеют и еще одну фазу (ее объем в сплаве может достигать десяти процентов) – феррита с высокой степенью легирования. В этом случае решетка является объемноцентрированной.

    Разделение аустенитных сталей на две группы производится по составу их основы, а также по содержанию в сплаве легирующих компонентов – никеля и хрома:

    1. Композиции на основе железа: содержание никеля – до 7 %, хрома – до 15 %, общее количество легирующих добавок – не более 55 %.
    2. Композиции на никелевой (55 % и более никеля) и железоникелевой основе (в них содержится 65 и больше процентов никеля и железа, причем отношение первого ко второму составляет 1 к 1,5).

    Аустенитные стали – общее описание

    Рекомендуем ознакомиться

    В таких сплавах никель увеличивает пластичность, жаропрочность и технологичность стали, а хром отвечает за придание ей требуемой коррозионной и жаростойкости. А добавляя другие легирующие компоненты, можно добиться уникальных свойств аустенитных составов, набор коих и обуславливает служебное предназначение того или иного сплава.

    Чаще всего аустенитные стали легируются следующими элементами:

    • Ферритизаторами, которые стабилизируют структура аустенита. К ним относят ванадий, вольфрам, ниобий, титан, кремний и молибден.
    • Аустенитизаторами, коими являются азот, углерод и марганец.

    Все указанные компоненты располагаются как в избыточных фазах, так и непосредственно в твердом стальном растворе.

    Аустенитные стали – общее описание фото

    По принятой классификации, учитывающей систему легирования, любая аустенитная сталь может быть причислена к хромомарганцевой либо к хромоникелевой. Кроме того, сплавы делят на хромоникельмарганцевые и хромоникельмолибденовые.

    2 Коррозионно-, жаро- и хладостойкие аустенитные сплавы

    Разнообразие добавок позволяет создавать особые аустенитные стали, которые используются для изготовления деталей для конструкций, работающих в высокотемпературных, коррозионных и криогенных условиях. Исходя из этого, аустенитные составы и подразделяют на разные группы:

    Жаростойкие составы не разрушаются при воздействии на них химической среды. Их можно применять при температурах до +1150 градусов. Из таких сталей изготавливают разнообразные слабонагруженные изделия:

    • элементы газопроводных систем;
    • арматуру для печного оборудования;
    • нагревательные детали.

    Коррозионно-, жаро- и хладостойкие аустенитные сплавы

    Жаропрочные марки сталей могут достаточно долго сопротивляться нагрузкам в высокотемпературных условиях, сохраняя при этом свои изначально высокие механические характеристики. Их обязательно легируют вольфрамом и молибденом (каждая из присадок может содержаться в стальной композиции в количестве до семи процентов). А для измельчения зерна в некоторые аустенитные сплавы вводят в небольших количествах бор.

    Обозначим часто встречающиеся марки жаростойких и жаропрочных сталей описываемого в статье класса: Х15Н35ВТР, 10Х12Н20Т3Р, 40Х18Н25С2, 1Х15Н25М6А, 20X23h23, 10X15h28B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18h22T, 08Х16Н9М2, 10Х15Н35ВТ, 20Х25Н20С2, 1Х15Н25М6А, 20X23h23, 10X15h28B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18h22T.

    Аустенитные нержавеющие стали (то есть коррозионностойкие) характеризуются малым содержанием углерода (не допускается наличия свыше 0,12 процентов этого химического элемента). Никеля в них может быть от 8 до 30 %, а хрома от 12 до 18%. Любая аустенитная нержавеющая сталь проходит термическую обработку (отпуск, закалку или отжиг стали). Термообработка необходима для того, чтобы изделия из нержавейки хорошо "чувствовали" себя в разных агрессивных средах – в щелочных, газовых, жидкометаллических, кислотных при температурах от +20 градусов и больше.

    Коррозионно-, жаро- и хладостойкие аустенитные сплавы фото

    Наиболее известны следующие марки аустенитных коррозионностойких сталей:

    • хромоникельмолибденовые: 03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16h25M3, 10Х17Н13М3Т;
    • хромомарганцевые: 07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14h5T;
    • хромоникелевые: 08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18h20T, 06X18Н11, 12X18h20T, 08X18h20;
    • с большим содержанием кремния (от 3,8 до 6,7 %): 15Х18Н12C4Т10, 02Х8Н22С6.

    Хладостойкие аустенитные композиции содержат 8–25 % никеля и 17–25 % хрома. Применяются они для криогенных аппаратов, имеют высокую стоимость производства, поэтому используются весьма ограниченно. Чаще всего встречаются криогенные стали 07Х13Н4АГ20 и 03Х20Н16АГ6, которые легируются азотом. Этот элемент вводят для того, чтобы сплав при температуре +20° имел более высокий предел текучести.

    3 Особенности аустенитных сплавов разных систем легирования

    Наиболее распространенными считаются аустенитные хромоникелевые стали, которые имеют добавки молибдена. Их применяют тогда, когда есть риск образования щелевой либо питтинговой коррозии. Они демонстрируют высокую стойкость в восстановительных атмосферах, и делятся на два вида:

    • нестабилизированные титаном с содержанием углерода не более 0,03 %;
    • стабилизированные титаном с углеродом от 0,08 до 0,1 %.

    Такие марки хромоникелевых композиций, как Х17Н13М2 и Х17Н13М3, оптимальны для конструкций, функционирующих в сернокислых средах, в уксусной десятипроцентной кислоте, в фосфорной кислоте в кипящем состоянии.

    Особенности аустенитных сплавов разных систем легирования

    Хромоникелевые стали с добавлением ниобия или титана отличаются минимальной опасностью к образованию коррозии межкристаллитного типа. Ниобия вводят по сравнению с углеродом в 9–10 раз больше, а титана – в 4–5,5 раз больше. К сплавам с подобной возможностью относят следующие составы: 0Х18Н12Б, 0Х18Н10Т, Х18Н9Т и некоторые другие.

    Увеличить коррозионную стойкость описываемых сталей также можно посредством введения в них кремния. Яркими представителями таких специальных композиций являются такие сплавы:

    • 015Х14Н19С6Б;
    • 03Х8Н22С6.

    Особенности аустенитных сплавов разных систем легирования фото

    Они без преувеличения идеальны для производства химических сварных агрегатов, в которых хранится и перерабатывается азотная концентрированная кислота.

    Хромомарганцевые стали типа 2Х18Н4ГЛ характеризуются высокими литейными характеристиками, поэтому их эксплуатируют на производствах, где применяются коррозионностойкие литые конструкции. Другие хромомарганцевые сплавы (например, 10Х13Г12Н2СА и 08Х12Г14Н4ЮМ) в горючих средах более стойки к коррозии, нежели хромоникелевые.

    4 Термообработка аустенитных сталей и ее особенности

    Жаропрочные и жаростойкие сплавы аустенитной группы подвергаются при необходимости разным видам термической обработки с целью увеличения своих свойств, а также для модификации имеющейся структуры зерна: число и принцип распределения дисперсных фаз, величина блоков и самого зерна и так далее.

    Отжиг таких сталей применяется для уменьшения твердости сплавов (когда это требуется по условиям их эксплуатации) и устранения явления хрупкости. При подобной термической обработке металл нагревают до 1200–1250 градусов в течение 30–150 минут, а затем максимально быстро подвергают охлаждению. Сложные высоколегированные стали чаще всего охлаждают в масле либо на воздухе, а вот сплавы с малым количествам легирующих компонентов обычно погружают в воду.

    Термообработка аустенитных сталей и ее особенности

    Для сплавов типа ХН35ВТЮ и ХН70ВМТЮ рекомендуется термообработка в виде двойной закалки. Сначала выполняется первая нормализация их состава (при температуре около 1200 градусов), благодаря которой металл повышает показатель сопротивления ползучести за счет формирования твердой гомогенной фазы. А после этого осуществляется вторая нормализация с температурой не более 1100 градусов. Результатом описанной обработки является значительное увеличение пластических и жаропрочных показателей аустенитных сталей.

    Термообработка аустенитных сталей и ее особенности фото

    Аустенитная сталь повышает свою жаропрочность (а заодно и механическую прочность) в тех случаях, когда проходит двойную термообработку, заключающуюся в закалке и следующим за ней старении. Кроме того, практически все аустенитные металлы, которые относят к группе жаропрочных, искусственно старят перед эксплуатацией (то есть выполняют операцию их дисперсионного твердения).

    tutmet.ru

    теория термообработки: отжиг, закалка, отпуск, термомеханическая обработка - справочник нержавеющего металлопроката

    / Справочник металлопроката / Нержавеющий металлопрокат /

    Некоторые термины из Теории термообработки

    Термообработкой называется тепловое воздействие на металл с целью направленного изменения его структуры и свойств.

    Классификация видов термообработки:

    Отжиг.

    Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода.

    Отжиг 1 рода - это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями.

    Отжиг 1 рода в свою очередь разделяют на 4 группы:

    1.  Гомогенизация- отжиг, направленный на уменьшение химической неоднородности металлов, образующейся в результате рекристаллизации. В отличие от чистых металлов, все сплавы после кристаллизации характеризуются неравновесной структурой, т.е. их химический состав является переменным как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка.

    Химическая неоднородность обусловлена различной температурой плавления исходных компонентов. Чем меньше это различие, тем более заметна химическая неоднородность, получающаяся в слитке. Избавится от нее невозможно, можно только уменьшить. Для этого применяют высокотемпературный отжиг с длительными выдержками (от 2 до 48 часов). При высокой температуре подвижность атомов в кристаллической решетке высокая и с течением времени за счет процессов диффузии происходит постепенное выравнивание химического состава. Однако усреднение химического состава происходит в пределах одного зерна, т.е. устраняется в основном дендритная ликвация. Чтобы устранить зональную ликвацию (химическую неоднородность в пределах части слитка), необходимо выдерживать слитки при данной температуре в течение нескольких лет. А это практически невозможно.

    В процессе отжига на гомогенизацию происходит постепенное растворение неравновесных интерметаллидных фаз, которые могут образоваться в результате кристаллизации с большой скоростью. При последующем медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

    2. Рекристаллизационный отжиг. Холодная пластическая деформация вызывает изменение структуры металла и его свойств. Сдвиговая деформация вызывает увеличение плотности дефектов кристаллической решетки, таких как вакансии, дислокации. Образование  ячеистой структуры происходит с изменением формы зерен, они плющиваются, вытягиваются в направлении главной деформации. Все эти процессы ведут к тому, что прочность металла постепенно увеличивается, пластичность падает, т.е. возникает наклеп или нагартовка. Дальнейшая деформация такого металла невозможна, т.к. происходит его разрушение. Для снятия эффекта упрочнения применяют рекристаллизационный отжиг, т.е. нагрев металла до температур выше начала кристаллизации, выдержку с оследующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от состава сплава. Для чистых металлов температура начала рекристаллизации tp=0,4Тпл, ºК, для обычных сплавов порядка 0,6Тпл, для сложных термопрочных сплавов 0,8Тпл. Продолжительность такого отжига зависит от размеров детали и в среднем составляет от 0,5 до 2 часов. В процессе рекристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зерен и последующий рост этих зародышей. Постепенно старые деформированные зерна исчезают. Количество дефектов в кристаллической решетке уменьшается, наклеп устраняется, и металл возвращается в исходное состояние.  

    Степень деформации определяет размер зерна после отжига. Если она близка к критической (eкр=5-15%), то в результате после отжига в металле возникают крупные зерна, что обычно нежелательно. Поэтому перед рекристаллизационным отжигом деформацию металлов производят со степенью 30-60%. В результате получается мелкозернистая однофазная структура, обеспечивающая хорошее сочетание прочности и пластичности. Увеличение степени деформации до 80-90% вызывает появление в металле текстуры деформации. После рекристаллизационного отжига текстура деформации меняется на текстуру рекристаллизации. Как правило, это сопровождается резким направленным ростом зерна. Увеличение размеров зерна, т.е. снижение механических свойств, может вызвать также слишком большая температура отжига или большая выдержка. Поэтому при назначении режимов отжига необходимо использовать диаграмму рекристаллизации.

    Рекристаллизационный отжиг может применяться как предварительная, промежуточная, так и как окончательная термообработка. Как предварительная термообработка он применяется перед холодной деформацией, если исходное состояние металла неравновесное и имеет какую-то степень упрочнения. Как промежуточная операция рекристаллизационный отжиг применяется между операциями холодной деформации, если суммарная степень деформации слишком велика и запасов пластичности металла не хватает. Как окончательный вид отжига его применяют в том случае, если потребитель требует поставки полуфабрикатов в максимально пластичном состоянии. В некоторых случаях потребителю требуется полуфабрикат, сочетающий определенный уровень прочности с необходимым запасом пластичности. В этом случае вместо рекристаллизационного отжига используют его разновидность - отжиг на полигонизацию. Отжиг на полигонизацию проводят при температуре, которая ниже температуры начала рекристаллизации. Соответственно при такой температуре происходит лишь частичное устранение наклепа за счет процессов возврата второго рода, т.е. происходит уменьшение плотности дефектов кристаллической решетки, образование ячеистой дислокационной структуры без изменения формы зерен. Степень уменьшения наклепа зависит, прежде всего, от температуры. Чем ближе температура к порогу рекристаллизации, тем меньше наклеп, тем больше пластичность и наоборот.  

    3.  Отжиг для снятия внутренних напряжений. Внутренние напряжения в металле могут возникать в результате различных видов обработки. Это могут быть термические напряжения, образовавшиеся в результате неравномерного нагрева, различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания. Могут быть структурными, т.е. появившиеся в результате структурных превращений, происходящих внутри детали в различных местах с различной скоростью. Внутренние напряжения в металле могут достигать большой величины и, складываясь с рабочими, т.е. возникающими при работе, могут неожиданно превышать предел прочности и приводить к разрушению. Устранение внутренних напряжений производится с помощью специальных видов отжига. Этот отжиг проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации: tотж=0,2-0,3Тпл º К. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т.е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течение нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

    4.  Патентирование. Смотреть термообработку стали.

    Отжиг второго рода- термообработка, направленная на получение равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения.

    При отжиге второго рода нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Полная замена (aRbRa) в результате двойной перекристаллизации позволяет кардинально изменить строение сплава, уменьшить размер зерна, снять наклеп, устранить внутренние напряжения, т.е. полностью изменить структуру и свойства детали. Отжиг второго рода может быть полным и неполным.  

    Полный отжиг сопровождается полной перекристаллизацией. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы. Неполный отжиг применяется в тех случаях, когда можно изменить строение второй фазы, исчезающей и вновь появляющейся при этом виде отжига.

    Закалка

    Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.

    Закалка с полиморфным превращением. Этот вид закалки применяется для сплавов, в которых один из компонентов имеет полиморфные превращения.

    При закалке с полиморфным превращением нагрев металла производится до температуры, при которой происходит смена типа кристаллической решетки в основном компоненте. Образование высокотемпературной полиморфной структуры сопровождается увеличением растворимости легирующих элементов. Последующее резкое охлаждение ведет к обратному изменению типа кристаллической решетки, однако из-за быстрого охлаждения в твердом растворе остается избыточное содержание атомов других компонентов, поэтому после такого охлаждения образуется неравновесная структура. В металле сохраняются внутренние напряжения. Они вызывают резкое изменение свойств, увеличивается прочность, уменьшается пластичность. При быстром охлаждении перестройка кристаллической решетки происходит за счет одновременного смещения целы групп атомов. В результате вместо обычных зерен в металле появляется игольчатая структура, которая называется мартенситом. Неравновесное состояние металла после такого типа закалки является термодинамически неустойчивым. Поэтому, чтобы перевести металл в более устойчивое состояние, получить необходимый уровень внутренних напряжений, а соответственно и необходимые механические свойства, применяют дополнительную термообработку, которую называют отжиг. 

    Закалка  без  полиморфного превращения.

    Применяется  для  сплавов, не  испытывающих  полиморфных  превращений, но имеющих  ограниченную растворимость одного компонента в другом.

    Если сплав, содержащий вторичные фазы, нагреть до температуры выше линии солидус, то увеличение растворимости приведет к растворению вторичных фаз. Если теперь такой твердый раствор быстро охладить, то выделение вторичных фаз образоваться не успеет, т.к. для этого требуется время на прохождение процесса диффузии, образование другой кристаллической решетки, границ раздела между фазами. В результате, при нормальной температуре пересыщенный метастабильный твердый раствор содержит избыток второго компонента. Такое изменение структуры изменяет свойства сплава, прочность может, как увеличиться, так и уменьшиться, а пластичность, как правило, увеличивается. Состояние металла после такой закалки является термодинамически неустойчивым. Самопроизвольно или под влиянием предварительного нагрева метастабильный твердый раствор начинает распадаться с выделением вторичной фазы, т.е.  αмRα+βII. Этот процесс называется  старением.

    Таким образом, старение - это термообработка, которая проводится после закалки без полиморфного превращения, направленная на получение в сплаве более равновесной структуры и заданного уровня свойств.

    Отпуск.

    Отпуск - термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки с полиморфным превращением. Образование вторичных фаз после закалки с полиморфным превращением всегда опровождается резким увеличением внутренних. Соответственно максимально увеличиваются прочность и твердость, до минимума падает пластичность. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке: отпуску. Нагрев вызывает уменьшение концентрации легирующих элементов в твердом растворе и выделение вторичных фаз.

    После закалки без полиморфного превращения сплав имеет структуру пересыщенного твердого раствора. Такое состояние сплава - нестабильное и с  течением времени начинает меняться. Пересыщенный твердый раствор распадается с выделением из него мелких включений вторичной фазы. Этот процесс проходит в несколько стадий:

    На первой стадии в кристаллической решетке твердого раствора появляются зоны, обогащенные атомами второго компонента. С течением времени эти зоны увеличиваются.

    На второй стадии концентрация атомов второго компонента достигает величины, соответствующей по концентрации выделения вторичной фазы.

    Наступает третья стадия, т.е. формирование в этих зонах промежуточной кристаллической решетки, которая отличается то решетки твердого раствора и от решетки вторичной фазы.

    На четвертой стадии увеличение концентрации второго компонента приводит кобразованию окончательной кристаллической решетки вторичной фазы и образованию границы раздела между твердым раствором и вторичной фазой. Так как процесс распада твердого раствора основан, прежде всего, на  диффузионных процессах, то он в значительной степени зависти от температуры. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс распада. Если температура нормальная, то процесс распада называется  естественным старением, а если температура повышенная, то - искусственным старением. В результате, после старения структура сплава представляет собой зерна твердого раствора равновесного химического состава, с равномерно распределенным по объему, огромным количеством мелких выделений вторичной фазы. Эти выделения, располагаясь на плоскостях скольжения, препятствуют перемещению дислокаций, требуют увеличение скалывающего напряжения. Соответственно, прочность и твердость сплава увеличиваются. 

    Химико-термическая обработка (ХТО).

    Это одновременное воздействие на металл химической среды, тепла с целью направленного изменения состава и свойств поверхности детали.  Различные виды ХТО направлены либо на повышение коррозионной стойкости, либо прочности и твердости, износостойких, антифрикционных свойств.  Изменяя состав химической среды, можно  в одних и тех же деталях получать различные свойства.

    Термомеханическая обработка.

    Это сочетание пластической деформации, упрочняющей термообработки, причем образующийся в результате деформации наклеп сохраняется и влияет на фазовые превращения, происходящие при термообработке.

    Такое комплексное воздействие на металл позволяет получить уровень свойств в металле более высокий, чем можно получить после деформации или после термообработки в отдельности.

     

    Коррозионностойкие стали

    Коррозией называют разрушение металла под действием химического или электрохимического воздействия под действием окружаемой среды. Основные факторы воздействия коррозии и ее влияние на экономику:

    1. Экономический фактор - экономические потери промышленности в результате коррозии.
    2. Надежность эксплуатации объектов или машин.
    3. Экологический фактор.

    Виды коррозии:

    1. Равномерная (поверхностная).
    2. Местная (точечная).
    3. Межкристаллитная (по границам зерен).
    4. Коррозия под напряжением (ножевая).
    5. Электрохимическая коррозия.
    Межкристаллитная коррозия (МКК).

    Железо не является коррозионностойким металлом. Чистое железо активно взаимодействует со всеми элементами. Повысить коррозионностойкость можно введением легирующих элементов, которые вызывают его пассивацию. Пассивация - эффект создания на поверхности стальной детали тонкой защитной пленки, подслоем которой является кислород. Результат - электронный потенциал становится положительным и поверхность становится менее склонной к коррозии. Усиливают пассивацию Cr, Ni, Cu, Mo, Pt, Pd. Особенно сильно влияет Cr.

    Химический состав: Cr13-30%, Ni4-25%, Moдо 5%, Cuдо 1%. В зависимости от

    содержания легирующих элементов структура и свойства сталей могут быть различными. Если сталь содержит в основном Cr, который стабилизирует феррит, то сталь будет ферритной (низкая твердость, низкая прочность, высокая пластичность). Если сталь содержит в себе кроме Cr C, то ее структура будет мартенситной. Зная структуру стали, можно прогнозировать ее свойства и назначать режимы термообработки. Для определения, к какому структурному классу относится сталь, разработана диаграмма Шеффлера. 

    Экв. Ni=%Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn).

    Экв. Cr=%Cr + %Mo + 1,5(%Si) + 0,5(%Nb).

    Cr повышает коррозионную стойкость только в том случае, когда его количество в растворе превышает 13%. Если количество Cr не слишком высоко и при этом сталь содержит много углерода, то происходит взаимодействие Cr и С с образованием карбидов. Особенно энергично образование карбидов наблюдается на границах зерен. При этом количество Cr в твердом растворе снижается. И если Cr менее 13%, то границы зерен становятся незащищенными. В результате коррозия легко может пересылаться по границам, не затрагивая центров зерен. Если скорость охлаждения велика, то карбиды по границам зерен образовываться не успевают. Количество Cr не снижается меньше 13%. Если скорость охлаждения очень мала, то при этом сначала образуются карбиды по границам зерен. При этом количество Cr снижается, но за счет диффузии из центра зерна происходит увеличение содержания Cr и стойкость восстанавливается. Если охлаждение идет таким образом, что содержание Cr на границах не успевает увеличиться и остается меньше 13%, то такая сталь склонна к межкристаллитной коррозии. Чтобы сделать сталь нечувствительной к межкристаллитной коррозии, нужно:

    1. Понизить содержание углерода и азота.
    2. Вводить в сталь другие карбидообразующие элементы более сильные, чем Cr (Ti, Nb).
    3. Увеличить скорость охлаждения при термообработке.
    4. Делать отжиг.
    Хромистые нержавеющие стали.

    Хромистые нержавеющие стали являются самыми дешевыми и поэтому самыми распространенными. Минимальное содержание Cr 13%. При содержании Cr больше 13% стабилизируется α - фаза (феррит) и никаких полиморфных превращений в таких сталях не происходит. Нагрев вызывает только увеличение зерна. Длительная выдержка при температуре около 600-650º С вызывает появление в сталях интерметаллидной фазы. Образование такой фазы сильно охрупчивает сталь, поэтому является нежелательной. Медленное охлаждение или длительная выдержка при 500º С вызывает образование упорядоченного твердого раствора, что также вызывает хрупкость стали. Такую хрупкость называют 475ºной хрупкостью. Увеличение температуры выше 1000º С вызывает бурный рост зерна и как следствие снижение вязкости, т.е. сталь тоже становится хрупкой. Поэтому при всех вариантах изготовления деталей из этих сталей и их термообработки необходимо избегать температурных интервалов, при которых возможно охрупчивание и потеря вязкости.

    Термообработка хромистых сталей.

    Термообработка сталей в зависимости от необходимости может быть смягчающей, т.е. отжиг или упрочняющей, т.е. закалка + отпуск. Отжиг проводится либо для устранения хрупкости, либо для снятия наклепа, либо для стабилизации химического состава и устранения склонности стали к межкристаллитной коррозии. Для устранения хрупкости, вызванной появлением упорядоченного твердого раствора, применяют отжиг с нагревом 500-550º С. Время выдержки должно быть меньше, чем τminпри появлении хрупкости 475º. Скорость охлаждения 10º С в минуту. Для устранения наклепа, а так же σ-фазы применяют второй вариант отжига с температурой 850-900º С. Скорость охлаждения 10º С в минуту. Третий вариант отжига применяется для массивных деталей, когда требуется стабилизировать содержание Cr по сечению детали, чтобы избежать склонности стали к межкристаллитной коррозии. Выдержка от 2 до 4 часов. Для хромистых сталей мартенситного класса применяют упрочняющую термообработку: закалка + отпуск. Возможно применение одной закалки без отпуска, если деталь небольших размеров или охлаждение идет на воздухе. Для хромистых сталей мартенситного класса охлаждение в любом случае дает мартенситную структуру. Поэтому применение охлаждающих сред (вода, масло) не требуется. Лишь охлаждение печью вызывает ферритно-карбидную структуру. Такой же структуры можно добиться после закалки и отпуска при температуре 650º С.

    Наибольшая твердость достигается после закалки. В этом состоянии сталь обладает наивысшей коррозионной стойкостью, т.к. Cr находится в твердом растворе. Если требуется сохранить твердость и коррозионную стойкость, то отпуск стали проводят при температуре 250-350º С. А если требуется повышенная вязкость, то проводят высокий отпуск (650º С).

    Состав, структура и свойства хромистых сталей.

    Основные легирующие элементы:

    1. Cr- 13-28%.
    2. С - 0,05-1%.
    3. Ti, Nb< 1% - вводятся для стабилизации стали.
    4. Ni, Cu, Mo- вводятся для повышения коррозионной стойкости и вязкости.

    Хромистые стали делят на:

    1. Cr 13%.
    2. Cr 17%.
    3. Cr 25-27%.

    Увеличение содержания углерода вызывает в хромистых сталях мартенситное превращение, так же появление карбидов. Чем больше карбидов и С, тем 

    По содержанию углерода стали делят на:

    1. Стали ферритного класса (08Х13, 08Х17, 05Х27).
    2. Стали ферритно-мартенситного класса (12Х13).
    3. Стали мартенситного класса (20Х13, 30Х13, 40Х13).
    4. Стали с мартенситом + карбиды (65Х16, 95Х18Ш).

    В зависимости от структуры стали изменяются ее свойства и назначение. Стали ферритного класса из всех хромистых отличаются наилучшей пластичностью. Из них изготавливают листы и другие полуфабрикаты для изготовления деталей с применением сварки. Из всех хромистых стали ферритного класса хорошо поддаются сварке. При использовании стали следует помнить, что она может охрупчиваться при медленном охлаждении, а так же при увеличении зерна. Поэтому в эти стали добавляют Tiи Nb, которые образуют карбиды. Такие стали называют стабилизированными. Для сталей ферритного класса применяют отжиг в разных вариантах - 1, 2, иногда 3.

    Стали мартенситного класса отличаются высокой твердостью и прочностью, поэтому их используют для изготовления деталей, которые должны сохранять высокую прочность и твердость при работе в агрессивных средах. Для таких сталей проводят закалку + низкий отпуск.

    Стали со структурой мартенсит + карбиды имеют большое количество карбидов хрома. Они используются для изготовления деталей, которые работают в агрессивных средах при температуре от -150 до +250º С. Твердость 57 HRC. Термообработка: закалка (1000-1150º С - воздух) + отжиг (250-350º С).

    Хромоникелевые стали.

    Если сталь кроме Cr содержит еще Ni, Mn, Mo, то ее структура из ферритной может измениться на ферритно-аустенитную или даже на чистую аустенитную. Т.е. после охлаждения на воздухе сталь сохраняет аустенитную структуру, которая не меняется ни при каких вариантах термообработки. При содержании Ni>10% сталь становится аустенитной. Аустенит позволяет получить не только коррозионную стойкость, но так же и высокие технические свойства. Сталь хорошо поддается обработке давлением, сварке, сохраняет свойства до 600-700º С, не охрупчивается, не чувствительна к хладноломкости, но сталь склонна к межкристаллитной коррозии и ее невозможно упрочнять закалкой. Термообработка: закалка + отжиг.

    И после закалки и после отжига структура одинаковая, одинаковые и свойства. Закалке подвергают тонкостенные изделия простой формы и небольшого размера. Температура и закалки, и отжига одинакова и зависит от состава стали. Если сталь содержит только Cr,  Ni, то температура не должна превышать 950-1000º С. Увеличение температуры вызывает резкий рост зерна и снижение характеристик. Охлаждение при закалке должно быть таким, чтобы не попасть в область выделения карбидов Cr. Уменьшения стоимости хромоникелевых сталей можно добиться, если вместо Niвводить Mn.

    Для того, чтобы стабилизировать структуру, необходимо, чтобы Cr<15%, Mn>15%. Если условие не выполняется, то мы получаем сталь с неустойчивым структурным состоянием. Для получения стабильной аустенитной структуры Niзаменяют частично (10Х14Г14Н4Т, 20Х13Н4Г9). Термообработка принципиально не отличается от термообработки хромоникелевых сталей. Такой недостаток хромоникелевых сталей, как склонность к росту зерна, можно устранить, используя для сварных деталей стали ферритно-аустенитного класса (15Х22Н5М5Т) или аустенитно-мартенситного класса (08Х15Н5Д2Т). Стали аустенитно-мартенситного класса обладают повышенной твердостью. Чисто аустенитные стали склонны к коррозии под напряжением. Даже самые лучшие аустенитные стали оказываются недостаточно стойкими при контакте с кислотами. Поэтому разработаны коррозионно-стойкие сплавы:

    Fe - Ni - Cr (04ХН40МДТЮ).

    Ni- Cr  (ХН45В).

    Ni- Mo  (Н70МФ).

    Cr - Ni - Mo  (ХН65МВ).

    www.scmetal.ru