Как получают аустенитную сталь

Обновлено: 03.05.2024

Получение аустенитной структуры добавкой одного только нике ля достигается в равновесных условиях введением его в количестве 25 %, а повышение химической стойкости сплава наступает при 27 % № Окисел никеля не образует защитной пленки. Сплавы нике ля с железом имеют невысокие механические свойства. Получение аустенитной структуры добавкой одного марганца требует меньшего его содержания ( 12 %), но марганец имеет очень низкий потенциал не образует пассивирующей пленки. Чисто марганцевые аустенит-яые стали обладают плохой обрабатываемостью и неудовлетворительными технологическими свойствами. Кремний и алюминий, так же как и хром, образуют защитную пленку окислов и способствуют образованию однофазной ферритной структуры, но кремнистые и алюминиевые стали имеют низкую вязкость и весьма плохие техно логические свойства. Поэтому использование кремния и алюминия как самостоятельных элементов, ограничено. Кроме того, пленка окисла алюминия растворима в ряде кислотных сред. [1]

Химический состав стали должен обеспечить получение однофазной аустенитной структуры . [2]

Марганец в коррозионностойких сталях применяется для получения устойчивой аустенитной структуры . Для повышения коррозионной стойкости целесообразно сохранить до 2 % никеля. Добавка азота упрочняет аустенит без потери пластичности. Снижение содержания углерода в азотсодержащих сталях до 0 03 % приводит к увеличению сопротивления межкри-сталлитной коррозии. На этом же принципе основано и повышение стойкости к межкристаллитной коррозии при легировании титаном или ниобием, которые связывают присутствующий в стали углерод в стойкие карбиды. Эти карбиды не растворяются при температуре закалки, что предотвращает их выделение по границам зерен при последующем нагреве. [3]

Совместное присутствие хрома и никеля обеспечивает также получение устойчивой аустенитной структуры , т.е. повышение жаропрочности. [4]

Иногда его вводят в состав легированных сталей для получения аустенитной структуры . В этом случае он является аустенитизатором и рассматривается как ценная легирующая добавка. [5]

Поскольку молибден способствует росту количества фер-ритной фазы, для получения аустенитной структуры необходимо повышение содержания никеля в стали. Добавление молибдена не только увеличивает общую коррозионную стойкость стали, но также снижает склонность к межкристаллитной коррозии. Для устранения склонности к межкристаллитной коррозии хромоникельмолибденовая сталь легируется либо титаном, либо ниобием. [6]

При содержании в хромомарганцевой стали свыше 15 % Сг для получения аустенитной структуры наряду с марганцем нужно вводить никель. При увеличении содержания никеля в стали аустенитная область значительно расширяется, а при увеличении содержания марганца более 6 % ( при 15 - 20 % Сг) наблюдается небольшое сужение аустенитной области. [7]

Рассмотренные выше структурные диаграммы сталей на основе железо-хром-марганец указывают на возможность получения аустенитной структуры в сталях, содержащих не более 13 - 15 % Сг и около 0 1 % С. При этом не учитываются, однако, обычно присутствующие в промышленных плавках ферритообразующие элементы - кремний - до 0 8 %, алюминий - до 0 1 %, а также ау-стенитообразующий элемент азот - до 0 03 %, вносящие существенные поправки в структурные диаграммы. Следует принимать во внимание также степень развития дендритной ликвации в крупных слитках, которая тоже вносит некоторые изменения в структуру стали. [8]

Никель в количестве не менее 9 % вводят в жаропрочные стали для получения аустенитной структуры . Обычно вместе с никелем вводят хром. [9]

Под аустенизацией ( особенно в американской и немецкой литературе) понимается также получение аустенитной структуры в процессе нагрева; в этом случае аустенизация применима к стали любой марки. [10]

Никель в количестве не менее 9 % вводят в жаропрочные стали для получения аустенитной структуры . Обычно вместе с никелем вводят хром. [11]

Износ снижают те легирующие элементы, которые образуют энергоемкие карбиды и способствуют получению нестабильной аустенитной структуры , претерпевающей мартенситное превращение при изнашивании. Наибольшую износостойкость показывают нестабильные аустенитно-карбидные и аустенитно-мартен-ситные сплавы. [12]

Никель в количестве не менее 9 % вводят в жаропрочные нержавеющие стали для получения аустенитной структуры . Обычно вместе с никелем в состав стали добавляют хром. [13]

С увеличением содержания углерода и азота требуется меньшее количество никеля или марганца для получения относительно стабильной аустенитной структуры . Связь между содержанием углерода, марганца и никеля и получаемой структурой дается приближенно в известных диаграммах Гийе ( фиг. [14]

Для построения диаграммы изотермического превращения аустенита из данной марки стали изготавливают образцы и нагревают их до получения аустенитной структуры . Затем образцы быстро переносят в какую-либо среду ( например, соляную ванночку), нагретую на заданную температуру, и выдерживают до полного превращения аустенита. Образцы должны быть достаточно тонкими, чтобы мгновенно принимать температуру охлаждающей среды. Во время выдержки производят измерения какого-либо свойства, меняющегося при распаде аустенита. Чаще всего используют магнитные свойства, поскольку аустенит немагнитен, а продукты его распада магнитны. В этом случае измеряют время появления магнитной индукции, что будет соответствовать началу превращения, и время достижения максимальной индуктивности, что соответствует концу превращения. [15]

Аустенит

Человечество, с момента начала обработки и использования железной руды пыталось улучшить свойства получаемого металла. Прочность, гибкость, сопротивляемость слишком низким и чересчур высоким температурам – самые желаемые параметры, для сталеваров тех эпох. Но пока не было разработано легирование металла существовало слишком мало способов получить качественные сплавы.

Суть любой модификации вносимого посредством такого способа – изменение кристаллической решетки железа, для получения необходимых свойств. Выполняется путем добавления в изначальный расплав или шихту руды примесей, которые тем или иным способом замещают частицы в атомарной структуре Fe, придавая ей при определенных тепловых режимах различные формы. Кроме того, добавки позволяют также стабилизировать полученный результат, для сохранения его при более низких температурах. Ведь при изменении уровня нагрева железа – вид решетки опять меняется, принимая другие формы без закрепления желаемых свойств.

Одна из фаз структуры, возникающих при температуре выше 733°С (для легированных смесей) или при 910—1401 °C для чистого расплава железной руды для углеродных сталей – аустенит, названная так по части фамилии открывшему ее ученого – Уильяма Чандлера Робертс-Остина (англ. William Chandler Roberts-Austen, 1843-1902). Кристалл железа получаемый в этих пределах нагрева имеет кубическую форму, в которой все атомы структурного состояния вещества располагаются на равных расстояниях друг от друга, образовывая сам аустенит. Так как при снижении температуры стали кристаллические решетки аустенита разрушаются, изменяясь, – в состав вводятся добавки металлов никеля, хрома, углерода, молибдена, марганца, азота атомы которых частично замещают изначальные элементы железа, не допуская распада. Частицы этих металлов имеет меньший размер относительно Fe, и вытесняя его, но сохраняя силу притяжения между элементами системы, они не дают при изменении температурных условий ввести в кристалл новые атомы железа, которые разрушат его.

Такая форма кристаллов Y-Fe придает новые, очень необходимые технике свойства сплавов, что обеспечивает их использование от строительства корпусов транспортных средств и до электроники:

частично или полностью сталь утрачивает способность к магнитному воздействию;
повышается сопротивление температуре плавления и изменения свойств металла при нагреве;
железо менее подвержено взаимодействию с кислородом – окислением, причем вне зависимости от изначальной среды, в которой оно происходит — влага, воздух или чистый газ;
меньшее влияние на результирующий состав оказывают агрессивные вещества – кислоты и щелочи;
структура металла меньше меняется от агрессивного падения температуры, сохраняя плотность взаимодействия между кристаллами вещества.

В зависимости от состава, само часто используются марки стали аустенит-фазы:

03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16H15M3, 10Х17Н13М3Т – хром+никель+молибден.
02Х8Н22С6, 15Х18Н12C4Т10 – с высоким содержанием кремния.
08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18H10T, 06X18Н11, 12X18H10T, 08X18H10 – хром + никель.
07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14H4T – хром+марганец и хром+марганец+никель.

К сожалению, выловить именно металлы, содержащие большее количество элементов аустенитовой части физики процесса довольно сложно, все дело в неоднородности остывания и нагрева металлических изделий. Собственно, когда он происходит – получается, как бы несколько слоев разных форм кристаллов, в зависимости от времени воздействия температуры на ту или иную фазу и какое количество дополнительных атомов присутствовало при этом. В любом материаловедении указывается, что кроме аустенита есть формы решетки характерные для различных фазовых состояний:

Феррит – отвердевшая смесь кристаллов, содержащих большое количество углерода и других атомов добавок, используемых в лигатурном процессе при получении аустенита. Собственно, это и есть сплав железа, без изменения его свойств. Он подвержен магнетизму, относительно мягок, взаимодействует с активными веществами во всех средах, где находится.
Цементит – очень твердая, подобная стеклу структура. Разрушается при определенном воздействии на него. Кристаллы его обладают орторомбической формой, формируясь в процессе расплава между элементами фаз феррита и аустенита.
Мартенсит – кристаллические элементы, пересыщенные углеродом, которые возникают в основном при закалке аустенита.

Единственные способы определения количественного наличия остаточного аустенита в готовом металле, от которого зависит его маркировка и последующее использование – рентгеноструктурный анализ, электронная сквозная микроскопия, испытания проникающими красителями и вихревыми токами.

Аустенитная сталь

Аустенитная сталь – одна из модификаций железа с высокой степенью легирования. Обладает гранецентрированной кристаллической решеткой. Она легко сохраняет свою структуру даже при очень низких температурах. Аустениты располагают высокими показателями прочности. Он устойчивы как высоким температурам и большим нагрузкам.

Свойства аустенитных сталей

Сталь аустенитного класса образует 1-фазную структуру во время процесса кристаллизации. Ее кристаллическая решетка не изменяется даже при резком охлаждении до отрицательных температур (–200 °C). Основными компонентами аустенитных железных сплавов являются хром и никель. От доли их содержания зависят технологичность, пластичность, прочность и жаростойкость материала. Для легирования применяют следующие материалы:

Ферритизаторы: титан, кремний, молибден, ниобий. Они стабилизируют структуру аустенитов и формируют объемноцентрированную кубическую решетку.
Аустенизаторы: азот, марганец и углерод. Они присутствуют в избыточных фазах, формирующихся во время термообработки железных сплавов.

По свойствам материалов аустенитные модификации железа делятся на следующие типы:

Коррозионностойкие (нержавеющие). В их состав входит хром (18%), никель (30%) и углерод (0,25%). Эти высоколегированные стали применяются в промышленном производстве с 1910 г. Их главным преимуществом является устойчивость к коррозии. Материал сохраняет это свойство даже при сильном нагревании, что обусловлено низким содержанием углерода. Коррозионностойкие железные сплавы производятся, согласно ГОСТ 5632-2014. В них могут присутствовать добавки из кремния, марганца, и молибдена.
Жаростойкие. Они обладают ГЦК-решеткой и устойчивы к воздействию высоких температур. Этот материал можно нагревать до 1100 °C. Жаропрочные аустенитные стали применяются при изготовлении печных устройств, турбин роторов электростанций и иных приборов, работающих при помощи дизельного топлива. При производстве данной модификации железа используются дополнительные добавки из бора, ниобия, ванадия, молибдена и вольфрам. Эти химические элементы повышают жаропрочность материала.
Хладостойкие. В составе этих высоколегированных сталей присутствуют хром (19%) и никель (25%). Главным достоинством материала является высокая вязкость и пластичность. Также эта модификация железа располагает высокой стойкостью к коррозии. Хладостойкие металлы сохраняют данные свойства даже при резком понижении температуры. Их главным недостатком является низкая прочность во время работы при комнатной температуре.

Аустенитная высоколегированная сталь является одной из самых дорогих модификаций железа, потому что в них содержится большое количество дорогостоящих материалов: хрома и никеля. Также на ее стоимость влияет количество дополнительных легирующих компонентов, позволяющих создавать железные сплавы с особыми свойствами. Дополнительные элементы легирования подбираются в зависимости от сложности работ, где применяются аустенит.

В аустенитных сталях могут осуществляться следующие разновидности превращений:

Образование феррита при нагреве железного сплава до высоких температур.
При нагреве до температуры 900 °C из аустенита начинают выделяться избыточные карбидные фазы. Во время этого процесса на аустенитной поверхности образуется межкристаллическая коррозия, постепенно разрушающая материал.
Во время охлаждения аустенита до температуры 730 °C происходит эвтектоидный распад. В результате образуется перлит – модификация железных сплавов. Его микроструктура представлена в виде небольших пластин или округлых зерен.
При резком понижении температуры металлического изделия формируется мартенсит – микроструктура, состоящая из пластин игольчатого или реечного вида.

Время, требуемое для превращения аустенитной стали в иные модификации железа, определяется содержанием углерода в твердом растворе и количеством дополнительных легирующих компонентов. Чем ниже эти показатели, тем быстрее охлаждается металлическое изделие.

Методы получения аустенита

Стали аустенитного класса образуются в процессе появления и роста зерен исходной микроструктуры металлического изделия. Формирование аустенита осуществляется на поверхности раздела фаз феррита и карбида. Карбидные частицы постепенно растворяются в твердом растворе аустенита.

Получить аустенит также можно из эвтектоидной модификации железа, состоящей из феррита и цементита. Для этого исходную металлическую заготовку необходимо нагреть до температуры 900 °C. Важно, чтобы в сплаве присутствовала минимальная концентрация углерода, равняющаяся 0,66%. Во время этого процесса феррит превращается в аустенит, а цементит полностью растворяется. В итоге сформируется нержавеющая аустенитная сталь.

При производстве металлических заготовок из аустенитных сталей, стабилизированных титаном, необходимо в вакуумно-индукционной печи переплавить металл. Полученный расплав выдерживают в течение длительного периода для его деазотирования. Количество времени, требуемого для этого процесса, зависит от массы исходного изделия. После выдержки в расплавленный аустенит вводится смесь из титана и нитридообразующих химических элементов.

Для получения устойчивой аустенитной структуры в состав исходной модификации железа добавляются хром и никель. При этом важно соблюдать пропорции. Процентное содержание никеля должно составлять не менее 20%, хрома – не более 19%. Эти химические вещества повышают устойчивость аустенита к высоким температурам и большим нагрузкам. Также они увеличивают выделение карбидов. Материал становится коррозионностойким.

При добавлении хрома и никеля в состав железной модификации нужно выдерживать материал в течение более длительного времени. Очень часто в полученный раствор добавляется смесь из молибдена или фосфора. Эти химические вещества увеличивает вязкость и усталостную прочность железного сплава. Для снижения износа полученного аустенита используют дополнительные легирующие материалы и энергоемкие карбиды.

Применение сплавов

Стали аустенитного класса используются при изготовлении устройств, работающих при высоких температурах, начиная от 200 °C: парогенераторов, роторов, турбин и сварочных механизмов. Недостатком использования аустенита в этих механизмах является низкая прочность металла. При длительном контакте железных сплавов различными гидроокисями могут образоваться дополнительные трещины, что приведет к поломке рабочих поверхностей устройств. Устранить этот недостаток можно при добавлении в раствор железа дополнительных химических элементов: ванадия и ниобия. Они формируют карбидную фазу, увеличивающих показатели прочности стали.

Нержавеющие аустенитные стали используются в механизмах, функционирующих в сложных условиях и при сильных перепадах температурных показателей. Чаще всего они используются при сварке коррозионностойких труб. Во время этого процесса между крепежными элементами образуется шовное пространство. При нагревании нержавеющих труб из аустенита до температуры плавления они приобретают монолитную структуру, защищающей металл от процессов окисления и высоких перепадов температур.

Также аустенитные стали обладают высокой устойчивостью к электромагнитным излучениям. Поэтому ее применяют при производстве отдельных деталей для радиоэлектронного оборудования. Аустенит улучшает прочность механизмов радио и не теряет свои свойства при изменениях структуры магнитного поля. По этой причине радиотехническая аппаратура будет легко принимать необходимые сигналы.

Аустенитные сплавы железа нашли широкое применение в производстве механизмов, работающих в водной среде. Нержавеющая сталь устойчива к образованию коррозии. Она используется в качестве защитного материала. При правильном соотношении хрома и никеля аустенит может сформировать тонкий слой, снижающим влияния водной среды на рабочую поверхность металлического приспособления. В результате снижается износ устройства. Но при значительном вымывании никеля материал полностью теряет устойчивость к коррозии.

В современных корпусах турбин также используются аустенитные стали с большим пределом текучести. Они позволяют избежать коробления данного устройства и улучшить показатели его прочности. Благодаря наличию крупнозернистой структуры, при помощи аустенита с высоким пределом текучести также можно укрепить конструкцию ротора турбины. Недостатком этой технологии является значительное повышение стоимости механизмов из-за использования большого количества дорогой аустенитной стали.

Марки аустенитной стали

Регламент изготовления аустенита определен в ГОСТ 5632-2014. В нем указываются следующие марки сталей аустенитного класса:

Аустенитные стали

Аустенит — это твердый однофазный раствор углерода до 2 % в y-Fe. Главная его особенность заключается в последовательности, в которой располагаются атомы, т. е. в строении кристаллической решетки. Она бывает 2 типов:

Простыми словами: аустенит — это структура или состояние металла, определяющая его технические характеристики, которые получить в другом состоянии невозможно, т.к. меняя строение, металл изменяет и свойства. Без аустенита невозможна такая технология как закалка, которая является самой распространенной, дешевой, технически доступной, а в некоторых случаях и единственной технологией упрочнения металла.

Свойства аустенитных сталей и где их используют

Само состояние железа в Y-фазе (аустенит) уникально, благодаря ему металл является жаропрочным (+850 ºC), холодостойким (-100 ºC и ниже t), способен обеспечивать коррозионную и электрохимическая стойкость и другие важнейшие свойства, без которых были бы немыслимы многие технологические процессы в:

нефтеперерабатывающей и химической отраслях;
медицине;
космическом и авиастроении;
электротехнике.

Жаропрочность — свойство стали не менять своих технических свойств при критических температурах с течением времени. Разрушение происходит при неспособности металла противостоять дислокационной ползучести, т. е. смещению атомов на молекулярном уровне. Постепенно происходит разупрочнение, и процесс старения металла начинает происходить все быстрее. Это происходит с течением времени при низких или высоких температурах. Так вот, насколько этот процесс растянется во времени — это и есть способность металла к жаропрочности.

Коррозионная стойкость — способность металла противостоять разрушению (дислокационной ползучести) не только с течением времени и при криогенных и высоких температурах, но еще и в агрессивных средах, т. е. при взаимодействии с веществами активно вступающих в реакцию с одним или несколькими компонентных элементов. Разделяют 2 типа коррозии:

химическая — окисление металла в таких средах, как газовая, водная, воздушная;
электрохимическая — растворение металла в кислотных средах, имеющих положительно или отрицательно заряженные ионы. При разности потенциалов между металлом и электролитом, происходит неизбежная поляризация, приводящая к частичному взаимодействию двух веществ.

Холодостойкость — способность сохранять структуру при криогенных температурах с течением длительного времени. Из-за искажения кристаллической решетки структура стали холодостойкой способна принимать строение присущее обычным малолегированным сталям, но уже при очень низких температурах. Но этим сталям присущ один недостаток — иметь полноценные свойства они могут только при минусовых температурных значениях, t - ≥ 0 для них недопустимы.

Аустенит — это структура металла, которая в малолегированных марках возникает в диапазоне температур 550-743 ºC. Как можно сохранить эту структуру и, соответственно, свойства за границами этих t? — Ответ: методом легирования. При наполнении решетки аустенита атомами других элементов, образуются структурные искажения, а процесс восстановления ОЦК–решетки (естественное строение при нормальных температурах) сдвигается на сотни градусов.

Как эти свойства проявляются и в каком состоянии, зависит от добавочных т. е. легирующих элементов и термической обработки детали, которую она может дополнительно получать. Причем влияют не только элементы, но их соотношение, так аустенитная сталь подразделяется на:

хромомарганцевую и хромникельмарганцевую (07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14H4T);
хромоникелевую (08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18H10T, 06X18Н11, 12X18H10T, 08X18H10;
высококремнистую (02Х8Н22С6, 15Х18Н12C4Т10);
хромоникельмолибденовую (03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16H15M3, 10Х17Н13М3Т).

Химические элементы и их влияние на аустенит

Пособников у аустенита немного, использоваться они могут как совместно, так и частично, в зависимости от того какие свойства нужно получить:

Хром — при его содержании более 13 % на поверхности образует оксидную пленку, толщиной 2-3 атома, которая исключает коррозию. В аустените хром находится свободном состоянии, при условии минимального содержания углерода, так как тот сразу образует карбид Cr₂₃C₆, что приводит к сегрегации хрома и обедняет большие участки матрицы, делая ее доступной для окисления, сам карбид Cr₂₃C₆ способствует межкристаллитной коррозии аустенита.
Углерод (максимальное его значение не более 10 %). Углерод в аустените находится в соединенном состоянии, основная его задача — образование карбидов, которые обладают предельной прочностью.
Никель — основной элемент, который стабилизирует желаемую структуру. Достаточно содержание 9-12 %, чтобы перевести сталь в аустенитный класс. Измельчает и сдерживает рост зерна, что обеспечивает высокую пластичность;
Азот заменяет атомы углерода, присутствие которых в сталях электрохимически стойких снижено до 0,02 %;
Бор — уже в тысячных процентах увеличивает пластичность, в аустените, измельчая его зерно;
Кремний и марганец не указываются как основные легирующие элементы в маркировке, но они являются основными или обязательными легирующими элементами аустенита, которые придают прочность и стабилизируют структуру.
Титан и ниобий — при температуре выше 700 °С карбид хрома распадается и образуется стойкий TiC и NiC, который не вызывает межкристаллитную коррозию, но их использование не всегда оправданно холодостойких сталях, т.к. оно повышает границу распада аустенита.

Термическая обработка

Аустенит подвергают обработке только по необходимости. Основные операции это высокотемпературный отжиг (1100-1200 °С в течение 0,5-2,5 часа) при котором устраняется хрупкость. Далее закалка с охлаждением в масле или на воздухе.

Аустенитную сталь, легированную алюминием, подвергают двойной закалке и двойной нормализации:

Механическая окончательная обработка проводится до закалки, но после отжига.

Изделия из аустнитных сталей

Полуфабрикаты, в которых поставляется сталь, представляет собой:

Листы, толщиной 4-50 мм с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.
Поковки. Ввиду сложной обработки этих сталей методом сварки, изготовление некоторых деталей представляет собой получение практически готовых изделий уже на этапе литья. Это роторы, диски, турбины, трубы двигателей.

Методы соединения аустенита:

Припой – очень сильно ограничивает использование металла при t более 250 °С;
Сваривание – возможно в защитной атмосфере (газовой, флюсовой), при последующей термической обработке.
Механическое соединение – болты и другие крепежные элементы, изготовленные из аналогичного материала.

Аустенитные стали одни из самых дорогих технических сталей, использование которых ограничивается узкой специализацией оборудования.

Аустенитная сталь практически лишена магнитных свойств, и потому ее высоко ценят в различных отраслях производства. Кроме того, она не подвержена коррозии и хорошо выдерживает механическую деформацию. Чем же обусловлены такие свойства?

Аустенитная сталь представляет собой модификацию железа с высокой степенью легирования и гранецентрированной кристаллической решеткой. Она появляется в процессе термообработки, но до закалки. Как же ее производят и где такая сталь применяется?

Основные свойства аустенитных сталей

Разберемся, что такое аустенитная сталь по-простому. Аустенитные сплавы составляют самую многочисленную группу высоколегированных сталей. Чаще всего в их состав включены более 16 % хрома и более 7 % никеля, придающих сплаву устойчивость к коррозии, жаропрочность, а при содержании хрома свыше 20 % сплав приобретает жаростойкость. Также в состав аустенитной стали могут входить молибден, ванадий, титан и ниобий.

Чтобы понимать, что значит аустенитная сталь, следует помнить, что однофазная решетка, образуемая ею при кристаллизации, не меняет своего строения, даже будучи охлажденной до температуры ниже +200 °С. Аустенитные сплавы железа содержат в качестве основных составляющих большую долю хрома и никеля. Содержанием этих металлов в сплаве определяются его основные свойства. Аустенитная сталь отличается своей технологичностью, прочностью и жаростойкостью, а также высокой пластичностью.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Аустенитные железные сплавы в зависимости от свойств могут быть трех основных типов:

Коррозионно-стойкая аустенитная сталь содержит 18 % хрома, 30 % никеля и 0,25 % углерода. Такую сталь начали использовать в промышленности с начала XX века. Благодаря относительно низкому содержанию углерода эта сталь проявляет свою устойчивость к коррозии при экстремальных температурах. В состав сплава также нередко включают кремний, марганец и молибден.
Гранецентрированная кубическая решетка жаропрочной аустенитной стали делает ее устойчивой к температуре свыше +1 100 °С, благодаря этому такие сплавы нашли широкое применение при изготовлении турбин, печей и других агрегатов, использующих в работе дизельное топливо. Жаростойкость сплава нередко дополнительно усиливают, включая в его состав бор, ниобий, ванадий, вольфрам и молибден.
Высоколегированная хладостойкая аустенитная сталь содержит 19 % хрома и 25 % – никеля. Помимо отличной коррозионной устойчивости даже при резком охлаждении, она отличается повышенной вязкостью и пластичностью. Однако такая сталь не может похвастаться высокой прочностью при обычной температуре.

Высокое содержание таких добавок, как никель и хром, делает высоколегированные аустенитные железные сплавы одними из самых дорогостоящих. При использовании дополнительных легирующих примесей, придающих стали те или иные требуемые областью применения свойства, ее стоимость может существенно повышаться.

Структура аустенитной стали

Аустенитные стали при термической обработке могут претерпевать различные изменения:

В зависимости от содержания в сплаве углерода и количества легирующих добавок изменяется время, в течение которого аустенитные сплавы модифицируются. Также от количества добавок зависит скорость охлаждения материала.

Как получают аустенитную сталь по ГОСТу

Расскажем, что значит «аустенитная сталь» и какие процессы необходимы для ее получения. Для превращения сплава обязательным является образование и рост зерен в структуре металла. Изначально появление зернистости затрагивает только поверхность сплава в фазе образования карбидов, в дальнейшем меняя строение всей его толщи.

Еще одна технология выработки аустенитных сталей основана на разогреве перлитных модификаций железа, производимом после эвтектоидного распада. Результатом такого распада являются цементит и феррит, причем в сплаве должно быть не менее 0,66 % углерода. При нагреве до более +900 °С начинается переход ферритной структуры в аустенитную, сопровождаемый полным растворением цементита. Такой способ дает возможность получить высококачественный материал.

Также часто практикуется вариант с использованием титановой смеси. Для получения аустенита здесь необходимо нагревать исходную смесь компонентов в вакууме при помощи индукционной печи. Заготовка долго выдерживается в печи при высокой температуре, что позволяет удалить из ее состава атомы азота. Время, необходимое для деазотирования, определяется, исходя из массы металла. Далее следует постепенное добавление в сплав титана и других легирующих добавок для образования нитридов.

Самый распространенный вариант получения сплава – добывание так называемой аустенитной высоколегированной хромоникелевой стали. После добавления в состав тугого раствора легирующих добавок, которыми выступают хром и никель, смесь долгое время выдерживают при высокой температуре. Такая термическая обработка позволяет добиться:

коррозионной стойкости,
жаростойкости,
прочности,
высокого содержания карбидов.

При помощи добавления фосфора и молибдена стали придают вязкость и усталостную прочность.

Легирующие добавки для аустенитной стали

Добавки, которые содержат легированные стали, оказывают разное влияние на конечный сплав, степень которого напрямую зависит от их концентрации в составе материала.

Рассмотрим их влияние подробно:

Добавление хрома в концентрации 13–19 % создает на поверхности металла оксидную пленку, придающую ему коррозионную устойчивость. Однако важно учитывать, что хром дает такой эффект только при низкой концентрации углерода. Вступая в реакцию, эти два компонента образуют карбид, который в свою очередь вызывает обратный эффект, активизируя коррозию.
Никель часто добавляют в сплавы в качестве легирующей добавки в концентрации, достигающей половины массы металла. Хотя для выработки аустенита вполне хватает 9–19 %. Хром существенно повышает пластичность сплава и уменьшает зернистость, увеличивая прочность аустенитной стали.
Для значительного повышения прочности металла достаточно десятых и даже сотых долей углерода, добавление которого ведет к образованию карбидов.
Чтобы полученный сплав был устойчивым к воздействию электричества или агрессивной химической среды, углерод заменяют азотом.
Для уменьшения зернистости сплава и повышения его пластичности в качестве добавки обычно в очень малых долях применяют бор.
Чтобы стабилизировать аустенитный сплав и придать ему дополнительную прочность, добавляют марганец и кремний.
В производстве хладостойкого сплава чаще всего используют в качестве добавки ниобий и титан.

Области применения аустенитной стали

Аустенитные стали широко применяют в устройствах с высокими рабочими температурами (свыше +200 °С). Это могут быть генерирующие пар установки, сварочное оборудование, различные роторы и турбины. Для того чтобы избавить сталь от таких недостатков, как относительно невысокая прочность, в состав сплава вводят дополнительные компоненты: ванадий и ниобий.

Это позволяет предохранить железные сплавы, контактирующие при работе агрегата с гидроокисями различного рода, от образования микротрещин, приводящих к выходу деталей из строя. Добавки образуют карбиды, которые существенно повышают прочность аустенитного сплава.

Часто аустенитные сплавы находят применение в производстве труб, устойчивых к коррозии. Посредством сварки при их соединении образуется шов с монолитной структурой, защищенной от воздействия экстремальной температуры и коррозии. Сварка аустенитной стали нередко осложняется ее относительно невысокой теплопроводностью и высоким коэффициентом линейного расширения, что ведет к деформации металла из-за неравномерного нагрева.

Благодаря повышенной устойчивости к воздействию электромагнитного излучения аустенитные сплавы находят широкое применение в производстве радиоэлектроники. Прочные детали из этого материала сохраняют свои рабочие свойства при воздействии электромагнитных полей и позволяют добиться долговечности устройств и высокой точности при приеме сигналов.

Из-за устойчивости к коррозии аустенитные сплавы часто применяются в агрегатах, которые работают в воде. Здесь аустениты служат защитным покрытием. Нужное сочетание в сплаве таких легирующих добавок, как хром и никель, способствует образованию тонкого слоя, который предотвращает изнашивание деталей под воздействием влаги. Однако по мере вымывания никеля из поверхности металла аустенитный сплав может полностью утратить коррозионную устойчивость.

При производстве корпусов турбин применяют аустенитные стали с высокими показателями текучести, которые не позволяют металлу коробиться и повышают его прочность. Крупнозернистая структура металла позволяет в данном случае дополнительно укреплять роторы турбин. Единственным, но немаловажным недостатком таких технологий выступает их относительная дороговизна.

Марки аустенитной нержавеющей стали

Составы аустенитных модификаций железа регламентируются ГОСТ 5632-2014. Этот стандарт относится к сталям:

12Х18Н9Т,
08Х18Н10Т,
12Х18Н10Т,
12Х18Н9,
17Х18Н9,
08Х18Н10,
03Х18Н11.

В наименовании сплава указано в процентах содержание в нем таких добавок, как хром, никель и углерод. К примеру, сталь 08Х18Н10 содержит до 0,08 % углерода, 18 % хрома и 10 % никеля. Также в маркировке может присутствовать до 1 % титана, для обозначения которого используется буква Т в конце. Это выглядит так: 08Х18Н10Т.

Маркировка аустенитных сплавов несет информацию об их основных свойствах. Присутствующие в составе никель и хром отвечают за коррозионную стойкость и жаропрочность, процентное содержание углерода дает возможность вычислить диапазон температуры, при которой в сплаве имеет место межкристаллическая коррозия.

Особенности термообработки аустенитной стали

Аустенитные стали имеют высокие показатели прочности и тяжело поддаются механической обработке. Для того чтобы облегчить металлообработку, применяют две основные технологии:

Отжиг – кристаллическую решетку изменяют нагревом и долгой выдержкой. Далее заготовки охлаждают маслом или водой либо же они остывают при комнатной температуре. Такая процедура позволяет снизить твердость материала.
Двойная закалка. Суть технологии в том, что после металлообработки деталь дополнительно закаляют до необходимых показателей прочности.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: