Сталь 20 аустенитная или нет

Обновлено: 17.05.2024

Сталь 20 применяется: для изготовления листового проката 4−14 мм 1−2 категории, предназначенного для холодной штамповки; после нормализации или без термообработки крюков кранов, муфт, вкладышей подшипников и других деталей, работающих при температурах от -40 °С до +450 °С под давлением; после ХТО — для изготовления шестерней, червяков, червячных пар и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твёрдости при невысокой прочности сердцевины; холоднокатаных плавниковых труб наружным диаметром 32, 38 и 50 мм, предназначенных для паровых котлов со сверхкритическими параметрами пара; труб перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления; цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы при температурах до +350 °С; заготовок деталей трубопроводной арматуры; деталей типа донышек, воротниковых фланцев, штуцеров, колец, патрубков, тройников и деталей прямоугольной формы для энергооборудования и трубопроводов с абсолютным давлением свыше 3,9 МПа тепловых электростанций; оборудования и трубопроводов атомных станций (АС); деталей и элементов трубопроводов пара и горячей воды атомных станций (АС), с расчётной температурой среды не выше +350°С при рабочем давлении менее 2,2 МПа (22 кгс/см 2 ); труб для установок химических и нефтехимических производств с условным давлением Ру=19,6−98 МПа (200−1000 кгс/см 2 ); спиральношовных труб с двухсторонним швом для трубопроводов атомных электростанций; труб бесшовных высокого давления (6−10 мм) для топливопроводов дизелей; горячекатаного профиля для изготовления ободьев колес сельскохозяйственных машин; электросварных труб для изготовления деталей и конструкций в мотовелостроении; стальных гнутых замкнутых сварных квадратных и прямоугольных профилей, предназначенных для применения в сельскохозяйственном машиностроении, тракторостроении и других отраслях народного хозяйства; бесшовных горячедеформированных хладостойких труб для газлифтных систем и обустройства газовых месторождений; колец цельнокатаных различного назначения; бесшовных холоднодеформированных, теплодеформированных, горячедеформированных, в том числе горячепрессованных, и горячепрессованных редуцированных труб, предназначенных для паровых котлов и трубопроводов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара; бесшовных холоднодеформированных, теплодеформированных, горячедеформированных, в том числе горячепрессованных, и горячепрессованных редуцированных труб, предназначенных для паровых котлов и трубопроводов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара; биметаллических бесшовных труб для судостроения с наружным слоем из стали и внутренним слоем из меди; электросварных холоднодеформированных труб, предназначенных для карданных валов автомобилей, тракторов и машин; горячедеформированных бесшовных труб, применяемых в судостроении для паропроводов; бесшовных горячедеформированных труб повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости (ст.20А), с наружным диаметром от 89 до 426 мм класса прочности не менее К48, для внутрипромысловых трубопроводов, транспортирующих продукцию нефтяных скважин (низконапорных водоводов пресной и подтоварной воды при давлении до 2 МПа в системах заводнения пластов); труб бесшовных горячедеформированных нефтегазопроводных повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, предназначенных для строительства и эксплуатации нефтегазопроводов в условиях северной климатической зоны нефтедобывающих предприятий ОАО «Нижневартовскнефтегаз» при температуре окружающей среды от минус 50 °C до +40 °С, температурой транспортируемых сред от +5 °С до +40°С
; труб с наружным поперечным оребрением, выполненным с применением сварки токами высокой частоты, для паровых котлов, предназначенных для изготовления поверхностей нагрева; труб, применяемых в авиационной технике; полосового проката, применяемого для изготовления деталей автомобилей.

Примечание

Степень раскисления — сп.
Конструкционная легированная сталь повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости.

Стандарты

Химический состав

Стандарт	C	S	P	Mn	Cr	Si	Ni	Fe	Cu
ГОСТ 21729-76	0.17-0.24	≤0.035	≤0.035	0.35-0.65	≤0.25	0.17-0.37	≤0.25	Остаток	≤0.2

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:

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: