Ударная вязкость аустенитных сталей

Обновлено: 18.05.2024

Хромоникелевые аустенитные стали в ГОСТ 5632-72

В ГОСТ 5632-72 хромоникелевые аустенитные стали представлены марками 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 03Х18Н11.

Роль хрома в аустенитных нержавеющих сталях

Роль никеля в аустенитных нержавеющих сталях

Фазовые превращения в аустенитных нержавеющих сталях

В хромоникелевых аустенитных сталях могут происходить следующие фазовые превращения:

выделение избыточных карбидных фаз и σ-фазы при нагреве в интервале в интервале 450-900 ºС;
образование в аустенитной основе δ-феррита при высокотемпературном нагреве;
образование α-фазы мартенситного типа при холодной пластической деформации или охлаждении ниже комнатной температуры.

Межкристаллитная коррозия в аустенитных нержавеющих сталях

Склонность стали к межкристаллитной коррозии проявляется в результате выделения карбидных фаз. Поэтому при оценке коррозионных свойств стали важнейшим фактором является термокинтетические параметры образования в ней карбидов.

при содержании углерода 0,084 % — уже в течение 1 минуты;
при содержании углерода 0,054 % — в течение 10 минут;
при содержании углерода 0,021 5 – через более чем 100 минут.

С уменьшением содержания углерода одновременно снижается температура, которая соответствует минимальной длительности изотермической выдержки до начала межкристаллитной коррозии.

Сварка аустенитных нержавеющих сталей

Межкристаллитная коррозия при 500-600 ºС

Стабилизация стали титаном и ниобием

Азот в аустенитных нержавеющих сталях

Азот, как и углерод, имеет переменную растворимость в аустените. Азот может образовывать при охлаждении и изотермической выдержке самостоятельные нитридные фазы или входить в состав карбидов, замещая в них углерод. Влияние азота на склонность к межкристаллитной коррозии хромоникелевых аустенитных сталей значительно слабее, чем у углерода, и начинает проявляться только при содержании его более 0,10-0,15 %. Вместе с тем, введение азота повышает прочность хромоникелевой аустенитной стали. Поэтому на практике применяют в этих сталях небольшие добавки азота.

Влияние содержания хрома

С повышением концентрации хрома растворимость углерода в хромоникелевом аустените уменьшается, что облегчает выделение в нем карбидной фазы. Это, в частности, подтверждается снижением ударной вязкости стали с повышением содержания хрома, что связывают с образованием карбидной сетки по границам зерен.

Вместе с тем, повышение концентрации хрома в аустените приводит к существенному снижению склонности стали к межкристаллитной коррозии. Это объясняют тем, что хром существенно повышает коррозионную стойкость стали. Более высокая концентрация хрома в стали дает меньшую степень обеднения им границ зерен при выделении там карбидов.

Влияние содержания никеля

Никель снижает растворимость углерода в аустените и тем самым снижает ударную вязкость стали после отпуска и повышает ее склонность к межкристаллитной коррозии.

Влияние легирующих элементов на структуру стали

По характеру влияния легирующих и примесных элементов на структуру хромоникелевых аустенитных сталей при высокотемпературных нагревах их разделяют на две группы:
1) ферритообразующие элементы: хром, титан, ниобий, кремний;
2) аустенитообразующие элементы: никель, углерод, азот.

Дельта-феррит в хромомолибденовой аустенитной стали

Количество феррита в стали жестко лимитируется соотношением в ней хрома и никеля, а также технологическими средствами. Наиболее склонна к образованию дельта-феррита группа сталей типа Х18Н9Т (см. также Нержавеющие стали). При нагреве этих сталей до 1200 ºС в структуре может содержаться до 40-45 % дельта-феррита. Наиболее стабильными являются стали типа Х18Н11 и Х18Н12, которые при высокотемпературном нагреве сохраняют практически чисто аустенитную структуру.

Мартенсит в хромоникелевых аустенитных сталях

В пределах марочного состава в сталях типа Х18Н10 хром, никель, углерод и азот способствуют понижению температуры мартенситного превращения, которое вызывается охлаждением или пластической деформацией.

Влияние титана и ниобия может быть двояким. Находясь в твердом растворе, оба элемента повышают устойчивость аустенита в отношении мартенситного превращения. Если же титан и ниобий связаны в карбонитриды, то они могут несколько повышать температуру мартенситного превращения. Это происходит потому, что аустенит в этом случае обедняется углеродом и азотом и становится менее устойчивым. Углерод и азот являются сильными стабилизаторами аустенита.

Термическая обработка хромоникелевых аустенитных сталей

Для хромоникелевых аустенитных сталей возможны два вида термической обработки:

Параметры термической обработки отличаются для нестабилизированных сталей и сталей, стабилизированных титаном или ниобием.

Закалка является эффективным средством предупреждения межкристаллитной коррозии и придания стали оптимального сочетания механических и коррозионных свойства.

Стабилизирующий отжиг закаленной стали переводит карбиды хрома:

в неопасное для межкристаллитной коррозии состояние для нестабилизированных сталей;
в специальные карбиды для стабилизированных сталей.

Закалка аустенитных хромоникелевых сталей

В сталях без добавок титана и ниобия под закалкой понимают нагрев выше температуры растворения карбидов хрома и достаточно быстрое охлаждение, фиксирующее гомогенный гамма-раствор. Температура нагрева под закалку с увеличением содержания углерода возрастает. Поэтому низкоуглеродистые стали закаливаются с более низких температур, чем высокоуглеродистые. В целом интервал температуры нагрева составляет от 900 до 1100 ºС.

Длительность выдержки стали при температуре закалки довольно невелика. Например, для листового материала суммарное время нагрева и выдержки при нагреве до 1000-1050 ºС обычно выбирают из расчета 1-3 минуты на 1 мм толщины.

Охлаждение с температуры закалки должно быть быстрым. Для нестабилизированных сталей с содержанием углерода более 0,03 % применяют охлаждение в воде. Стали с меньшим содержанием углерода и при небольшом сечении изделия охлаждают на воздухе.

Стабилизирующий отжиг аустенитных хромоникелевых сталей

В нестабилизированных сталях отжиг проводят в интервале температур между температурой нагрева под закалку и максимальной температуры проявления межкристаллитной коррозии. Величина этого интервала в первую очередь зависит от содержания хрома в стали и увеличивается с повышением его концентрации.

В стабилизированных сталях отжиг проводят для перевода углерода из карбидов хрома в специальные карбиды титана и ниобия. При этом освобождающийся хром идет на повышение коррозионной стойкости стали. Температура отжига обычно составляет 850-950 ºС.

Стойкость аустенитных хромоникелевых сталей к кислотам

Способность к пассивации обеспечивает хромоникелевым аустенитным сталям достаточно высокую стойкость в азотной кислоте. Стали 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Б и 02Х18Н11 имеют первый балл стойкости:

в 65 %-ной азотной кислоте при температуре до 85 ºС;
в 80 %-ной азотной кислоте при температуре до 65 ºС;
100 %-ной серной кислоте при температуре до 65 ºС;
в смесях азотной и серной кислот: (25 % + 70 %) и 10 % + 60 %) при температуре до 70 ºС;
в 40 %-ной фосфорной кислоте при 100 ºС.

Аустенитные хромоникелевые стали имеют также высокую стойкость к растворах органических кислот — уксусной, лимонной и муравьиной, а также в щелочах КОН и NaOH.

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.

Аустенитная сталь: как получают и где применяется

Аустенитная сталь – это один из видов, который отличается особой прочностью, причем как к механическим, так и к температурным нагрузкам. Сталь такого рода не является конкретной маркой, а объединяет несколько видов сплавов, которые отличаются по своему составу.

Следствием высокой прочности и термостойкости аустенитной стали являются трудности в ее обработке, особенно сварка. В нашей статье мы расскажем, какие разновидности этой стали бывают, поговорим о способах ее получения и разберемся с особенностями сварки и другой обработки аустенитных сталей.

Понятие аустенитной стали

Аустенитом называется вид гранецентрированной стали, полученный введением углерода в Y-железо (высокотемпературная модификация металла). Гранецентрированная кубическая решетка влияет на свойства материала: устойчивость в критических температурных режимах, отсутствие магнитности, химическая инертность, прочность.

Эта фаза была названа по имени одного английского металлурга Уильяма Чандлера Робертс-Остина, который занимался исследованиями физических свойств металлов и их сплавов в конце XIX века.

В зависимости от вида кристаллической структуры выделяют несколько видов аустенитных сталей:

Феррит является твердым раствором углерода в объемноцентрированной кубической решетке (ОЦК) железа.
Понижение температуры аустенита до 730 °C превращает эвтектоидную смесь двух фаз — феррита и цементита – в перлит.
При резком охлаждении металла образуется мартенсит.

Чтобы получить определенную модификацию металла, заранее устанавливают важные параметры – время выдержки, температуры нагрева и охлаждения.

Стали аустенитного класса являются результатом легирования железа главными компонентами – хромом и никелем.

В них содержится от 13 до 19 % хрома, который образует оксидную пленку, защищающую от коррозии. Никель составляет 9-12 % объема сплава и увеличивает прочностные и пластические характеристики стали.

Высокое содержание хрома обеспечивает процесс пассивации стали, что значительно повышает устойчивость к коррозии во многих агрессивных окислительных средах, а том числе и азотной. Благодаря этим характеристикам аустенитные стали широко распространены во всех областях промышленности, где предъявляются высокие требования к коррозионной стойкости материала.

Значительное содержание никеля придает стали высокую пластичность и уменьшает склонность к росту зерна, тем самым гарантируя высокую технологичность.

Также в сталь добавляют следующие компоненты:

Ферритизаторы:

Кремний и марганец увеличивают прочность кристаллической решетки.
Титан и ниобий повышают надежность хладостойких сплавов.

Аустенизаторы:

Углерод способствует образованию карбидов, повышающих прочность стали. Доля этого элемента составляет 10 %.
Азот применяют, если будущие металлические детали должны быть стойкими к химическим и электрическим воздействиям.
Бор повышает пластичность.

В зависимости от назначения сплава и требований к его свойствам (физическим, химическим, технологическим) выбирают легирующие добавки.

Качества аустенитной стали

Основные свойства аустенитных сталей:

Высокая прочность. Металл во время эксплуатации остается прочным, упругим, устойчивым к высоким нагрузкам. Сталь сохраняет свои свойства и остается невредимой при резких колебаниях температуры: похолодании, морозе, нагреве от солнечных лучей, жаре, местном нагреве и прочем.
Отсутствие магнитных свойств. Устройство кристаллической структуры нейтрализует магнитность железа и легирующих компонентов. Если с аустенитной сталью взаимодействует магнитный элемент, он не вызывает никакой ответной реакции в материале.
Коррозионная устойчивость. Если температура находится в границах нормы, аустенитные стали не подвергаются воздействию азота, кислорода, углекислого газа, воды, соответственно, не окисляются и не ржавеют. Такие сплавы подходят для элементов, которые будут эксплуатироваться в морских условиях (корабли, мосты, турбины и прочее).
Химическая инертность. Аустенитная сталь не взаимодействует с активными химическими элементами, если ее температура остается в пределах нормы. Сплав используют в изделиях, контактирующих с кислотами, щелочами, солями, радиоактивными компонентами. Сталь может долгие годы сохранять свои свойства и не разрушаться от химического воздействия активных элементов.

Получение и использование аустенитной стали

Начальная стадия получения аустенитных сталей характеризуется появлением в структуре сплава зерен. Первые изменения затрагивают поверхность во время фазы роста карбидов. Постепенно заготовка меняет свою структуру по всей толщине.

Вторым способом получения аустенитных сталей является нагрев перлитной модификации железа до 900 градусов. Сплав состоит из цементита и феррита. Для производства применяют сталь с минимальным содержанием углерода – 0,66 % от общего количества вещества. С повышением температуры свыше 900 градусов ферритная сетка превращается в аустенитную, а цементитная часть сплава исчезает. Результатом процесса является качественная нержавеющая аустенитная сталь.

Третий вариант производства заключается в использовании титановой смеси. Заготовку помещают в индукционную печь с вакуумом. Температуру повышают до критических значений и поддерживают в таком состоянии. Во время нагрева металла из него испаряется азот. Период распада индивидуален и связан с габаритами заготовки. Потом постепенно вводят титан и прочие добавки и примеси. Результатом являются нитриды в реакции с железом.

Самым популярным способом получения аустенитной нержавеющей стали является производство высоколегированных хромоникелевых сплавов. В железо добавляют никель и хром, поддерживая длительное время высокую температуру. Такие меры дают следующие преимущества:

коррозионную устойчивость;
прочность;
жаростойкость;
большое количество карбидов.

При добавлении в металл молибдена и фосфора получали повышенную вязкость и усталостную прочность.

Использование аустенитных сталей:

Детали, которые испытывают воздействие высоких температур (от 200 градусов до 1100). Сюда относятся самолетные турбины или другие элементы в двигателе. Стоит протестировать изделие на возникновение реакций при контакте с топливом, паром и прочими агрессивными факторами окружающей среды. Могут возникать трещины в металле. Чтобы этого избежать, в сплав добавляют ванадий и ниобий. Они помогают сформировать карбидную фазу и увеличить прочность поверхности.
Разнообразные механизмы, подвергающиеся резким изменениям температурного режима. Это происходит при выполнении сварочных работ.
Электрические приборы, контакты. Аустенитные стали невосприимчивы к электромагнитным волнам и делают использование деталей безопасным для человека.
Изделия и устройства для эксплуатации в водной среде или условиях повышенной влажности. Например, трубы из аустенитных сталей. Коррозионная устойчивость сплавов предотвращает образование ржавчины, повреждение изделий. Содержание никеля и хрома увеличивают срок службы деталей.

Виды и маркировка аустенитной стали

В зависимости от качеств материалов аустенитные стали делятся на виды:

Коррозионностойкие (нержавеющие). Они состоят из хрома (18 %), никеля (30 %) и углерода (0,25 %). Сплав используется в промышленном производстве с 1910 г. Отличительным свойством металла является повышенная устойчивость к коррозии. Высокие температуры также не могут привести к разрушению материала из-за низкого содержания углерода. При изготовлении сплавов применяют ГОСТ 5632-2014. Допускается содержание кремния, марганца, молибдена.
Жаростойкие. Структура металла представлена ГЦК-решеткой. Такие сплавы выдерживают высокие температуры до 1100 °C. Из аустенитных сталей с высокой жаропрочностью производят печи, турбины роторов электростанций и других приборов, работающих на дизельном топливе. В сплав добавляют бор, ниобий, ванадий, молибден, вольфрам. Данные химические элементы увеличивают жаропрочность стали.
Хладостойкие. Состав сплава включает в себя хром (19 %) и никель (25 %). Особенностью аустенитных металлов является отличная вязкость и пластичность. Сплав обладает высокой коррозионной устойчивостью. Структура металла позволяет противостоять резкому понижению температур. Использование изделий из этого вида стали при комнатной температуре нежелательно, так как они не имеют достаточной прочности в таких условиях.

Аустенитные высоколегированные стали относятся к дорогостоящим видам металлов, так как в их состав входят ценные химические элементы: хром и никель. Добавки других легирующих компонентов, повышающих качественные характеристики сплавов, также существенно увеличивают цену производства этого материала. Дополнительные элементы выбирают в зависимости от назначения того или иного изделия из аустенитной стали.

Производство аустенитных сплавов регулируется ГОСТ 5632-2014. В документе указаны следующие аустенитные стали и их марки:

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

В названии каждого вида указано процентное содержание хрома, углерода и никеля в сплаве. Рассмотрим пример. 12Х18Н9 означает, что в материале содержится 18 % хрома, 10 % никеля, 0,12 % углерода. Некоторые марки имеют в названии букву T. Это значит, что в металле есть незначительное количество титана.

По наименованию марки можно узнать главные свойства сплава. Высокое содержание никеля и хрома указывает на жаропрочность и устойчивость стали к развитию ржавчины. Зная концентрацию углерода, легко рассчитать время и температуру, когда на металлическом сплаве образуется межкристаллическая коррозия.

Нюансы обработки аустенитной стали

При производстве жаропрочных сплавов их подвергают разным термическим воздействиям. Обработка аустенитных сталей необходима для повышения указанных характеристик. Воздействие температуры помогает изменить структуру зерен, принцип и количество фаз дисперсии, размер зерновых блоков и другое.

Обжигу подвергаются стали с целью уменьшить их хрупкость и твердость, если этого требуют условия применения сплава. Сталь нагревают до 1200 градусов в течение тридцати минут и более, а затем резко охлаждают. При производстве высоколегированных сплавов для охлаждения используют масла, а также воздух. Стали с небольшим количеством химических элементов погружают в холодную воду.

Для соединения изделий из аустенитных металлов применяют технологии сварки. К ним относятся дуговая сварка, электрошлаковая сварка и сварка в среде защитных газов. При проведении работ нужно учитывать множества факторов, что под силу опытному специалисту. Одна из особенностей аустенитного сплава – изменение свойств металла при нагревании. Сварочные работы важно проводить в соответствии с алгоритмом. В противном случае сварной шов получится непрочным.

Характеристика сварочного процесса (выводятся расчетным путем):

Для избежания негативных последствий в месте расположения шва заранее наплавляют небольшой слой металла с другим составом, что похоже на железную заплатку. Ее основные свойства – высокая жаростойкость и неподверженность коррозии. Заплатка защищает шов от образования трещин. Поверхностный металл следует обжечь при +800 градусах.

Как проводят электрошлаковую сварку аустенитных сталей:

применяют проволоку толщиной до 4 мм, что увеличивает затраты на изделие;
для соединения массивных элементов необходимы электроды пластинчатого типа с толщиной до 1,5 см, качественные, но дорогостоящие;
выполняют отжиг и закалку для предотвращения ножевой коррозии аустенитных сталей.

При использовании дуговой сварки всплывает множество нюансов. Например, металл нагревается местами, в районе шва могут образовываться оксиды железа, недалеко от соединения – трещины, что нежелательно для качества стали.

Использование во время сварочных работ защитных газов сводит к нулю образование трещин, окалины, ржавчины, налета. Подойдут такие газы, как гелий, аргон, углекислый. Для работы применяют импульсную или горячую дугу, а также ток с прямой полярностью. Особой эффективностью обладают плавящиеся электроды, которые предупреждают растрескивание шва.

Аустенитные стали пользуются популярностью в разных сферах. Это объясняется их качественными характеристиками. При работе с металлами нужно учитывать особенности термообработки, сварки и назначение будущих изделий.

Читайте также: