Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [ 58 ] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

За 90 лет существования нержавеющие стали превратились в основной конструкционный материал ддя многих отраслей промышленности Ряд технологий в химическом производстве, в целлюлозно-бумажной промышшенности, атомной энергетике, в авиационном моторостроении и в других отраслях промышленности без использования нержавеющей стали просто неосуществим. В настоящее время коррозионностойкой стали в мире производится 17 млн.т, в России - около 85 000 т.

Широкое использование нержавеющих сталей предъявляет к ним множество особых требований. Одни должны быть особо твердыми, другие - очень пластичными, третьи - немагнитными. Поэтому потребовалась стандартизация и классификация нержавеющих сталей. В России основным техническим классификатором стал ГОСТ 5632, в зарубежных странах появились свои стандарты: AISI и ASTM в США, DIN в ФРГ, BS в Великобритании, AFNOR во Франции, SIS в Швеции, SUS в Японии и т. д. По ГОСТ 5632 коррозионностойкие стали и сплавы классифицируются по восьми классам.

Стали мартенситного класса содержат обычно 13...18% хрома и 0,2...1,1 % углерода. При охлаждении от высоких температур стали претерпевают фазовое ау-а-превращение, т. е. стали этого типа могут принимать закалку, и в их структуре формируется мартенситная (плюс карбиды) структура с очень высокой твердостью HRC > 40...55, но с весьма низкими значениями пластичности и ударной вязкости. Служебные свойства этих сталей получают закалкой с последующим отпуском. Если мартенситную сталь необходимо разупрочнить для придания ей формы конкретной детали, она подвергается отжигу или высокому отпуску. После придания стальной заготовке формы готовой детали, последняя вновь закаливается и отпускается для получения комплекса служебных свойств.

Механические свойства сталей мартенситного класса после закалки с 1010... 1050 °С: 0 = 650...2000 Н/мм, = 440...2000 Н/мм, 65 = 2... 16%, V/ = 10...55 % [15]. Таким образом, нержавеющие стали мартенситного класса после закалки и отпуска характеризуются высокой твердостью, низкими значениями пластичности и свариваемости; их нельзя подвергать гибочным операциям в холодном состоянии.

Стали мартенситного класса (Fe-13Cr) используются для изделий, работающих в слабоагрессивных средах, клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода и др. Из них изготавливают режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины, карбюраторные иглы, пластины клапанных компрессоров. Из стали системы Fe-l8Cr

изготавливают шарикоподшипники высокой твердости для нефтяного оборудования, материал для ножей, износостойкие детали машин и т. п.

С целью улучшения комплекса пластических и вязких свойств в сталях этого типа снижают содержание углерода до 0,08...0,12% и добавляют небольшое количество (до 2 %) никеля с одновременным повышением содержания хрома до 17%. При таком соотношении компонентов в стали формируется смешанная мартенсито-ферритная структура. Стали на такой основе 08X13-12X13, 14Х17Н2 и другие относят к сталям мартенсито-ферритного класса. По сравнению со сталями мартенситного класса они обладают меньшей твердостью, более пластичны и удовлетворительно свариваются.

В общем случае для сталей системы Fe-13Cr характерна пониженная стойкость к коррозионному растрескиванию и точечной коррозии в средах, содержащих ионы хлора. Все стали мартенситного и мартенсито-ферритного класса ферромагнитны и сохраняют магнитность после термической обработки.

Хромистые стали ферритного класса. Существенное повышение коррозионной стойкости в хромистых сталях достигается при повышении содержания хрома до 17 % и более. Стали на основе Fe-17...28Cr объединены в ферритный класс. Почти все стали ферритного класса являются однофазными при нагреве и охлаждении, т. е. не имеют фазовых превращений, и по этой причине не могут быть упрочнены термической обработкой. Присадка в ферритные стали титана - сильного фер-ритообразующего элемента, обычно в количестве не менее 5 % Ti, способствует стабилизации в структуре а-фазы (феррита), снижает склонность к росту зерна при нагреве стали под горячую деформацию, улучшает условия свариваемости за счет того, что титан тормозит рост зерна в околошовной зоне. Стали ферритного класса - это вторая по объемам производства и использованию группа сталей после аустенитных хромоникелевых. Объемы производства сталей этого класса оцениваются в 25...30 % от общего мирового производства коррозионностойких сталей.

Наиболее распространенными марками ферритных сталей являются: 08Х17Т, 08Х18Т1, 08Х18Т, 15Х25Т, 15X28. Последние две марки используются и как жаростойкие стали для работы при температурах ДО 1050... 1100 °С. Все стали ферритного класса не содержат в своем составе дорогостоящего никеля, что является их несомненным преимуществом. В то же время главный недостаток ферритных сталей - повышенная хрупкость при комнатных (+20 °С) и отрицательных температу-



pax - существенно сдерживает их более широкое применение. По этой причине стали данного класса не рекомендуется использовать в конструкциях, где имеются ударные виды нагружения, хотя современными технологическими приемами в сталях с 17... 18 % хрома достигается комплекс механических свойств, позволяющий во многих случаях проводить полноценную замену дорогостоящих, но сохраняющих вязкость при отрицательных температурах хромоникелевых сталей.

Из сталей ферритного класса (Fe-18Cr) изготавливают предметы домашнего обихода и кухонной утвари, оборудование заводов пищевой и легкой промышленности, системы выхлопных газов автомобилей и др. Стали (Ре-25...28Сг) используются для сварных конструкций, работающих при температурах не ниже -20 °С без ударных нагрузок; для деталей печной арматуры с рабочей температурой до 1000 °С: чехлы термопар, трубы пиролизных установок, теплообменников; как коррозионно-стойкий материал при температурах эксплуатации до 300...350°С для сред окислительного характера; для оборудования по производству каустической соды и др.

Суперферриты. Примерно в середине прошлого века в металлургии интенсивно внедрялась внепечная обработка металла, в частности, вакуумная, которая позволяла эффективно очищать металл от углерода, кислорода и азота. Эти элементы во многом ответственны за загрязнение стали неметаллическими включениями и за склонность высокохромистых сталей к хладноломкости. По мере внедрения и развития в металлургии вакуумных технологий появилась возможность для разработки ферритных сталей с суммарным содержанием углерода и азота < 0,02 %. В этих условиях в сталях не возникает склонность к межкристаллитной коррозии (рис. 5.4). Такие стали получили название суперферритов. В России был разработан и освоен промышленностью ряд марок таких статей с содержанием 18 и 25 % хрома, 0,1 % углерода, 0,15...0,35 % Ti. Некоторые марки стали выпускаются с добавками 1,5...2,8% молибдена и 0,1...0,5% ниобия. Эти стали имеют порог хладноломкости не выше -50 °С, следовательно, могут применяться для работы при отрицательных температурах.

Коррозионные свойства суперферритов, особенно стойкость к коррозионному растрескиванию, значительно выше свойств, которые показывают в тех же условиях хромоникелевые аустенитные стали типа 18-10 и железоникелевые сплавы типа 06ХН28МДТ (рис. 5.5).

Стали аустенитного класса. Выше бьшо отмечено, что все хромистые нержавеющие стали ферромагнитны и склонны к хрупкости при от-


0,005 0,010 0,015 0,020 (C + N),

Рис. 5.4. Влияние углерода и азота на устойчивость против межкристаллитной коррозии (МКК) стали с 19% Сг и 2% Мо (1250 °С, 1 ч)


12Х18Н10Т 10Х17Н13М2Т 06ХН28МДТ 01Х25М2Т-ВИ

СУПЕРФЕРРИТ

Рис. 5.5. Сравнительные данные по устойчивости различных типов нержавеющих сталей к коррозионному растрескиванию

рицательных температурах. По этой причине в ряде конструкций стали этого типа не могут быть использованы. В этих случаях используют стали аустенитного класса, которые свободны от недостатков хромистых сталей.

Хромоникелевые стали представляют наиболее распространенный класс коррозионностойких сталей, производство которых в мире составляет около 70...75 % от общего производства нержавеющих сталей. Из этого количества львиная доля приходится на стали, за которыми в мировой практике закрепилось общее наименование стали типа 18-10, содержащие 18% хрома и 10 % никеля. Кроме указанных элементов, стали могут содержать молибден, титан, ниобий и другие элементы, придающие сталям специфические и специальные свойства. Все стали аустенитного класса практически немагнитны при комнатной температуре, имеют однофазную структуру, поэтому не могут быть упрочнены закалкой. Для этих ста-



лей операция закалки (нагрев до 1000... 1050 °С с последующим охлаждением на воздухе или в воде) является разупрочняющим видом термообработки.

Хромоникелевые стали аустенитного класса типа 18-10 при определенных температурно-временных условиях могут претерпевать фазовые превращения, в которых происходит:

- выделение избыточных карбидных фаз и а-фазы при вьщержках в интервале температур 450...900 °С;

- образование в аустенитной основе 5-феррита при длительном пребывании стали в области температур 1200 °С и выше;

- превращение аустенита в а-фазу мартенситного типа при достаточно глубоком (порядка минус 150...200°С) охлаждении или при совместном воздействии низких температур и пластической деформации.

С первым из перечисленных фазовых превращений связывают появление в сталях типа 18-10 склонности к межкристаллитной коррозии (МКК) - наиболее опасного вида коррозионного разрушения. Температурный интервал 500...800°С - тот интервал, пребывания стали в котором следует избегать. Температурно-временные условия появления склонности стали к МКК в первую очередь определяются содержанием углерода, находящимся в твердом растворе. Например, сталь Х18Н12 при содержании 0,084 % С приобретает склонность к МКК уже при вьщержке в интервале 750...800°С в течение 1 мин, при содержании 0,054% С минимальное время для возникновения склонности к МКК составляет 10 мин, а при 0,021 % С - более 100 мин. При этом, чем меньше в


т, мин

Рис. 5.6. Влияние содержания углерода (цифры у кривых) на стойкость стали Х18Н12 против межкристаллитной коррозии

стали содержание углерода, тем при более низкой температуре сталь будет приобретать склонность к ММК (рис. 5.6). Понятно, что эти рассуждения актуальны прежде всего для случаев, когда сталь подвергается сварочным операциям. Считается, что склонность к МКК в стали не возникает при содержании углерода < 0,03 %. Тем не менее снижение углерода до содержаний 0,012 и даже до 0,006 % не гарантирует полной стойкости стали к МКК. Существует интервал температур 500...550°С, пребывание в котором в течение 10*... 10 мин вызывает в стали, содержащей всего 0,006 % углерода, склонность к МКК, и поэтому представляет опасность в работе. Чтобы избавиться от возникновения в хромо-никелевой стали склонности к МКК, в нее вводят сильный карбидооб-разующий элемент, обычно это титан, реже ниобий. Образуя при высоких температурах карбиды TiC или NbC, сталь приобретает стойкость к МКК, в том числе после провоцирующих нагревов. При введении в сталь указанных элементов карбид Сг2зС, ответственный за возникновение в стали склонности к МКК, не образуется. В соответствии с этим стали, в составе которых отсутствуют карбидообразующие элементы, например стали 08Х18Н10, 03...05Х18Н10, 17Х18Н9, называются нестабилизированными; стали, содержащие в своем составе карбидообразующие элементы, называют стабилизированными: 08...12Х18Н10Т, 10X17HI3M2T и др.

При втором фазовом превращении - образовании при высоких температурах в аустенитной основе 5-феррита - стараются управлять как составом стали, так и технологическими приемами. При наличии в стали 8-феррита в количествах 5... 10% улучшается свариваемость стали; при содержаниях 5-феррита более 15...20% ухудшается обрабатываемость стали давлением при горячей деформации: ковке, прокатке и т. д. Управляют количеством образующегося в стали 5-феррита с помощью регулирования соотношением ферритообразующих (хрома, титана, молибдена, кремния и др.) и аустенитообразующих (углерода, азота, никеля, марганца, меди и др.) элементов. Для этого используют известную диаграмму Шеффлера (рис. 5.7).

Количество 5-феррита в сталях в промышленных условиях контролируют чаще всего на литых пробах с помощью ферритометров различной конструкции и оценивают в баллах. Зависимость баллов и процентов 5-феррита в стали с достаточной для практики точностью определяется следующими соотношениями:

Ьалл 6-фазы..... 0,5 1 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

6-фазы.........До 2 2-3 4-5 6-7 8-10 11-15 16-20 21-30 31-40 > 40



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [ 58 ] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка