Хромоникелевые стали

Хромоникелевые стали

Никель относится к числу металлов, легко приобретающих пассивность, хотя его пассивирующая способность меньше хрома и молибдена. Ni - аустенитообразующий элемент, поэтому сталь, содержащая 18 % Сr и 9 % Ni, при комнатной температуре имеет структуру аустенита.

Нержавеющие стали, имеющие аустенитную структуру, обладают более высокой коррозионной стойкостью, лучшими технологическими свойствами по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, в частности лучшие свариваются. Они сохраняют прочность до более высоких температур, и в то же время аустенитные стали не теряют пластичности при низких температурах.

Хромоникелевые стали в зависимости от состава и структуры подразделяются на стали аустенитного, аустенитно-мартенситного и аустенитно-ферритного классов. На рисунке 49 приведена диаграмма Шеффлера, позволяющая определять структуру стали в зависимости от ее состава.

Эквивалентные содержания никеля и хрома зависят от химического состава стали и определяются по формулам:

Сrэ=% Сr + % Mo + 2×% Fe + 2×% Ti + 0,5×% Nb + % W + 0,5×% Ta + 1,5×% Si;

Niэ= % Ni + 30×% С + 30×% N + 12×% B + % Сo + 0,5×% Mn.

Хромоникелевые стали выпускаются марок:

  1. аустенитные 04Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т, 06Х18Н11;
  2. аустенитно-мартенситные 09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю;
  3. аустенитно-ферритные 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т.

Рисунок 49 - Структурная диаграмма Шеффлера

Вторая и третья группы сталей являются заменителями аустенитных сталей. Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса заключается в закалке в воде с 1050...1100 0С. Нагрев до этих температур вызывает растворение карбидов хрома М23С6, а быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора. Кроме того, при закалке происходят рекристаллизационные процессы, устраняющие последствия пластической деформации. В результате закалки твердость сталей аустенитного класса не повышается, а снижается.

Основным способом упрочнения аустенитных сталей является наклеп: при деформации порядка 80...90 % предел текучести может достигать 1000...1200 МПа, а предел прочности 1200...1400 МПа при сохранении достаточно высокой пластичности. Но этот способ упрочнения применим лишь для таких видов изделий, как тонкий лист, лента, проволока и т.п. Все аустенитные стали не магнитны. Хорошо работают в растворах азотной, уксусной, фосфорной, органических кислот, растворах солей, щелочей, в атмосферных условиях.

Аустенитно-мартенситные стали

Стали аустенитно-мартенситного класса обладают более высокой прочностью. Упрочняются закалкой от 975 0С, а для перевода большей части аустенита в мартенсит подвергают обработке холодом в интервале температур от минус 50 0С. После этого проводится отпуск при 450...500 0С; при этом из мартенсита выделяются частицы интерметаллидов типа Ni3Al.

Аустенитно-ферритные стали

Предложены как заменители аустенитных сталей с целью экономии никеля. Они имеют прочность и твердость выше, но пластичность и ударную вязкость ниже, чем аустенитные стали. Эти стали не обладают стабильностью свойств: их свойства зависят от соотношения ферритной и  аустенитной фаз. Закалка проводится с 1000...1150 0С.

Механические свойства некоторых хромоникелевых сталей после закалки приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Механические свойства сталей в закаленном состоянии

Марка стали sigmaв, МПа sigma0,2, МПа d, % y, %
04Х18Н10
08Х18Н10
12Х18Н10
17Х18Н10
09Х15Н8Ю:
закалка
закалка + отпуск
09Х17Н7Ю
08Х22Н6Т
450
480
500
580

900
1300
900
960
180
200
200
220

250
1100
700
370
40
40
40
40

30
20
10
22
60
55
55
50

65
50
40
51

Коррозионностойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе

Они применяются для обеспечения более высокой коррозионной стойкости в таких средах, как серная и соляная кислоты. В этих случаях используют сплавы на железоникелевой основе, например, сплав 04ХН40МДЮ, имеющий после закалки и отпуска при 650...700 0С структуру аустенит и интерметаллидную g- фазу типа Ni3 (Ti, Al). Сплав предназначен для работы при больших нагрузках в растворах серной кислоты.

Для работы в соляных средах, растворах серной, азотной, фосфорной кислот применяется никелевый сплав Н70МФ. Сплав ХН65МВ применяется для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислотных и сернокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.