Что такое ферритные стали

История нержавеющей стали: кто и когда ее изобрел

Сто лет назад мир услышал о замечательном материале, который чрезвычайно широко применяется в самых различных областях нашей жизни, — нержавеющей стали.

О технологических новинках публика часто узнает из средств массовой информации, однако такие сообщения обычно не опираются на дипломатические источники. 31 января 1915 года это правило было нарушено. Газета New York Times опубликовала небольшую заметку, озаглавленную A Non-Rusting Steel.

В газетном сообщении говорилось, что компания из британского города Шеффилда выпустила на рынок новый вид стали, «которая не поддается коррозии, не тускнеет и не покрывается пятнами». Производитель утверждал, что она чрезвычайно подходит для изготовления столовых приборов, поскольку изделия из нее хорошо моются и не теряют блеска при контакте даже с самой кислой пищей.

В качестве источника информации был назван американский консул в Шеффилде Джон Сэвидж. Вот так, без большого шума и с изрядным запозданием, мир узнал об изобретении нержавеющей стали.

Типы нержавейки Нержавеющие стали различаются свойствами, составом и назначением, но в целом их можно разделить на несколько основных групп по кристаллической структуре: ферритные, аустенитные, мартенситные и двухфазные (ферритно-аустенитные). Ферритные нержавеющие — это хромистые (10−30% хрома) и низкоуглеродистые (менее 0,1%) стали.

Они достаточно прочные, пластичные, относительно несложно обрабатываются и при этом дешевы, но не поддаются термической обработке (закаливанию). Мартенситные нержавеющие — это хромистые (10−17% хрома) стали, содержащие до 1% углерода. Они хорошо поддаются термообработке (закаливанию и отпуску), что придает изделиям из таких сталей высокую твердость (из них делают ножи, подшипники, режущие инструменты).

Мартенситные стали сложнее в обработке и из-за более низкого содержания хрома менее стойки к коррозии, чем ферритные. Аустенитные нержавеющие стали — хромоникелевые. Они содержат 16−26% хрома и 6−12% никеля, а также углерод и молибден. По коррозионной стойкости превосходят ферритные и мартенситные стали и являются немагнитными.

Высокую прочность получают при нагартовке (наклепе), при термообработке (закалке) их твердость уменьшается. Двухфазные стали сочетают различные свойства ферритных и аустенитных сталей.

Предки нержавейки

Вообще-то такую сталь выпускали в Европе и США еще до шеффилдских металлургов. Обычная сталь, сплав железа и углерода, легко покрывается пленкой оксида железа — то есть ржавеет. К слову, именно это обстоятельство было одной из причин блестящего коммерческого успеха американского предпринимателя Кинга Кемпа Жиллетта, который придумал безопасную бритву. В 1903 году его фирма продала лишь 51 лезвие, в 1904-м — без малого 91 000, а к 1915 году общий объем продаж превысил 70 млн.

Жиллеттовские лезвия, на которые шла нелегированная сталь из бессемеровских конвертеров, быстро ржавели и тупились и потому требовали частой замены. Любопытно, что рецепт борьбы с этой болезнью главного металла тогдашней индустрии был давно найден. В 1821 году французский геолог и горный инженер Пьер Бертье заметил, что сплавы железа с хромом обладают хорошей кислотоустойчивостью, и предложил делать из них кухонные и столовые ножи, вилки и ложки.

Однако эта идея долго оставалась благим пожеланием, поскольку первые сплавы железа и хрома были очень хрупкими. Лишь в начале XX века были изобретены рецептуры сплавов железа, способные претендовать на титул нержавеющей стали. Среди их авторов был один из пионеров американского автомобилестроения Элвуд Хейнс, который собирался использовать свой сплав для изготовления металлорежущего инструмента.

В 1912 году он подал заявку на соответствующий патент, который был получен лишь семью годами позже после длительных споров с Бюро патентов США.

Лезвия для станков Gillette делали из твердой углеродистой стали. Они были не слишком долговечны, поскольку легко ржавели от постоянного воздействия влаги.

Случайная находка

Но официальным родителем всем известной нержавейки стал человек, который ее вовсе не искал и создал лишь благодаря счастливому случаю. Этот жребий выпал на долю английского металлурга-самоучки Гарри Брирли, который в 1908 году возглавил небольшую лабораторию, учрежденную двумя шеффилдскими сталеплавильными компаниями.

В 1913 году он проводил исследования стальных сплавов, которые предполагалось использовать для изготовления ружейных стволов. Научное металловедение пребывало тогда в зачаточном состоянии, поэтому Брирли действовал методом проб и ошибок, проверяя на прочность и жароустойчивость сплавы с разными присадками.

Неудачные заготовки он попросту складывал в углу, и они там спокойно ржавели. Как-то он заметил, что отливка, извлеченная из электрической печи месяц назад, вовсе не выглядит ржавой, а блестит как новая. Этот сплав содержал 85,3% железа, 0,2% кремния, 0,44% марганца, 0,24% углерода и 12,8% хрома.

Он-то и стал первым в мире образцом той стали, о которой позднее сообщила газета New York Times. Он был выплавлен в августе 1913 года.

А столовые ножи производства одной из компаний в Шеффилде, возможно, были не такими острыми, но зато хорошо сопротивлялись коррозии.

Провал и успех

Брирли заинтересовался необычной отливкой и вскоре выяснил, что она хорошо сопротивляется действию азотной кислоты. Хоть в качестве оружейной стали новый сплав успеха и не принес, Брирли понял, что этот материал найдет множество других применений.

Шеффилд с XVI столетия известен изделиями из металла, такими как ножи и столовые приборы, так что Брирли решил опробовать свой сплав в этом качестве. Однако двое местных фабрикантов, которым он отправил отливки, отнеслись к его предложению скептически.

Они сочли, что ножи из новой стали требуют больших трудозатрат для изготовления и закалки. Металлургические компании, в том числе и та, в которой работал Брирли, тоже не горели энтузиазмом.

Понятно, что и ножовщики, и производители металла опасались, что изделия из нержавеющей стали окажутся настолько долговечными, что рынок быстро насытится и спрос на них упадет. Поэтому вплоть до лета 1914 года все попытки Брирли убедить промышленников в перспективности нового сплава ни к чему путному не привели.

Но потом ему повезло. В середине лета судьба столкнула его со школьным товарищем Эрнестом Стюартом. Стюарт, сотрудник компании R.F. Mosley & Co, выпускавшей столовые приборы, поначалу вообще не поверил в реальность существования стали, которая неподвластна ржавчине, однако согласился в виде эксперимента изготовить из нее несколько ножей для сыра.

Изделия получились отменными, однако Стюарт счел эту затею неудачной, поскольку его инструменты при изготовлении этих ножей быстро тупились. Но в конце концов Стюарт и Брирли все-таки подобрали режим нагрева, при котором сталь поддавалась обработке и не становилась хрупкой после охлаждения.

В сентябре Стюарт сделал небольшую партию кухонных ножей, которые он раздал знакомым для тестирования с одним условием: он попросил вернуть их в случае появления на клинках ножей пятен или ржавчины. Но ни один нож так и не вернулся в его мастерскую, и вскоре шеффилдские фабриканты признали новую сталь.

Небесное железо Довольно часто можно встретить утверждение, что метеоритное железо не ржавеет. На самом деле это чистой воды миф. Железоникелевые метеориты имеют в своем составе около 10% никеля, но не содержат хрома, поэтому не обладают коррозионной стойкостью. В этом можно убедиться, посетив минералогический раздел какого-нибудь музея естественной истории.

Присмотревшись к образцам железоникелевых метеоритов (скажем, Сихотэ-Алиньского, который часто встречается в таких экспозициях), можно увидеть многочисленные следы ржавчины. А вот образец железоникелевого метеорита, купленный в магазине минералогических сувениров, скорее всего, действительно не будет ржаветь. Причина — в «предпродажной подготовке», которая заключается в покрытии образца густой защитной смазкой.

Стоит смыть эту смазку при помощи растворителя — и тогда влага и кислород атмосферы возьмут реванш.

Резцы и ножи

В августе 1915 года Брирли получил на свое изобретение патент в Канаде, в сентябре 1916 года — в США, затем и в нескольких европейских странах. Строго говоря, он патентовал даже не сам сплав, а лишь изготовленные из него ножи, вилки, ложки и прочие столовые приборы.

Хейнс опротестовал американский патент Брирли, ссылаясь на свой приоритет, но в конце концов стороны пришли к соглашению. Это сделало возможным учреждение в Питтсбурге совместной англо-американской корпорации The American Stainless Steel Company. Но это уже совсем другая история.

Стоит отметить, что нержавеющая сталь Хейнса содержала куда больше углерода, нежели сталь Брирли, и потому имела иную кристаллическую структуру. Это и понятно: углерод обеспечивает твердость при закалке, а Хейнс стремился создать именно сплав для изготовления станочных резцов и фрез.

Сейчас стали хейнсовского типа называют мартенситными, а стали, которые исторически восходят к сплаву Брирли, — ферритными (существуют и другие виды нержавеющих сталей).

Индийское чудо Железная (Кутубова) колонна — одна из главных достопримечательностей Дели. Воздвигнутая в 415 году, она за 1600 лет почти не пострадала от коррозии — лишь на поверхности виднеются небольшие пятнышки ржавчины, в то время как обычные стальные изделия подобного размера за такое время почти полностью окисляются и рассыпаются в пыль.

В попытках объяснить этот феномен было выдвинуто множество гипотез: использование очень чистого или метеоритного железа, естественное азотирование поверхности, воронение, постоянная обработка маслом и даже естественное радиоактивное облучение, превратившее верхний слой в аморфное железо. Были попытки объяснить сохранность колонны и внешними факторами — в частности, очень сухим климатом.

Анализы показали, что колонна состоит из 99,7% железа и не содержит хрома, то есть не является нержавеющей в современном смысле слова. Основная примесь в материале колонны — фосфор, и именно в этом, по мнению ученых, главная причина коррозионной стойкости.

На поверхности образуется слой фосфатов FePO4·H3PO4·4H2O толщиной менее 0,1 мм, причем, в отличие от ржавчины, которая рассыпается и не препятствует дальнейшему окислению, этот слой образует прочную защитную пленку, предотвращающую ржавение железа.

Естественный вкус

Стюарт не только открыл путь к применению новой стали, но и нашел для нее общепринятое ныне англо-язычное название stainless steel, «сталь без пятен».

Если верить стандартному объяснению, оно пришло ему в голову, когда он окунул отполированную стальную пластинку в уксус и, глядя на результат, с удивлением произнес: «This steel stains less», то есть «На этой стали остается мало пятен».

Брирли называл свое детище несколько иначе — rustless steel, что соответствует русскоязычному термину «нержавеющая сталь». Кстати, заглавие заметки в New York Times возвещало о появлении именно нержавеющей (а не слаборжавеющей!) стали.

Секрет ее несложен. При достаточной концентрации хрома (не менее 10,5% и до 26% для особо агрессивных сред) на поверхности изделий из нержавейки формируется твердая прозрачная пленка оксида хрома Cr2O3, прочно сцепленная с металлом.

Она образует невидимый глазу защитный слой, который не растворяется в воде и препятствует окислению железа, а следовательно, не позволяет ему ржаветь. У этой пленки есть еще одно ценнейшее качество — она самовосстанавливается в поврежденных местах, поэтому ей не страшны царапины.

Столовые приборы из нержавейки приобрели огромную популярность еще и потому, что позволили избавиться от специфического привкуса, свойственного недорогой металлической посуде.

Слой оксида хрома предоставляет возможность наслаждаться естественным вкусом пищи, поскольку препятствует непосредственному контакту вкусовых сосочков языка с металлом. В общем, нержавеющая сталь, которую современная индустрия выпускает во множестве разновидностей — поистине замечательное случайное изобретение.

Статья «Сталь без пятен» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2015).

Источник: https://www.PopMech.ru/technologies/56589-istoriya-nerzhaveyushchey-stali-kto-i-kogda-ee-izobrel/

Нержавеющие стали: феррит, мартенсит, аустенит

Нержавеющие стали ценят за их высокое сопротивление коррозии. Все по-настоящему нержавеющие стали содержат не менее 11 % хрома. Такое содержание хрома обеспечивает образование тонкого защитного поверхностного слоя из карбида хрома при взаимодействии стали с кислородом.

Влияние хрома на коррозионную стойкость стали

Именно хром делает сталь нержавеющей. Кроме того, хром является элементом, повышающим устойчивость феррита. Рисунок 1 иллюстрирует влияние хрома на диаграмму состояния железо-углерод. Хром заставляет аустенитную область сжаться тогда, как ферритная область увеличивается в размерах. При высоком содержании хрома и низком содержании углерода феррит является единственной фазой вплоть до температуры ликвидуса.

Рисунок 1 – Влияние 17 % хрома на диаграмму состояния железо-углерод. При низком содержании углерода феррит является устойчивым при всех температурах. Буква «М» обозначает «металл», например, хром или железо, а также другие легирующие элементы.

Различают несколько видов нержавеющих сталей, основанных на различиях кристаллической структуры и упрочняющих механизмов.

Ферритные нержавеющие стали

Ферритные нержавеющие стали содержат до 30 % хрома и не более 0,12 % углерода.

Благодаря своей объемноцентрированной кристаллической структуре (ОЦК) ферритные стали имеют хорошую прочность и приличную пластичность , которые достигаются за счет упрочнения твердого раствора и деформационного упрочнения.

Ферритные стали являются ферромагнитными или, говоря по-простому, «магнитят». Они не поддаются термической обработке. Ферритные стали имеют отличную коррозионную стойкость, обладают умеренной способностью поддаваться обработке давлением и являются относительно дешевыми.

К ферритным  нержавеющим сталям относятся стали 08Х13, 12Х17, 08Х17Т, 15Х25Т, 15Х28 по ГОСТ 5632-72.

Мартенситные нержавеющие стали

Из рисунка 1 видно, что сталь с 17 % хрома и 0,5 % углерода при нагреве до 1200 ºС образует 100 %-ный аустенит, который превращается в мартенсит при закалке стали в масле.  Мартенсит затем отпускают для получения высокой прочности и твердости стали (рисунок 2).

Рисунок 2 – Мартенситная нержавеющая сталь.  Содержит крупные первичные карбиды и мелкие карбиды, которые образовались при отпуске.

хрома в мартенситных сталях обычно не более 17 %, так как в противном случае аустенитная область на диаграмме состояния становится слишком маленькой. Это приводит к тому, что в нее становится технологически трудно попасть: требуется жесткий контроль содержания углерода и температуры аустенитизации.

Более низкое содержание хрома позволяет расширить содержание углерода от 0,1 до 1,0 %, что дает возможность получать мартенсит различной твердости.

Комбинация высокой твердости, прочности и коррозионной стойкости делает эти стали подходящим для изготовления таких изделий как высококачественные ножи и шариковые подшипники.

К мартенситным нержавеющим сталям относятся стали 20Х13, 30Х13, 40Х13, 14Х17Н2 по ГОСТ 5632-72.

Аустенитные нержавеющие стали

Никель является элементом, который повышает устойчивость аустенита. Присутствие никеля в стали увеличивает размер аустенитной области, тогда как феррит почти полностью изчезает из железо-хромово-углеродистых сплавов (рисунок 3).

Рисунок 3 – Сечение диаграммы состояния железо-хром-никель-углерод при 18 % хрома и 8 % никеля. При низком содержании углерода аустенит является устойчивым при комнатной температуре.

Если содержание углерода становиться ниже 0,03 %, то карбиды в стали вообще не образуются и сталь является полностью аустенитной при комнатной температуре (рисунок 4).

Рисунок 4 – Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитные нержавеющие стали обладают высокой пластичностью, способностью обработке давлением и коррозионной стойкостью.

Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса заключается в закалке в воде с температуры 1050-1100 °С. Такой нагрев вызывает растворение карбидов хрома, а быстрое охлаждение фиксирует состояние пресыщенного твердого раствора. Очень важно отметить, что в результате закалки твердость этих сталей не повышается, а снижается. Поэтому для аустенитных нержавеющих сталей закалка является смягчающей термической операцией.

Свою прочность аустенитная нержавеющая сталь получает за счет холодного наклепа — нагартовки. Аустенитные стали могут получать деформационное упрочнение до значительно более высоких величин, чем ферритные нержавеющие стали. При деформациях порядка 80-90 % предел текучести достигает 980-1170 МПа, а предел прочности — 1170-1370 МПа. Ясно, что такого наклепа можно достичь только при изготовлении таких видов изделий, как тонкий лист, лента, проволока.

Аустенитные нержавеющие стали являются немагнитными, что дает им преимущество во многих применениях.

Представителями аустенитных нержавеющих сталей являются стали 12Х18Н9 и 17Х18Н9, 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Б, 03Х18Н11 по ГОСТ 5632-72.

Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали

Эти стали называют также высокопрочными нержавеющими сталями.

Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали содержат алюминий, ниобий или тантал и получают свои свойства за счет закалки, деформационного упрочнения, упрочнения старением и мартенситного превращения.

Сталь сначала нагревают и закаливают с превращением аустенита в мартенсит. Повторный нагрев вызывает выделение из мартенсита упрочняющих частиц, таких как NiAl3. Высокая прочность этих сталей достигается даже при низком содержании углерода.

К дисперсионно твердеющим сталям относятся стали 07Х16Н6, 09Х15Н8Ю, 08Х17Н5М3, 04Х25Н5М2, ХН40МДТЮ по ГОСТ 5632-72.

Двухфазные нержавеющие стали

В некоторых случаях в структуре нержавеющих сталей намеренно получают смесь различных фаз. При соответствующем контроле химического состава и режимов термической обработки получают сталь с содержанием, например, 50 % феррита и 50 % аустенита.

Такая комбинация фаз в структуре стали обеспечивает ей такое уникальное сочетание механических свойств, коррозионной стойкости, способности к обработке давлением и свариваемости, которое невозможно достичь в никаких других нержавеющих сталях.

Иногда их называют по-зарубежному — дуплексные стали.

К двухфазным нержавеющим сталям относятся стали 08Х22Н6Т, 03Х23Н6, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2, 08Х18Г8Н2Т, 03Х24Н6М3 по ГОСТ 5632-72.

Источник: https://steel-guide.ru/klassifikaciya/nerzhaveyushhie-stali/nerzhaveyushhie-stali-ferrit-martensit-austenit.html

Нержавеющая сталь — марки, виды и характеристики

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали – сплавы на основе железа и углерода, содержащие, помимо основных компонентов и стандартных примесей, легирующие элементы.

Основной добавкой является хром (Cr), которого в коррозионностойком сплаве должно быть не менее 10,5%. В таком количестве Cr оказывает существенное влияние на диаграмму состояния «железо-углерод».

Хром и никель, также в большинстве случаев присутствующие в нержавеющих сталях, повышают не только устойчивость металла к коррозии, но и другие технические характеристики.

Правила маркировки коррозионностойких сталей

Обозначение состоит из цифр и букв. Двузначное число в начале маркировки – количество углерода в сотых долях процента. Далее следуют буквы, характеризующие определенные легирующие элементы.

После них ставятся цифры, равные процентному содержанию легирующих элементов, округленному до целого числа. Если процент добавки находится в пределах 1-1,5, то после буквы цифра не ставится.

Для условного обозначения легирующих компонентов в российской нормативной документации используется русский алфавит:

• Х – хром;
• Н – никель;
• Т – титан;
• В – вольфрам;
• Г – марганец;
• Д – медь;
• М – молибден.

Группы коррозионностойких сталей по структуре

Структура коррозионностойких сталей, их свойства и области применения определяются процентным содержанием углерода, перечнем и количеством легирующих добавок. По структуре нержавейка делится на несколько типов. Основные: ферритная, мартенситная, аустенитная. Существуют промежуточные варианты.

Ферритная

Эта группа относится к малоуглеродистым сплавам – C до 0,15%. хрома – до 30%. Объемнокристаллическая структура обеспечивает сочетание достаточно высокой прочности и пластичности. Нержавеющие стали ферритных марок относятся к ферромагнитным.

Основные характеристики:

• способность к холодной деформации;
• основной тип термообработки – отжиг, снимающий наклеп;
• хорошая коррозионная стойкость;
• относительно невысокая стоимость.

Основная причина потери рабочих характеристик сталями ферритного класса – межкристаллитная коррозия (МКК), в результате которой разрушение происходит по границам зерен. Для устранения этого негативного явления избегают резкого охлаждения металла от +800°C, проводят стабилизирующий отжиг, находят оптимальный баланс между содержанием углерода и хрома. Полностью устранить склонность к МКК позволяет введение карбидообразующих элементов – титана и ниобия.

По стандарту AISI ферритные стали относятся к серии 400:

• 403-420 – содержание хрома 11-14%, никель отсутствует;
• 430 и 440 – 15-18% C, никель отсутствует;
• 630 – содержит 3-5% никеля. Хорошо обрабатывается, устойчива к коррозии в различных средах, схожа по свойствам с 08Х18Н10.

Эти материалы используются при производстве широкого сортамента труб, листов, профилей.

Таблица марок нержавеющих сталей ферритного класса по ГОСТу и AISI, основные сферы использования

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
08Х13	409	Столовые приборы
12Х13	410	Емкости для жидких алкогольсодержащих продуктов
12Х17	430	Емкости для высокотемпературной обработки пищевой продукции

Мартенситная

К этой группе относятся металлы с содержанием хрома до 17%, углерода – до 0,5% (в отдельных случаях – выше). Мартенсит – структура, получаемая путем закалки заготовки с последующим отпуском. Для нее характерно сочетание высокой твердости, прочности, упругости и устойчивости к коррозии.

Сплавы используются при производстве ответственной металлопродукции, предназначенной для работы в агрессивных средах. Это пружины, валы, ножи, фланцы. При повышении содержания C в структуре появляется карбидная фаза, обеспечивающая высокую твердость и износостойкость.

Проведение низкого отпуска после закалки (+200+300°C) обеспечивает высокую твердость – 50-52 HRC, высокого (+500+600°С) – меньшую твердость (28-30HRC) и большую вязкость. Закалка производится при температурах +950+1050°C.

Таблица марок мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
20Х13	420	Кухонное оборудование
30Х13
40Х13
14Х17Н2 (мартенситно-ферритная)	431	Детали компрессорных установок, оборудование, эксплуатируемое в агрессивных средах и при пониженных температурах

Аустенитный класс

Этот обширный класс коррозионностойких сталей (по AISI – класс 300 и представитель класса 200 – AISI 201) обладает высокой устойчивостью к коррозии, пластичностью в холодном и горячем состоянии, прочностью, хорошей свариваемостью, способностью контактировать без разрушения с азотной кислотой.

Немагнитность существенно расширяет области применения материала. Экономически выгодным является сочетание 18% Cr и 8% Ni. При необходимости получения стабильного состояния аустенита количество никеля повышают до 9%. Такие стали бывают нестабилизированными и стабилизированными.

Стабилизированная группа легируется титаном и ниобием, снижающими склонность аустенитных марок к межкристаллитной коррозии.

Закалка осуществляется при температурах +1050+1100°C с быстрым охлаждением, которое закрепляет состояние пресыщенного твердого раствора. Особенность этой группы – отсутствие упрочнения при закалке. В данном случае этот вид ТО является смягчающей операцией, направленной на снятие последствий наклепа. С этой же целью может применяться отжиг. Закалке подвергают мелкие детали, отжигу – массивные.

Таблица марок аустенитных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
12Х18Н10Т	321	Технологические линии химической индустрии и предприятий нефтепереработки
08Х18Н10	304	Технологические трубопроводные системы в химической и пищевой индустрии, ограниченный ассортимент посуды, не включающий изделия для горячей обработки пищи
08Х17Н13М2	316	Технологическое оборудование химической индустрии, использование в качестве «пищевого» материала
12Х15Г9НД	201	Емкости и трубопроводы, контактирующие с органическими кислотами и умеренно агрессивными средами

Краткие характеристики некоторых видов аустенитных нержавеющих сталей:

• 304 – распространенный представитель этого класса. Прекрасно поддается глубокой вытяжке, поэтому применяется для изготовления объемных изделий. Подвержен щелевой коррозии в теплых средах с повышенным содержанием хлора, поэтому не рекомендуется к применению в морской воде и в отраслях, в которых используются чистящие составы с хлором.
• 321 и 347 – усовершенствованные варианты марки 304, отличающиеся добавками ниобия или титана.
• 316 – проявляет максимальную устойчивость к коррозии среди массово используемых коррозионностойких сталей.
• 201 – относительно недорогой аналог сталей 304 и 321. Показывает хорошие рабочие характеристики в средах средней агрессивности, благодаря сбалансированному химическому составу и новым технологиям изготовления.

Источник: https://TreydMetall.ru/info/nerzhaveyushchaya-stal-marki-vidy-i-harakteristiki

Ферритные стали

Ферритные стали обязаны своим названием ферриту. Так называется фазовая составляющая сплавов железа. При ближайшем рассмотрении это оказывается твердый раствор легирующих элементов и углерода, находящийся в α-железе. Одна из его особенностей – наличие кубической объемоцентрированной решетки. Часто феррит выступает как составляющая и других структур.

Современные ферритные нержавеющие стали выделяются своей устойчивостью к коррозии. Они лучше всего показывают себя при использовании в тех средах, которые не содержат ионов хлора. При использовании в таких средах, они остаются качественными и во многом не уступают хромоникелевым аналогам. Существует ряд сред, в которых такого типа стали превосходят описанные аналоги и показывают лучшую устойчивость, в том числе к коррозийному растрескиванию.

Такая разновидность продукции хорошо поддается дополнительному легированию. Это помогает улучшать характеристики состава и расширять границы его использования.

В таблице ниже представлены химические свойства сталей такого типа в зависимости от использования различных легирующих элементов:

Таблица 1. Хромистые ферритные стали: химический состав.

Марка стали	C	Si	Mn	Cr	Mo	S	P	прочих элементов
08X13	≤0,08	≤0,8	≤0,8	12,0..14,0	—	≤0,025	≤0,030	≥6(C+N) Ti
08Х17Т	16,018,0	≤0,035	0,500,80 Ti
08Х23С2Ю	1,5 1,8	0,40,7	22,024,0	≤0,015	≤0,030	Не регламентируется
04Х14Т3Р1Ф (ЧС-82)	0,020,06	≤0,6	≤0,5	13,016,00	0,020	0,025	2,3 3,5 Ti, 1,1 1,8 V
ЭП 882-ВИ	≤0,015	≤0,5	16,518,5	1,52,0	≤0,020	≤0,025	0,150,35 Nb
ЭП 904-ВИ	≤0,012	≤0,3	18	—	0,1 0,4 Nb, 2,2 3,5 А1
15Х25Т	≤0,08	≤0,8	≤0,8	29,027,0	≤0,025	≤0,035	0,5 0,9 Ti

Центральные свойства и особенности использования материала

При использовании такой разновидности продукции потребуется учитывать ряд значимых особенностей, накладывающих ограничения или расширяющих возможности применения. Среди таких особенностей можно выделить:

• Высокая стойкость к коррозии. Как уже было отмечено, особенно такая стойкость проявляется в условиях, когда в среде не присутствуют ионы хлора. Еще один показатель – возможность сохранения стабильных характеристик использования при воздействии азотной кислоты. Такого типа материал хорошо выдерживает язвенную коррозию, а также растрескивание и коррозийное повреждение под высоким напряжением. Специалисты называют оптимальной коррозийную стойкость стали после медленного охлаждения и после отжига при повышенных температурах.
• Сталь выдерживает достаточно высокий нагрев, так как закаляется при повышенных температурах.
• При обработке образует достаточно уязвимые сварные швы. Потому к варке потребуется подходить с осторожностью (об этом будет дополнительно рассказано ниже).
• Материал отличается высокой прочностью и хорошо переносит механическое воздействие.

Центральные области применения

Описанные выше возможности объяснили обширную область применения ферритных сталей. В зависимости от конкретной марки стали, она может использоваться при создании деталей высокотемпературного оборудования, внутренних элементов химических аппаратов. Не менее значимая область использования – создание змеевиков пиролиза, а также различного рода контейнеров и емкостей.

Использование определяется при анализе технических характеристик конкретной марки. Для того чтобы читатель получил лучшее представление о таких механических свойствах, мы собрали их в рамках отдельной таблицы, приведенной ниже:

Таблица 2. Хромистые ферритные стали: механические свойства, не менее.

Марка стали	σв, МПа	σ0,2,МПа	δ5, %	ψ,%	KCU, Дж/см2	Примеры использования
08Х13	590	410	20	60	10	Внутренние устройства химических аппаратов
08Х17Т	372	—	17	—	—
08Х23С2Ю	490	10	60	Змеевики пиролиза
04Х14Т3Р1Ф	500	320	15	20	10	Стеллажи ядерного топлива,контейнеры
ЭП 882-ВИ	372	245	22	—	60	Заменитель Сг — Ni аустенитных сталей
ЭП 904-ВИ	440	323	24	Детали высокотемпературного оборудования
15Х25Т	—	14	20	Внутренние устройства химических аппаратов

Особенности сварки

О том, можно ли сваривать ферритные стали, что получается в итоге и какие характеристики имеют получаемые швы, существует масса противоречивых сведений.

Свариваемость таких типов стали напрямую зависит от их состава. При ограничении в составе C и N удается добиться хороших показателей свариваемости. Также во многом параметры отличаются в зависимости от уровня содержания углерода.

К примеру, если углерода и азота ~0,020 %, материал приобретает хорошую пластичность и высокую ударовязкость, а при сваривании не становится хрупким.

Показатель хрупкости сварных соединений хромистых ферритных сталей связан содержанием в твердом растворе примесей внедрения.

Также стоить обратить внимание на то, что при правильном выборе материала сварные соединения хромистых ферритных сталей будут устойчивы к коррозии. Это актуально также при использовании в агрессивных средах. Одной из возможностей повышения качества шва, является легирование с использованием титана или ниобия. Это дополнительно повышает стойкость к появлению межкристаллической коррозии. Причем такая стойкость остается неизменной и после термической обработки.

В таблице ниже собраны основные рекомендации по тепловому режиму сваривания такого типа стали. Их соблюдение гарантирует, что материал будет оставаться прочным и получит высокий уровень устойчивости к различного рода внешним типам воздействия.

Таблица 3. Рекомендации по тепловому режиму сварки хромистых ферритных сталей.

Марка стали	Температура подогрева, оС	Продолжительность хранения до термической обработки, ч	Термическая обработка
08Х13	150250	Не ограничено	Отпуск при 680700оС
08Х13 (плакирующий слой биметалла)	без подогрева	Не регламентируется
08Х17Т, 15Х25Т	150200
08Х17Т, 15Х25Т (плакирующий слой биметалла)	без подогрева
08Х23С2Ю	200 250	Не допускается	Отжиг при 900оС
ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ	без подогрева	Не регламентируется

Помимо этого, при работе с ферритными сталями от специалистов требуется использовать правильное оборудование и нужный способ сварки. Предусмотрена возможность сварки с использованием ручного дугового, электронно-лучевого и лазерного метода. Вопрос выбора зависит от того, какая марка стали используется вами на данный момент.

Подробности выбора определенного типа воздействия в зависимости от марки стали приведены в таблице ниже:

Таблица 4. Способы сварки, сварочные материалы и механические свойства свариых соединеиий хромистых ферритных сталей.

Марка стали	Способ сварки, сварочные материалы	Механические свойства сварных соединений
σв, МПа	KCU, Дж/см2
08Х13	Ручная дуговая сварка:- электроды Э-10Х25Н13Г2 ОЗЛ-6, ЦЛ-25,Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9, Э-08Х20Н15ФБ АНВ-9,Э-10Х20Н15Б АНВ-10	540	5
— электроды Э-2Х13 УОНИ-13НЖ, АНВ-1, ЦЛ-51	590
АДС:проволока Св-07Х25Н12Г2Т, Св-06Х25Н12ТЮ,Св-06Х25Н12БТЮ,флюс АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-18	540
АрДС:проволока CB-06X25Н12Т, Cв-06Х25Н12БТЮ,Cв-07X25Н12Г2Т, аргон
08Х17Т	РДС:электроды Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9, УОНИ-10Х17Т.АДС:проволока Св-10ХI7Т, флюсы АНФ-6, ОФ-6	440
08Х23С2Ю	РДС:электроды ЦТ-33, ЦТ-38	500
04Х14Т3Р1Ф	Электронно-лучевая и лазерная сварка
ЭП 882-ВИ	РДС:электроды Э-10Х25Нl3Г2 ЦЛ-25, ЦТ-45, ЭА-400/10Т.АрДС:проволока Св-02ХI8М2Б-ВИ, аргон	372
ЭП 904-ВИ	РДС:электроды ЦТ-52	390	—
АрДС:проволока Св-02Х19Ю3Б-ВИ, аргон	372	5
15Х25Т	РДС:электроды 3иО-7, ЭА-48М/22, АНВ-9, АН9-10.АрДС:проволока Св-07Х25Н 13, аргонАДС:проволока Св-07Х25Н13,флюсы АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-16	440	5

Правильное использование сварки, а также точный расчет области применения в зависимости от марки способны обеспечить долговременное использование сталей ферритного типа.

Сегодня такая разновидность получила большое распространение в промышленности, часто встречается в различных областях производства материалов. При использовании материала и работе с ним рекомендуем ориентироваться на приведенные в тексте таблицы. Они помогут избежать распространенных ошибок, изменения свойств стали и поддержания высокого качества конечного продукта при его сварке, нагреве или охлаждении.

Источник: http://profnastil-perm.ru/ferritnye-stali/

Классификация нержавеющих сталей — аустенитная, ферритная, дуплексная, мартенситная

Аустенитная нержавеющая сталь содержит значительное количество хрома и достаточное для образования «аустенитной» микроструктуры количество никеля и марганца, которые и придают этим маркам стали хорошую формуемость, пластичность и коррозионную стойкость (а также делают сталь немагнитной).

Типичный состав аустенитной стали содержит 18% хрома и 8% никеля, что соответствует популярной «нулевой» («0») марки, согласно определению Американского института чугуна и стали (AISI). Данная марка известна в России как AISI 304, DIN 1.4301 и соответствует российскому аналогу 08Х18Н9.

Аустенитные марки стали отличаются высокой прочностью, имеют коррозионную стойкость в широком диапазоне агрессивных сред и отличаются хорошей технологичность и свариваемостью.

Ферритная нержавеющая сталь

Ферритные марки нержавеющей стали сходны по свойствам с низкоуглеродистой сталью, но обладают более высокой коррозионной стойкостью. Наиболее распространённые марки ферритной стали содержат в среднем 11% и 17% хрома. Первые обычно применяются в производстве выхлопных систем автомобилей, а вторые – в производстве кухонных приборов, стиральных машин, и архитектурного декора интерьеров.

АУСТЕНИТНО-Ферритная нержавеющая сталь (ДУПЛЕКСНАЯ)

Стали аустенитно-ферритного класса характеризуются высоким содержанием хрома (18-22%) и пониженным (экономным) содержанием никеля (4-6%, в отдельных случаях до 2%). Дополнительные легирующие элементы – молибден, медь, титан, ниобий. Химический состав этих сталей таков, что соотношение аустенита и феррита после оптимальной термической обработки составляет примено 1:1.

Данный класс сталей имеет ряд преимуществ по сравнению с аустенитным сталями: более высокая (в 1,5-2 раза) прочность при удовлетворительной пластичности и сопротивляемости действию ударных нагрузок, большая стойкость против межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания.

Они в основном используются в обрабатывающей промышленности, строительстве и в изделиях, контактирующих с морской водой.

Мартенситная нержавеющая сталь

Мартенситные, как и ферритные марки, содержат в среднем от 12% до 17% хрома, однако имеют более высокое содержание углерода. Эти стали применяют преимущественно в термически обработанном состоянии, часто с тщательно шлифованной, а иногда и полированной поверхностью. Они используются при производстве лопастей турбин, столовых приборов и бритвенных лезвий.

Таблица взаимного соответствия нержавеющих аустенитных сталей, специфицированных по стандартам JIS, W.-nr., DIN, BS, EN, AFNOR, UNI, UNE, SS, AISI/SAE (ANSI/ASTM), GB. Таблица взаимного соответствия нержавеющих ферритных и мартенситных сталей, специфицированных по стандартам JIS, W.-nr.

, DIN, BS, EN, AFNOR, UNI, UNE, SS, AISI/SAE (ANSI/ASTM), GB. Таблица взаимного соответствия легированных сталей, специфицированных по стандартам JIS, W.-nr., DIN, BS, EN, AFNOR, UNI, UNE, SS, AISI/SAE (ANSI/ASTM), GB.

Таблица взаимного соответствия жаропрочных сталей, специфицированных по стандартам JIS, W.-nr.

, DIN, BS, EN, AFNOR, UNI, UNE, SS, AISI/SAE (ANSI/ASTM), GB.

 

Источник: https://dpva.ru/guide/guidematherials/metalls/steelsandsteelalloys/stainlesssteels/ssclassification/

Нержавеющие хромистые (ферритные и мартенситные) стали

Нержавеющие (коррозионностойкие) и жаростойкие стали и сплавы, основа которых железо и никель — это важнейшая категория специальных конструкционных материалов, которая нашла применение во многих отраслях промышленности. Повышенная стойкость против равномерной коррозии в широкой гамме коррозионно-активных сред различной степени агрессивности — отличительная особенность нержавеющих и жаростойких сталей и сплавов.

https://www.youtube.com/watch?v=Wj3yX7R9dE4

Многие нержавеющие стали кроме того обладают стойкостью против специальных видов коррозии, таких как межкристаллитная, питтинговая, щелевая коррозии и коррозионное растрескивание.

Основной легирующий элемент, придающий стали коррозионную стойкость в окислительных средах это Cr — хром. Хром способствует образованию на поверхности нержавеющей стали защитной плотной пассивной пленки окисла Сr2O3. Достаточная для придания коррозионной стойкости нержавеющей стали толщина пленки образуется при добавлении к сплаву не менее 12,5% хрома. Хром и железо в сплаве образуют твердый раствор.

Стоимость хрома сравнительно невысока, он не является дефицитным компонентом. Поэтому хромистые нержавеющие стали относительно недорогие и, обладая достаточно хорошим комплексом технологических свойств, находят широчайшее применение в промышленности. Из хромистых нержавеющих сталей изготавливаются элементы оборудования, работающего при высоком давлении и температуре в условиях воздействия агрессивных сред.

Хром, которым легируются нержавеющие стали обеспечивает не только коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и формирует их структуру, механические и технологические свойства и жаропрочность. Образуемый хромом и железом непрерывный ряд твердых растворов при концентрациях начиная с 12,5% и выше, способствует формированию в хромистых нержавеющих сталях различной структуры, обеспечивающей многообразие их свойств.

Углерод в составе хромистых нержавеющих сталей

Кроме хрома на формирование физико-механических свойств хромистых сталей, значительное влияние оказывает содержание углерода. Структуру нержавеющей стали в зависимости от содержания углерода разделяют на три главных класса: мартенситная, мартенситно-ферритная и ферритная. Это нашло отражение в классификации нержавеющих сталей по ранее действующему ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные».

Углерод содержащийся в составе нержавеющей стали, в том числе и в хромистой, это нежелательный элемент. Углерод слишком активный компонент, связывая хром в карбиды, он обедняет твердый раствор, тем самым понижая коррозионную стойкость нержавеющей стали. Кроме того повышенное содержание углерода требует повышения температуры закалки до 975-1050оС, для более полного растворения карбидов хрома.

В качестве примера серьезного влияния углерода на структуру и свойства нержавеющей стали рассмотрим сталь с содержанием 18% Cr. Например сталь 95Х18 в составе которой содержится 0,9-1,0%С и имеющая структуру мартенсита, обладает высокой твердостью (>55HRC), но коррозионная стойкость ее умеренная. А нержавеющие стали 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т1, со структурой феррита, имеют наоборот, низкую твердость и высокие коррозионные свойства.

Мартенситно-ферритные нержавеющие стали

К этому классу относят стали с частичным γ→α превращением. Термокинетическая диаграмма у этих сталей состоит из двух областей превращения. При температурах >600оС при низкой скорости охлаждения возможно образование ферритной составляющей структуры. При большой скорости охлаждения

Источник: http://www.mpoltd.ru/poleznoe/206-nerzhaveyushchie-khromistye-ferritnye-i-martensitnye-stali.html

Высоколегированные стали с сопротивлением ползучести и жаропрочные стали

Хром – это основной легирующий элемент для получения коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей. При его содержании более 12.6% резко повышается электрохимический потенциал и сталь становится коррозионно-стойкой (нержавеющей).

Хром способствует образованию на поверхности металла плотной оксидной пленки, защищающей металл от окисления при высоких температурах, и придаёт стали жаростойкость (окалиностойкость). Чем больше в стали содержание хрома, тем выше жаростойкость. Поэтому в жаростойких ферритных сталях его содержание доводят до 13 — 27%.

Сталь 08Х13 применяют в условиях воздействия сернистых газов при температуре до 500°С, стали 08Х17Т, 12Х17 жаростойкие до 900°С, сталь 15Х25Т — до 1100°С Жаростойкость повышают также алюминий и кремний (сталь 15Х18СЮ).

Хром имеет решетку объемноцентрированного куба, изоморфную α — железу. В связи с этим он является основным стабилизатором ферритной структуры. При нагревании и охлаждении ферритные стали не претерпевают фазовых превращений и при охлаждении на воздухе сохраняют ферритную структуру.

Для получения жаропрочных свойств хромистые стали легируют карбидообразующими элементами вольфрамом, молибденом, ванадием и ниобием при некотором снижении содержания хрома до 11 — 12% (мартенситно-ферритные стали 14Х12В2МФ, 18Х11МНФБ).

Эти элементы увеличивают дисперсность карбидной фазы и устойчивость её против коагуляции и тем самым увеличивают эффект упрочнения и сохранения прочности при нагреве. Кроме того, при наличии этих элементов в стали образуется интерметаллидная фаза Fe2(W,Mo) в высокодисперсной форме.

Применяют ферритные стали при изготовлении бытовой техники, химаппаратуры, деталей газовых турбин и котельных установок.

Аустенитные стали

В аустенитных сталях наряду с хромом основным легирующим элементом является никель. Никель имеет плотноупакованную гранецентрированную кристаллическую решетку, изоморфную γ-железу. Поэтому никель, а также марганец, углерод и азот являются аустенизаторами.

Легирование сталей никелем в количестве более 8% стабилизирует аустенитную структуру. Аустенитные стали обладают высокой жаростойкостью до 1150°С, которая также как у ферритных сталей зависит от уровня легирования Cr, Si и Al (10X23h28, 08Х20Н14С2, 20Х25Н20С2).

Высокая жаропрочность в аустенитных сталях достигается за счет:

1) использования в основе аустенита вместо феррита; 2) упрочнения твердого раствора аустенита Fe-Cr-Ni элементами Мо и W; 3) дисперсионного упрочнения тела зерен мелкодисперсными карбидами, интерметаллическими соединениями типа Ni3(Ti, Al); 4) упрочнения границ зерен путем микролегирования поверхностно активными элементами (бор, редкоземельные металлы Се, Nd, La и др.);

5) ограничения содержания легкоплавких примесей свинца, олова, сурьмы, серы, фосфора и др., нейтрализация их вредного влияния.

Ферритные стали

Основные проблемы:

1) рост зерна в ЗТВ и охрупчивание, последующая термообработка не измельчает зерно и не устраняет хрупкость; 2) развитие межкристаллитной коррозии (МКК) при быстром охлаждении от температуры Т 900°С; МКК можно устранить отпуском при Т = 650 – 900°С или связыванием углерода в карбиды ниобия или титана;

3) охрупчивание в ЗТВ при повышенных тепературах вызывается образованием σ-фазы (интерметаллид Fe-Cr) в интервале температур Т = 650 — 850°С и развитие 475°С — ной хрупкости в интервале Т=450 — 525°С.

Эти явления усиливаются при увеличении содержания хрома в стали; 475°С — ная хрупкость устраняется путем закалки от Т = 700 — 800°С, а хрупкость от σ — фазы устраняют путем отжига при Т > 900°С.

Способы сварки и сварочные материалы

Наличие в сталях активных легирующих элементов Cr, Ti, AI обусловливает применение способов сварки и сварочных материалов, ограничивающих потери легирующих элементов: электроды с основным или фторидным типом покрытия, инертные Аr и Не или слабоокислительные смеси инертных и активных газов Аr + 1 — 3% O2 и Аr + 2 — 4% СO2, пассивные фторидные и основно-фторидные, малоактивные и активные низкокремнистые флюсы в зависимости от легирования.

Хромистая ферритная сталь, аустенитно-ферритная сталь, мартенситно-ферритная сталь

«Феррит» походит от латинского ferrum — железо. Это сплав, который состоит из углерода и легирующего элемента, имеющего объемно центрированную кубическую кристаллическую решётку и входящего в часть различных структур.

Ферритная сталь состоит из легированного феррита и карбида. Это низкоуглеродистая сталь с большим содержанием легированного элемента (ванадий, молибден, кремний и прочие). В зависимости от соотношения последнего к железу и углероду образуется легированный феррит, аустенит и цементит.

Ферритную структуру стали получают благодаря следующим ферритно-образующим элементам:Cr, Zr, Si, Nb, Al, W, Ti. Хром (Cr) создает защитный слой на поверхности, по этому ферритные стали называют хромистыми. Они относятся к нержавеющим сталям. Классификация стали.

 Разновидности ферритных сталей

Различают несколько видов ферритных сталей:

• Аустенитно-ферритные;
• Мартенситно-ферритные.

Аустенитно-ферритные — дуплексные высоколегированные стали, которые состоят из двух фаз: аустенита и феррита. Это заменители хромоникелевых сталей аустенитного класса. Имеют большое преимущество — высокую коррозийную стойкость даже в самых агрессивных средах, так как содержат не менее 20% хрома.

Так же они обладают высокой прочностью, устойчивостью против коррозии щелей, питтингообразования, коррозионного растрескивания. Заграницей аустенитно-ферритные стали применяют как материал, из которого изготавливают конструкции для теплообменной техники, что практически невозможно сделать из хромоникелевой стали.

Мартенситно-ферритные  стали получают путем двухфазового термокинетического преобазования. В зависимости от скорости охлаждения и температуры, с одной стороны создаётся ферритная составляющая, с другой аустенит превращается в мартенсит. Данные стали содержат приблизительно 14% хрома и обладают идеальной стойкостью к коррозиям. Их применяют в нефтехимической и др.

промышленностях. В частности энергетическое и нефтехимическое оборудование и различную аппаратуру производят из мартенситно-ферритной стали.

Недостатки и преимущества ферритных сталей

Себестоимость производства хромистой ферритной стали может варьироваться от низкой до высокой, в зависимости от используемых ферритно-образующих элементов и их количества в ферритной структуре.

Недорогие стали имеют свои недостатки:

1. хрупкость сварных соединений;
2. предрасположенность к росту зерна;
3. склонность к межкристаллитной коррозии;
4. она обладает магнитными свойствами (это недостаток сталей, которые относятся к ферритному классу)

Но, благодаря низким затратам на изготовление, эта сталь хорошо подходит для производства ненагруженных металлоизделий, фурнитуры, товаров массового потребления.

Эти недостатки устраняют за счет использования более дорогих легирующих элементов и других способов. Например легирование сварного шва титаном или ниобием делает соединение устойчивым к межкристаллитной коррозии.

Хромистая ферритная сталь может применяться в различных агрессивных средах, так как обладает высокой стойкостью к коррозиям. Многофункциональность, широкий диапазон применения дает этому металлу массу преимуществ. Он не содержит никель, что гарантирует стабильность цены. В соответствии с целями, задачами, назначением, производитель сам определяет, какую использовать марку стали ферритного класса.

Источник: https://vikant.com.ua/news/ferritnie_stali

Сварка аустенитно-ферритных нержавеющих сталей

» Статьи » Профессионально о сварке » Технологии сварки

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

К наиболее распространенным сталям аустенитно ферритного класса относятся стали типа 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 03Х23Н6, 08Х18Г8Н2Т, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2.  Микроструктура хромоникелевой стали 08Х22Н6Т и хромо-никель-молибденовой 08Х21Н6М2Т представлена на рис 18.1. Количество аустеннтной и ферритной фаз в сталях этого класса колеблется обычно в пределах 40—60 % Химический состав аустеннтно ферритных сталей приведен в табл 18.1, механические свойства — в табл. 18.2.

Аустенитно-ферритные стали имеют относительно высокие пределы те кучести и прочности прн удовлетворительных пластичности и ударной вяз кости, а также высокую коррозионную стойкость и хорошую свариваемость Это позволяет сократить удельный расход металла при изготовлении химической аппаратуры, рассчитываемой на прочность, благодаря уменьшению толщины листа Согласно диаграмме состояний сплавы Fe—Cr—Ni обладают некоторыми характерными особенностями область существования двухфазной аустенитно ферритной структуры в них находится в интервале температур 20—1350 °С, при нагреве стали выше температуры 1100°С аустенит превращается в феррит и тем интенсивнее, чем выше температура и длительность нагрева, при температуре выше 1200 °С происходит полное γ→α превращение, при последующем охлаждении происходит обратное превращение феррита в аустенит. Конечное соотношение количества структурных составляющих зависит от скорости охлаждения стали При изотермической выдержке в области температур 700—800 °С в стали возможно образование хрупкой составляющей σ фазы. Аустенитно-ферритиые стали поставляются в закаленном состоянии с температур 950— 1050 °С. Разница по содержанию Сг и Ni между аустенитной и ферритной фазами составляет 2—5%. Аустенитно-ферритные стали теряют вязкость при нагреве их в интервале температур 450—650 °С Это связано с тем, что хрупкость, обусловленная выделением карбидов, усиливается действием так называемой 475° хрупкости.

Примерное назначение и температура эксплуатации аустенитно-ферритных сталей указаны в таблице 18.3.

Свариваемость сталей

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной склонностью к росту зерна в зоне термического влияния при воздействии сварочного термического цикла. Наряду с ростом ферритных зерен возрастает общее количество феррита. Последующим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура.

Размеры зерна и количество феррита, а также ширина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки,соотношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву. Соотношение количества структурных составляющих (γ- и α-фаз) в исходном состоянии в значительной степени зависит от содержания в стали Ti.

Количеством титана в стали также определяется устойчивость аустенитной фазы против γ→δ-превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ti, тем чувствительнее сталь к перегреву (рис. 18.2).

Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязкости металла околошовной зоны и угла загиба сварных соединений аустенитно-ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие Ti,— это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.

Технология сварки и свойства соединений

Аустенитно-ферритные стали можно сваривать как ручной и механизированной электродуговой сваркой, так и другими способами сварки (электроннолучевой, электрошлаковой), плазменнодуговой и др.). Предпочтительнее способы сварки с невысокими погонными энергиями. Техника и режимы сварки аустенитно-ферритных сталей не отличаются от общепринятых для всего класса нержавеющих сталей.

При выборе видов швов сварных соединений рекомендуется руководствоваться ГОСТ 5264—69, ГОСТ 8713—70, ГОСТ 14771—69, ОСТ 26-291—71 и стандартами предприятий. Подготовка кромок под все виды сварки производится механическим способом, чтобы исключить возникновение зон термического влияние (ЗТВ), снижающих регламентированные свойства сварных соединений.

Сварочные материалы, применяемые для сварки аустенитно-ферритных сталей, приведены в табл. 18.4 и 18.5. Швы соединений, выполненные указанными сварочными материалами, имеют аустенитно-ферритную структуру. Количество ферритной фазы в швах составляет 15— 60 % и зависит не только от применяемых сварочных материалов, но и от доли участия свариваемого металла в металле шва, от колебаний химического состава в пределах марки.

Самый высокий процент ферритной фазы в швах наблюдается при автоматической сварке под флюсом встык без разделки кромок проволокой Св-06Х21Н7БТ. Благодаря высокому содержанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против образования горячих трещин. Изменение содержания ферритной фазы в шве за счет легирования или термообработки приводит к существенному изменению его механических свойств.

Пределы текучести и прочности при достаточно высокой пластичности и вязкости шва достигают максимума при равном процентном содержании в нем аустенитной и ферритной фаз.

Механичекие свойства сварных соединений

Механические свойства швов и соединений, выполненных сварочными материалами, указанными в табл. 18.4 и 18.5, приведены в табл. 18.6. Анализ механических свойств показывает, что самую высокую прочность швов при автоматической сварке под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей можно получить, применяя проволоку Св-06Х21Н7БТ (ЭП500), а хромоникельмолибденовых — проволоку Св-06Х20Н11МЗТБ (ЭП89).

Сочетание достаточно высокой прочности и пластичности достигается при применении для автоматической сварки под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей проволоки Св-03Х21Н10АГ5 (ЭК-91), а для хромоникельмолибденовых — проволоки Св-03Х19Н15Г6М2АВ2 (ЧС-39). Эти проволоки предпочтительнее применять при сварке стали значительных (>10 мм) толщин встык, без разделки кромок.

Для улучшения пластичности сварных соединений аустенитно-ферритных сталей, если позволяют габариты изделий, можно проводить термообработку — закалку от 1000 °С с охлаждением в воде.

Коррозионная стойкость сварных соединений

При сварке изделий, к сварным швам которых предъявляются требования стойкости к межкристаллитной коррозии, слой шва, обращенный к агрессивной среде, должен выполняться последним. В связи с тем, что аустенитно-ферритные стали подвержены охрупчиванию в интервале температур 450—500 и 650— 800 °С, особое внимание при их сварке необходимо обращать на строгое соблюдение режимов сварки и охлаждения изделий.

При сварке изделий из металла толщиной 16—20 мм рекомендуется применять обработку границ швов с основным металлом сваркой аргонодуговым способом. Получаемый при этом местный нагрев с малой погонной энергией (q=4200 Дж/см2) участка крупного зерна ЗТВ до расплавления приводит при охлаждении к образованию мелкозернистой ферритной структуры с аустенитными прослойками по границам зерен.

Металл с такой структурой пластичнее крупнозернистого феррита, образующегося при сварке в ЗТВ и более коррозионностоек.

При соотношении аустенитной и ферритной фаз, близком к единице, швы стойки как против межкристаллитной, так и против структурно-избирательной коррозии.

Такая зависимость коррозионной стойкости от соотношения структурных составляющих объясняется тем, что при 40—60 % α-фазы размеры зерен феррита и аустенита примерно одинаковы, а химическая неоднородность по Cr и Ni между фазами минимальна (рис. 18.3).

При уменьшении количества аустенитной фазы в шве или околошовной зоне до 20 % и менее в металле проявляется склонность к межкристаллитной коррозии. Отпуск сварных соединений при 850 °С предотвращает межкристаллитную коррозию сварных соединений.

Структурно — избирательную коррозию можно объяснить разностью электродных потенциалов аустенита и феррита в двухфазном металле, а также разностью поверхностей структурных составляющих в местах контактирования с агрессивной средой.

Электродные потенциалы между структурными составляющими в агрессивной среде могут отличаться при разном содержании в них легирующих элементов, обусловливающих коррозионную стойкость металла в данной среде.

В окислительных средах (азотная кислота) пассивирующая способность и, следовательно, коррозионная стойкость аустенитной и ферритной фаз металла зависят главным образом от содержания Cr, а в неокислительных (растворах серной кислоты) от содержания Ni и Мо. За ухудшение коррозионной стойкости аустенитно-ферритного металла всегда ответственна аустенитная фаза.

Кроме того, в соединениях аустенитно-ферритных сталей всегда имеются участки, отличающиеся по своему электродному потенциалу. Это шов, ЗТВ, основной металл. Такое соединение в электролите представляет собой многоэлектродную систему с несколькими катодами и анодами. Преимущественному растворению в электролите будет подвергаться та часть системы, которая в данном электролите будет иметь наиболее отрицательный электродный потенциал, т. е. будет катодом.

Установлено отрицательное влияние кремния и ванадия в сварочном шве на коррозионную стойкость в окислительных средах сварных соединений из аустенитно-ферритных сталей.

Таким образом, при выборе присадочного материала необходимо стремиться обеспечить равенство не только механических свойств шва и основного металла и стойкость шва против межкристаллитной коррозии, но и равенство общей коррозионной стойкости металла всех зон сварного соединения.

Необходимо учитывать влияние карбидообразующих элементов (Ti и Nb) на свойства швов в соединениях аустенитно-ферритных сталей, так как для обеспечения стойкости против межкристаллитной коррозии при содержании углерода >0,07 % необходимы стабилизаторы (карбидообразующие элементы).

Сталь 08Х22Н6Т стойка в азотной кислоте: 65%-ной концентрации до температуры 50 °С, в 56%-ной до температуры 70 °С, в 30%-ной до температуры кипения. Сталь 08Х21Н6М2Т стойка в муравьиной кислоте независимо от концентрации при температурах до 60 °С, в 30%-ной кипящей и в 85%-ной фосфорной кислоте при T≤80°С, в 10%-ной серной кислоте.

Волченко В.Н. «Сварка и свариваемые материалы».

Источник: https://www.autowelding.ru/publ/1/1/svarka_austenitno_ferritnykh_nerzhavejushhikh_stalej/2-1-0-294

Разница между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью

Ключевое различие между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью заключается в том, что кристаллическая структура аустенитной нержавеющей стали представляет собой гранецентрированную кубическую структуру, тогда как кристаллическая структура мартенситной нержавеющей стали представляет собой объемно-центрированную кубическую структуру.

Существует четыре основных группы нержавеющей стали в зависимости от кристаллической структуры стали: аустенитная, ферритная, мартенситная и двухфазная. Микроструктура этих сплавов зависит от присутствующих в них легирующих элементов. Таким образом, эти сплавы также имеют различные легирующие элементы.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое Аустенитная нержавеющая сталь
3. Что такое Мартенситная нержавеющая сталь
4. В чем разница между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью
5. Заключение

Что такое аустенитная нержавеющая сталь?

Аустенитная нержавеющая сталь — это форма сплава нержавеющей стали, которая обладает исключительной коррозионной стойкостью и впечатляющими механическими свойствами. Первичная кристаллическая структура этого сплава представляет собой гранецентрированную кубическую структуру, в которой содержится «аустенит» (металлический и немагнитный аллотроп железа или твердый раствор железа с легирующим элементом).

Структура аустенитной нержавеющей стали

Кроме того, этот материал имеет лучшую прочность, ударную вязкость, формуемость и пластичность. Аустенитная нержавеющая сталь применяется в криогенных (низких) и высокотемпературных устройствах.

Эта сталь имеет гранецентрированную кубическую структуру, в которой есть один атом в каждом углу куба, и есть один атом в каждой грани (в центре грани). Аустенитная структура образуется, когда достаточное количество никеля смешивается с железом и хромом.

Обычно этот материал содержит около 15% хрома и от 8 до 10% никеля.

Что такое мартенситная нержавеющая сталь?

Мартенситная нержавеющая сталь — это сплав, который содержит больше хрома и обычно не содержит никеля. И этот материал может быть или высокоуглеродистой или низкоуглеродистой сталью. Кроме того, он содержит 12% железа, 17% хрома и 0,10% углерода. Примечательными свойствами этого материала являются высокие механические свойства и износостойкость.

Пинцет из мартенситной нержавеющей стали

Кристаллическая структура мартенситной нержавеющей стали представляет собой объемно-центрированную кубическую структуру. Здесь каждый угол куба содержит атомы, и в центре куба есть один атом. В составе этой стали никель отсутствует. Кроме того, этот материал является ферромагнитным, отверждаемым при термообработке, меньшей коррозионной стойкостью и т.д.

Структура мартенситной нержавеющей стали

В чем разница между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью?

Аустенитная нержавеющая сталь — это форма сплава нержавеющей стали, которая обладает исключительной коррозионной стойкостью и впечатляющими механическими свойствами, в то время как мартенситные нержавеющие стали — это сплав, в котором больше хрома и обычно в нем нет никеля.

Ключевое различие между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью состоит в том, что кристаллическая структура аустенитной нержавеющей стали представляет собой гранецентрированную кубическую структуру, тогда как для мартенситной нержавеющей стали это объемно-центрированная кубическая структура.

Кроме того, еще одно различие между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью состоит в том, что аустенитная нержавеющая сталь содержит никель, а мартенситная нержавеющая сталь — нет. никеля в аустенитной нержавеющая стали составляет от 8 до 10%. Кроме того, аустенитная нержавеющая сталь является диамагнитной, а мартенситная форма — ферромагнитной.

Аустенитная нержавеющая сталь — это тип сплава нержавеющей стали, которая обладает исключительной коррозионной стойкостью и впечатляющими механическими свойствами, в то время как мартенситные нержавеющие стали — это сплав, в котором больше хрома и обычно в нем нет никеля.

Ключевое различие между аустенитной и мартенситной нержавеющей сталью состоит в том, что кристаллическая структура аустенитной нержавеющей стали является гранецентрированной кубической структурой, тогда как кристаллическая структура мартенситной нержавеющей стали является объемно-центрированной кубической структурой.

Источник: https://raznisa.ru/raznica-mezhdu-austenitnoj-i-martensitnoj-nerzhavejushhej-stalju/