Аустенитная сталь

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.

Изделия из аустнитных сталей

Полуфабрикаты, в которых поставляется сталь, представляет собой:

• Листы, толщиной 4-50 мм с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.
• Поковки. Ввиду сложной обработки этих сталей методом сварки, изготовление некоторых деталей представляет собой получение практически готовых изделий уже на этапе литья. Это роторы, диски, турбины, трубы двигателей.

Методы соединения аустенита:

• Припой – очень сильно ограничивает использование металла при t более 250 °С;
• Сваривание – возможно в защитной атмосфере (газовой, флюсовой), при последующей термической обработке.
• Механическое соединение – болты и другие крепежные элементы, изготовленные из аналогичного материала.

Аустенитные стали одни из самых дорогих технических сталей, использование которых ограничивается узкой специализацией оборудования.

Выше определённого содержания марганца, никеля или некоторых других элементов γ-состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления. Такие высоколегированные железные сплавы называют аустенитными сталями. В отличие от других железных сплавов аустенитные стали (и ферритные) не имеют превращений при нагревании и охлаждении . Поэтому термическую обработку для упрочнения аустенитных сталей не применяют.

Т.е. структура аустенита получается при высоком содержании в стали легирующего элемента, расширяющего область γ-фазы (Ni, Mn и др.), в этом случае сталь называют аустенитной или сталью аустенитного класса

.

В аустенитных сталях хром обеспечивает жаростойкость и коррозионную стойкость, никель стабилизирует аустенитную структуру и повышает жаропрочность, пластичность и технологичность, в том числе – при высоких и низких температурах, что объясняет широкое применение аустенитных сталей, как конструкционных материалов для самых разных условий (агрессивные среды, высокие температуры и пр.).

ГОСТы

Изготовление аустенита регулируется с помощью законодательным норм, правил, законов. Основные нормы перечислены в следующих нормативных документах — ГОСТ 5632-2014, ГОСТ 11878-66, ГОСТ Р ИСО 4136-2009.

Эти документы определяют все основные моменты, которые касаются аустенитных сталей — изготовление, маркировка, категории, марки, особенности транспортировки и так далее.

В соответствии с нормами ГОСТ для определения содержания ферритных (железных) компонентов в каких-либо изделиях на основе аустенита может применяться металлография либо магнитная технология. Для проведения проверки из аустенита вырезаются небольшие прутки (не менее 2 штук).

Алгоритм проверок

• Определение содержания железа методом металлографии. На прутках делаются небольшие шлифы, которые подвергаются электролизу или химическому травлению. После этого шлифы помещаются под мощный микроскоп, где визуально определяются содержание железистых соединений. По результатам исследований выставляется оценка, которая определяет концентрацию железа в основном сплаве. Чтобы увеличить точность исследований, рекомендуется взять несколько независимых проб с нескольких прутков.
• Определение содержания железа магнитным методом. На прутках делаются микрошлифы, которые проходят шлифовку, зачистку с помощью абразивных материалов. После этого проводится серия замеров с помощью ферритометров, обладающих высоким порогом чувствительности. Минимальное количество замеров — 40 штук. В конце полученные сведения обрабатываются с помощью методов математической статистики и моделирования. Для увеличения точности исследования рекомендуется взять несколько независимых проб.

Сплавы, устойчивые к коррозии и перепадам температур

Широкий спектр добавок позволяет создать особые стали, которые будут применены для изготовления компонентов конструкций и будут работать в криогенных, высокотемпературных и коррозионных условиях. Поэтому составы разделяют на три типа:

• Жаропрочные и жаростойкие.
• Стойкие к коррозии.
• Устойчивы к воздействию низких температур.

Жаростойкие сплавы не разрушаются под влиянием химикатов в агрессивных средах, могут использоваться при температуре до +1150 градусов. Из них изготавливают:

• Элементы газопроводов;
• Арматуру для печей;
• Нагревательные компоненты.

Жаропрочные марки на протяжении длительного времени могут оказывать сопротивление нагрузкам в условиях повышенных температур, не теряя высоких механических характеристик. При легировании используются молибден и вольфрам (на каждое дополнение может отводиться до 7%). Для измельчения зерен в небольших количествах применяется бор.

Аустенитные нержавеющие стали (стойкие к коррозии) характеризуются незначительным содержанием углерода (не более 0,12%), никеля (8−30%), хрома (до 18%). Проводится термическая обработка (отпуск, закалка, отжиг). Она важна для изделий из нержавейки, ведь дает возможность хорошо держаться в самых разных агрессивных средах — кислотных, газовых, щелочных, жидкометаллических при температуре 20 градусов и выше.

У хладостойких аустенитных композициях содержится 8−25% никеля и 17−25% хрома. Применяют в криогенных агрегатах, но стоимость производства существенно возрастает, потому используются очень ограниченно.

Свойства термической обработки

Жаростойкие и жаропрочные марки могут подвергаться разным типам тепловой обработки, чтобы нарастить полезные свойства и модифицировать уже имеющуюся структуру зерен. Речь идет о числе и принципе распределения дисперсных фаз, величине блоков и собственно зерен и тому подобное

Отжиг такой стали помогает уменьшить твердость сплава (иногда это важно при эксплуатации), а также устранить излишнюю хрупкость. В процессе обработки металл нагревается до 1200 градусов на протяжении 30−150 минут, потом его необходимо как можно быстрее охладить

Сплавы со значительным количеством легирующих элементов, как правило, охлаждаются в маслах или на открытом воздухе, а более простые — в обычной воде.

Нередко проводится двойная закалка. Сначала выполняют первую нормализацию составов при температуре 1200 градусов, затем следует вторая нормализация при 1100 градусах, что позволяет значительно увеличить пластические и жаропрочные показатели.

Добиться повышения жаропрочности и механической прочности можно в процессе двойной термической обработки (закалка и старение). До эксплуатации проводится искусственное старение всех жаропрочных сплавов (то есть выполняется их дисперсионное твердение).

Химический состав в % стали 08Х18Н10Т

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

V

Ti

Cu

W

Fe

<0,08

<0,8

<2,0

<0,035

<0,02

17,0-19,0

<0,3

9,0-11,0

<0,2

<0,7

<0,4

<0,2

Остальное

Химический состав, это основное, от чего зависят характеристики стали 08Х18Н10Т.

Основной элемент в сплаве – углерод, его содержание в данной стали – 0,08 %. Чтобы повысить эксплуатационные свойства, в сплав вводят хром – от 17 до 19 %. Процентное содержание никеля – 9–11 %. В составе сплава данной стали есть кремний, марганец и молибден в небольшой концентрации – до 0,9%. Титан в количестве 0,7% значительно меняет свойства стали 08Х18Н10Т.

Влияние химсостава на свойства стали

Все свойства стали 08Х18Н10Т

, зависят от введения в сплав достаточно большого процента хрома и никеля. При этом необходимо учитывать, что большая концентрация хрома значительно повышает коррозионную стойкость. А большой процент никеля отражается негативно на эксплуатационных характеристиках. Углерод, являющийся основным элементом, при низком содержании может ухудшить показатели твердости и прочности, но повысить свариваемость.

Аустенитная сталь: особенности и характеристики

Аустенитные стали имеют ряд особых преимуществ и могут применяться в рабочих средах, отличающихся значительной агрессивностью. Без таких сплавов не обойтись в энергетическом машиностроении, на предприятиях нефтяной и химической промышленности.

Аустенитные стали — это стали с высоким уровнем легирования, при кристаллизации образуется однофазная система, характеризуемая кристаллической гранецентрированной решеткой. Такой тип решеток не меняется даже под воздействием очень низких температур (около 200 градусов Цельсия). В отдельных случаях имеется еще одна фаза (объем в сплаве не превышает 10 процентов). Тогда решетка получится объемноцентрированной.

Пищевая нержавейка по ГОСТ

Официального понятия как пищевая или техническая нержавейка не существует. Так называют любую марку, которая подходит для изготовления посуды. Требования к изделиям, предназначенных для контакта с продуктами, изложены в ГОСТ 27002-86.

В перечень возможных сплавов входят марки с количеством углерода не менее 12 %, хрома не менее 13 %, возможно наличие никеля в количестве 5-13 %, а также молибдена около 2 %.

На их выбор влияют следующие критерии:

• будет ли использоваться посуда для тепловой обработки;
• насколько длительным предполагается контакт.

Также не существует сплавов, которые используются только для изготовления посуды, столовых приборов и т. д. Из одной и той же марки могут изготавливать и посуду, и трубы и инструменты. При этом и окончательная термомеханическая обработка может применяться одинаковая.

Предпочтительно из нержавейки 12Х13 делают посуду, не контактирующую длительное время с продуктами, не подвергающуюся ударам и нагреву.

Марки стали для пищевой принадлежности

Классификация марок проводится по сериям, которые указывают на внутреннюю структуру после окончательной термомеханической обработки изделия.

Существует 3 серии, которые и определяют свойства нержавейки:

400 серия

— мартенситно–ферритная нержавейка. Их отличает высокая технологичность, т. е. хорошая обрабатываемость давлением (прокат, штампование), свариваемость. Эти марки содержат 8-40 % (в среднем 12 %) углерода, а основной и единственный легирующий элемент это хром, содержаться в количестве 13 % (не менее).

Нержавейка с содержанием хрома 13-17 % имеет ряд недостатков: они относятся к слабо ржавеющим, так как при длительном контакте с водой или слабо агрессивными кислотами на поверхности может появляться точечная коррозия.

Всю эту серию нельзя использовать для изделий, подвергающихся низким температурам (ниже -40 ºС) и ударным нагрузкам.

Ценовая доступность и высокая обрабатываемость делают эти марки востребованными для изготовления технических деталей, элементов конструкций, трубопроводов. Не составляют исключение и столовые приборы (вилки, ложки), подставок, блюд, подсвечников.

Российская классификация	Европейский аналог
08Х13	AISI 409
12Х13	AISI 410
20X13, 40X13	AISI 420

12X17AISI 430 — используется для изготовления посуды, столовых приборов и пр. ограниченно используемых для контакта с пищей и не предназначенных для тепловой обработки.

300 серия

— аустенитнаяе, аустенитно–ферритная и аустенитно–мартенситная нержавейка. Все марки этой серии обладают повышенной коррозионной стойкостью при температурах до 600 ºС (при добавлении легирующих элементов температурная граница повышается до 800-1100 ºС), прочностью.

В качестве второго легируемого элемента присаживается никель в количестве 5-13 %, который и способствует получению аустенитной структуры, а для увеличения прочности добавляют до 2 % молибдена и/или 1 % титана.

Серию начинает универсальная нержавейка, которая известна во всех сферах человеческой деятельности:

08Х18Н10 — хромоникелевая. Наиболее часто, используемая сталь в пищевой промышленности.

Из-за полной инертности к воде и слабо агрессивным кислотам получила название «пищевая», если в этом сплавке увеличить содержание углерода до 12 %, то название будет звучать, как «сталь медицинская».

Интенсивно используется в химической, медицинской отраслях.

10Х17Н13М2 — хромоникель-молибденовый сплав.

Присадка 2% молибдена делает его прочным и износостойким. Его так же используют для изделий, контактирующих с пищей, но уже при высоких температурах и давлении. Это могут быть паровые котлы, системы труб для транспортировки жидких сред. Для промышленности из этого сплава делают газовые турбины.

10Х17Н13М2Т — предыдущий сплав с добавлением титана.

Титан увеличивает рабочую температуру до 800-1100 ºС и возможность работать в агрессивных средах с хлором. Используется в ответственных системах для изготовления бесшовных труб, а также запорной и соединительной арматур к ним.

Российская классификация	Европейский аналог
10Х17Н13М2	AISI 316
10Х17Н13М2T	AISI 316 T
12-08Х1810Т	AISI 321

200 серия

— с преобладанием только структуры аустенита. По свойствам она похожа на обе предыдущие серии, но по стоимости гораздо дешевле 300 серии.

12Х15Г9НД — в этой марке (она пока единственная) никель и молибден заменен двумя элементами, сбалансированными по отношению друг к другу: марганцем и медью. Высокая технологичность и низкая стоимость (относительно хромоникелевых марок) выгодно выделяет эту серию.

Российская классификация	Европейский аналог
12Х15Г9НД	AISI 201

Структурные изменения в металле при сварке аустенитных хромистых сталей

При сварке аустенитных сталей в зоне нагрева происходит рост зёрен. И происходит он более плавно, по сравнению с нелегированными конструкционными сталями. Но, если присутствует препятствие для этого в виде карбидной фазы, то рост зёрен в не происходит.

Мартенситная нержавеющая сталь

Их большим преимуществом является их очень хорошая коррозионная стойкость к растворам соли, мяса и крови и часто очищаются. Мартенситные стали являются ферромагнитными, имеют хорошие механические свойства и относительно высокую коррозионную стойкость — при содержании углерода до 0, 15% при содержании хрома от 11, 5 до 13, 5%.

В пищевой промышленности они используются в слабых агрессивных средах с требованиями к сварке, например, с рабочими столами. Значительным недостатком ферритных сталей является их риск царапания при высоких температурах. Сварка нержавеющих сталей является сложной задачей, поскольку они имеют более высокое тепловое расширение, более высокое электрическое сопротивление, но более низкую теплопроводность. По этой причине мы должны подойти к каждому типу стали индивидуально. Тем не менее, существуют определенные правила и рекомендации по улучшению свариваемости отдельных видов коррозионно-стойких материалов.

В зоне перегрева, помимо роста зёрен, растворяется карбидная фаза, в большинстве своём, это карбид Cr23 C6 . Кроме карбидов хрома образуются также карбиды других, стабилизирующих металлов — титана, ниобия и ванадия. Кроме карбидов Cr23 C6 появляются нитриды хрома Cr2 N и карбиды Cr7 C3 . Растворение части карбидов приводит к тому, что по границам зёрен формируются тонкие плёнки этих карбидов. Из-за этого сталь сильно подвержена межкристаллитной коррозии.

Условием пассивации является минимальное содержание хрома более 12% в твердом растворе α или γ. Согласно химическому составу мы делим нержавеющие стали на. Хромистой стали, хромоникелевой стали, хромомолибденовой стали, хромомарганцевой стали. С микроструктурной точки зрения мы делим нержавеющие стали на.

• Мартенситная, ферритная, аустенитная, дуплексная.
• Ферритная аустенитная, мартенситная аустенитная, мартенситная ферритная.

Эти стали свариваются в трудном, отожженном или жестком состоянии. Целью этой термообработки является выпуск мартенсита и тем самым снижение его твердости и прочности.

Этих превращений можно избежать при стабилизации стали. Но в случае применения таких видов сварки, как электрошлаковая сварки, или же сварка под флюсом (высокопроизводительная), даже стабилизация не решает проблему межкристаллитной коррозии.

Повысить прочность металла сварных швов можно с помощью добавления небольшого количества азота.

Это также связано с частичным увеличением пластичности и вязкости. Эти стали могут быть сварены с использованием аустенитных, но также ферритных вспомогательных сварочных материалов. В то же время рекомендуется использовать дополнительные сварочные материалы меньшего диаметра, чтобы следующий слой можно было использовать для нагрева предыдущего слоя. Если после сварки невозможно обеспечить термообработку, сварочные поверхности рекомендуется сваривать с аустенитным материалом. При сварке необходимо минимизировать вход тепла.

Сварка подвергается термообработке и готовится новая поверхность сварки. Затем мы свариваем без необходимости предварительного нагрева и окончательной термообработки. Пример микроструктуры коррозионностойкой мартенситной стали показан на рисунке. Другая проблема, которая может возникнуть, заключается в том, что для этого типа стали образование фазы δ и восприимчивость к межзеренной коррозии. Вопрос об этих проблемах будет рассмотрен ниже.

Физические свойства нержавеющей стали

Патент на нержавеющую сталь был выдан в 1913 г. в Великобритании. Ее создателем стал металлург Гарри Бреарли. Изобретение дало огромный толчок в развитии сталелитейной и иных отраслей промышленности.

Свою популярность нержавеющая сталь получила благодаря большому многообразию физических свойств, в том числе антикоррозийных. Новые стали изготавливаются с добавлением к основному компоненту разного рода примесей. Физические свойства нержавейки зависят от типа и объема добавок.

При длительной эксплуатации ряд марок нержавеющей стали может поддаваться коррозии. На это оказывают влияние примеси различных металлов, входящих в ее состав. Однако такие сплавы имеют и ряд достоинств, благодаря которым вероятность окисления уже не имеет столь серьезного значения.

Главными физическими свойствами нержавейки, отличающими ее от некоторых иных металлов, являются:

• Прочность. Данное качество стали позволяет производить продукцию, выгодно отличающуюся от аналогов. Стойкость к физическим нагрузкам не дает деформироваться изделию, надолго сохраняя его первоначальный вид. Надежность качественной нержавейки сохраняется до 10 лет.
• Стойкость к воздействию агрессивной среды. Внешние условия практически не оказывают влияния на материал, что дает возможность долго его эксплуатировать с сохранением всех свойств.
• Жаропрочность. Все изделия из данного металла имеют высокую стойкость к температурному воздействию, в том числе при прямом нагревании огнем. Они не изменяют свои размеры, форму, а также свойства в случае больших температурных перепадов.
• Экологическая безопасность. Антикоррозийные свойства материала не дают ему окислиться. В состав металла не входят вредные для здоровья компоненты, что дает возможность использовать его в пищевой промышленности.
• Противокоррозийные свойства. Они являются основными для нержавеющей стали и не дают ржавчине появиться на металле. Более того, даже щелочи и кислоты не могут повлиять на возникновение коррозии.
• Внешний вид изделий. Он сильно отличается от продукции, изготовленной из иных металлов. Поверхность изделий долго продолжает оставаться блестящей и чистой.
• Податливость. Обработка нержавейки происходит достаточно просто. Из данного металла несложно изготовить изделие необходимой формы.

Перед выбором металла с заданными физическими свойствами следует определить цели, для которых он необходим. Ученые разработали множество различных компонентов и примесей, которые помогают сделать металл с заданными характеристиками.

Рубрикатор

Имеет место при нагреве закаленных сталей. Превращение связано с диффузией углерода.

Мартенсит закалки неравновесная структура, сохраняющаяся при низких температурах. Для получения равновесной структуры изделия подвергают отпуску.

При нагреве закаленной стали происходят следующие процессы.

При нагреве до 200°C происходит перераспределение углерода в мартенсите. Образуются пластинки — карбидов толщиной несколько атомных диаметров. На образование карбидов углерод расходуется только из участков мартенсита, окружающих кристаллы выделившихся карбидов. Концентрация углерода на этих участках резко падает, тогда как удаленные участки сохраняют концентрацию углерода. В стали присутсвуют карбиды и два -твердых раствора мартенсита (с высокой и низкой концентрацией углерода. Такой тип распада мартенсита называется прерывистым. Скорость диффузии мала, карбиды не увеличиваются, распад мартенсита сопровождается зарождением новых карбидных частиц. Таким образом имеем структуру с неравномерным распределением углерода — это мартенсит отпуска. При этом несколько снижается тетрагональность решетки.

При нагреве до 300°C идет рост образовавшихся карбидов. Карбиды выделяются из мартенсита и он обедняется углеродом. Диффузия углерода увеличивается и карбиды растут в результате притока углерода из областей твердого раствора с высокой его концентрацией. Кристаллическая решетка карбидов когерентно связана с решеткой мартенсита.

В высокоуглеродистых сталях аустенит остаточный превращается в мартенсит отпуска. Наблюдается снижение тетрагональности решетки и внутренних напряжений. Структура мартенсит отпуска:

При нагреве до 400°C весь избыточный углерод выделяется из . Карбидные частицы полностью обособляются, приобретают строение цементита, и начинают расти. Форма карбидных частиц приближается к сферической.

Высокодисперсная смесь феррита и цементита называется троостит отпуска;

При нагреве выше 400°C изменение фазового состава не происходит, изменяется только микроструктура. Имеет место рост и сфероидизация цементита. Наблюдается растворение мелких и рост крупных карбидных частиц.

При температуре 550…600°C имеем сорбит отпуска. Карбиды имеют зернистое строение. Улучшаются свойства стали.

При температуре 650…700°C получают более грубую ферритно- цементитную смесь — перлит отпуска (зернистый перлит).

Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска

При разработке технологии необходимо установить:

• режим нагрева деталей (температуру и время нагрева);
• характер среды, где осуществляется нагрев и ее влияние на материал стали;
• условия охлаждения.

Режимы термической обработки назначают в соответствии с диаграммами состояния и диаграммой изотермического распада аустенита.

Нагрев может осуществляться в нагревательных печах, топливных или электрических, в соляных ваннах или в ваннах с расплавленным металлом, пропусканием через изделие электрического тока или в результате индукционного нагрева.

С точки зрения производительности, нагрев с максимальной скоростью уменьшает окалинообразование, обезуглероживание и рост аустенитного зерна. Однако необходимо учитывать перепад температур по сечению, что ведет к возникновению термических напряжений. Если растягивающие напряжения превысят предел прочности или предел текучести, то возможно коробление или образование трещин.

Рис. 13. 4. Левый угол диаграммы состояния железо — цементит и температурные области нагрева при термической обработке сталей

Скорость нагрева тем выше,чем менее легирована сталь, однороднее ее структура, проще конфигурация.

Скорость нагрева принимается 0,8…1 мин на 1 мм сечения. Время выдержки принимается около 20 % от времени нагрева.

Среда нагрева при нагреве в печи с газовой средой.

Составляющие могут оказывать на сталь различное действие:

• окисляющее (О2, СО2, Н2О);
• восстанавливающее (СО, СН4);
• обезуглероживающее (О2, Н2);
• науглероживающее (СО, СН4);
• нейтральное (N2, инертные газы).

Окисление с образованием окалины , препятствует получению высокой и равномерной твердости при закалке, приводит к изменению размеров, требует увеличения припусков на механическую обработку.

Обезуглероживание (выгорание углерода в поверхностном слое металла) способствует появлению мягких пятен при закалке и возникновению растягивающих напряжений в поверхностном слое, снижающих усталостную прочность.

На рис. 13.4 показаны температурные области нагрева при термической обработке сталей.

Какие стали относятся к аустенитным, и какими свойствами они обладают

В энергетическом машиностроении, на предприятиях химической и нефтяной промышленности элементы оборудования, находящиеся в прямом контакте с агрессивными средами, должны быть выполнены из специального материала, который способен выдерживать негативное воздействие. Согласно современным технологиям, используются аустенитные стали, марки их выбираются в соответствии с производственными задачами.

Это высоколегированный материал, который в процессе кристаллизации формирует 1-фазную структуру. Его характеризует гранецентрированная кристаллическая решетка, которая сохраняется и при криогенных температурах – ниже -200 градусов С. Материал характеризуется повышенным содержанием никеля, марганца и некоторых других элементов, способствующих стабилизации при различных температурах. Аустенитные стали классифицируют на 2 группы относительно состава:

• материал на основании железа, в котором хрома до 15%, а никеля – до 7%, общее число легирующих элементов не должно превышать 55%;
• материал на основании никеля, когда его содержание 55% и выше, или на основе железоникелевой, когда содержание этих компонентов 65% и выше, а соотношение железа и никеля находятся в пропорции 1 к 1 ½ соответственно.

Методы получения аустенитных углеродистых сталей

Весь первоначальный процесс можно описать так: чтобы получить аустенит, необходимо чтобы в первоначальной структуре сплавов начали появляться и расти зерна. Сперва зернистость меняется у поверхности при фазах появления карбидов, со временем полностью толща заготовки меняет свою структуру.

Второй способ изготовления аустенита – это нагрев до 900 градусов перлитной модификации железа (после эвтектоидного распада). Такой сплав состоит частично из цементита, на вторую часть из феррита. Чтобы такое превращение произошло, необходима минимальная углеродистость стали – не меньше, чем 0,66% содержание вещества. После того как повышается температура более чем на 900 градусов, ферритная структура перевоплощается в аустенитную, а цементитная полностью растворяется. Получается прекрасного качества нержавейка.

Есть еще один вариант – с титановой смесью. В таких случаях берется металлическая заготовка, она помещается в индукционную печь, в которой поддерживается вакуум. В ней сперва достигается высокий жар, а затем он долгий период поддерживается. За это время происходит диазотирование, то есть удаление из стального расплава атомов азота. Временной промежуток определяется индивидуально в зависимости от массы заготовки. Затем постепенно добавляются титан и другие металлические и неметаллические примеси, которые образуют нитриды в реакции с железом.

Но основной способ получения аустенитной стали базируется на создании высоколегированного хромоникелевого сплава. Легировать изделие можно с помощью добавления хрома и никеля. После того как вещества добавлены в тугой раствор, нужно продолжительное время поддерживать высокую температуру, это дает:

• устойчивость к коррозии;
• прочность;
• жаростойкость;
• увеличенное выделение карбидов.

А если добавить молибден и фосфор, то можно добиться повышенной вязкости и усталостной прочности.

Химические элементы и их влияние на аустенит

Как и любая легированная сталь, в своей основе данная может иметь ряд легирующих добавок. Давайте посмотрим, как их содержание в расплаве влияет на основные качества металла:

• Хром. Его высокая концентрация, превышающая 13% (но не более 19%), способствует созданию оксидной пленки. Она, как известно, препятствует возникновению коррозии. Интересно, что такое действие хрома актуально исключительно при невысоком содержании углерода. Поскольку в обратном случае эти два элемента начинают вступать в реакцию, образуя карбид, который, напротив, ускоряет процесс ржавления.
• Никель. Еще один постоянно использующийся материал. Его может быть очень много, даже более 50%. Но для того чтобы получить из железа аустенит, достаточно всего 9-12 процентов. Химическое вещество очень положительно воздействует на пластичность – она становится выше. Кроме того, зернистость становится меньше, что хорошо сказывается на прочности.
• Углерод. Добавляют обычно сотые, десятые доли. Этого достаточно для того, чтобы повысить прочность. Это обусловлено тем, что вещество приводит к образованию карбидов.
• Азот. Он заменяет углерод, если тот нельзя добавлять в сплав по каким-либо причинам, например, если изделие должно обладать стойкостью к электрическому и химическому воздействию.
• Бор. Очень хорошо увеличивает пластичность, даже если вещество находится в очень небольшом количестве, а зерно становится меньше.
• Кремний и марганец. Добавляют для стабилизации аустенита, а также для повышения прочности.
• Титан и ниобий. Применяют при изготовлении хладостойких сплавов.

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.

для теплоустойчивых хромистых сталей

12XM, 12MX, 15XM, 15X5M, 15X5M-У:

1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
3. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе 105 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,85.