Сравнительные свойства безникелевых метастабильных аустенитных сталей и стали 12Х18Н9Т после закалки с 1100 °С

Другой областью успешного применения азотирования является улучшение химических свойств стали, например, при увеличении времен и службы в агрессивных средах. Растворенный в матрице азот улучшает стойкость к локальным типам коррозии и, по крайней мере, не увеличивает скорость обычной коррозии. В принципе, такая комбинация свойств позволяет конструировать высокопрочные нержавеющие стали, а это достаточно сложная задача но причине низкой прочности аустенитных твердых растворов как базы для создания нержавеющих сталей.

Обнаружено, что азот стабилизирует γ-фазу железа. Поэтому при легировании сталей азотом возможна экономия не только элементов, являющихся γ- стабилизаторами (никель, марганец), но и дорогих и дефицитных молибдена и вольфрама. Азот широко применяют для легирования аустенитных и аустенитно- ферритных коррозионностойких сталей.

В последнее время достигнут определенный прогресс в разработке новых малокомпонентных конструкционных сталей Fe-Cr-N |3, 4|. При высоком содержании азота и хрома они могут иметь стабильную аустенитную структуру [5].

Известно,что азот благотворно влияет на структуру и свойства аустенитной и аустенитно-ферритной стали: стабилизирует аустенит, повышает механические и физические характеристики, повышает твёрдость, пределы текучести и прочности.

Никель и азот – чрезвычайно эффективные аустенитообразующие элементы. При этом азот в 20 раз эффективнее никеля! Существует реальная возможность замены части никеля азотом.

Влияние азота на прочность и пластичность сталей зависит от формы, в которой азот присутствует в стали. Влияние азота, прежде всего, влияет на торможение дислокаций и создании полей искажений, которые должны преодолевать дислокации при своём движении.

Взамен существующей стали ЭИ- 943 (05Х20Н25М3Д2ТЛ) разработана сталь 05Х20АН17М2Д2ФРЛ, экономолегированная сталь с пониженным содержанием никеля, молибдена, не содержит титана. Обладает. повышенными (до 30%) механическими свойствами.

В условиях температуры 1200 ^оС и механических нагрузок применяются стали 0Х20Н12СЛ, 20Х24Н14С2Л, 20Х25Н19С2Л. В них содержание никеля можно снизить примерно в 2 раза за счёт добавок азота и бора при сохранении аустенитной структуры.

При этом повышаются литейные свойства при одновременном увеличении жаростойкости при высоких температурах. (рис1,2,3) Рис 5 микростр. Стали с азотом и без. 40Х24Н12С2Л и 30Х23АН6СТЮЛ. Жаростойкость с азотом выше базовой.

Более 100 лет исп. сталь Гатфильда (110Г13Л) для литых деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа и высокого давления. Опытная замена- 90Г9АФРЛ примерно в 1,5 раза эффективнее(пример:. зубья экскаватора работали соответственно 6-7 суток и 9-10 суток.)

Применение высокоазотистых сплавов, в которых азот используют в качестве легирующего элемента, представляет собой сравнительно новое направление в металловедении. Азот — недефицитный элемент, а если не использовать высокие сверх равновесные концентрации, то азотсодержащие стали можно выплавлять обычным способом в электропечах без высокого давления.

Азотсодержащие стали - это, как правило, легированные и высоколегированные стали, обычно с повышенным содержанием хрома и других нитридообразующих элементов. Для таких сталей эффективно применение термомеханической обработки.

. При выборе термомеханической обработки необходимо учитывать высокое деформационное упрочнение сталей с азотом и действие азота по торможению рекристаллизации, в некоторых случаях может оказаться предпочтителен процесс динамической рекристаллизации.

Важным является исследование холодной и горячей деформации литых азотсодержащих сталей, при которой можно сохранить дендритную структуру и получить естественный слоистый композит, таким образом, регулировать анизотропию свойств.

Чаще в цикле термомеханической обработки, в том числе азотсодержащих сталей, применяется традиционно продольная прокатка, которая не устраняет химической ликвации и неоднородности литой структуры, поэтому актуальна другая схема деформации, при которой устраняется осевая неоднородность и создаётся более благоприятная текстура, способствующая получению более высоких показателей конструкционной прочности, а также и вязкости длинномерных изделий, особенно работающих в условиях одноосного нагружения.

Экономичность применения азотсодержащих сталей будет возрастать вследствие роста затрат на экологию, стоимости и дефицитности легирующих элементов, требований экономии энергии в производстве и снижении металлоёмкости.

В табл. 3 представлены легированные стали различного класса с применением азота и обыкновенные.

Таблица