Хромоникелевые коррозионностойкие стали в зависимости от содержания Сr и Ni подразделяются на стали аустенитного. аустенитно-мартенситного классов. Содержание углерода в этих сталях 0,08% - 0,20 %.
Стали аустенитного класса содержат обычно 18% Сr и 9-10% Ni. Эти стали склонны к межкристаллитной коррозии. Чтобы избежать МКК, их легируют титаном или ниобием.
Хромоникелевые стали могут быть дополнительно легированы Mo, Ti, Al, W, V с целью их упрочнения.
Дорогой никель может быть заменен другими аустенитообразующими элементами (например, Мп, N и др.). Эти стали в равновесном состоянии и при высоких температурах имеют более высокие механические свойства и кислотостойкость, чем хромистые стали.
Эти стали обладают высокой коррозионной стойкостью против атмосферной коррозии, в том числе в атмосфере, содержащей сернистые газы, в органических кислотах, серной, соляной кислотах и других агрессивных средах
Стали аустенитного класса - 08Х18Н9, 08Х18Н9Т, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т. Высокую коррозионную стойкость сталям сообщает хром. Для повышения коррозионной стойкости их закаливают с температуры 1000 - 1070°С в воде для получения структуры аустенит. Стали не упрочняются термической обработкой. Применяют в самолетостроении, машиностроении, судостроении, химической промышленности - обшивки, трубопроводы, емкости и т.д.Используют для изделий, подвергающихся холодной штамповке и сварке, т.к. обладают высокой пластичностью и вязкостью, хорошо свариваются. Однако эти стали имеют невысокую прочность. Заменить дорогой никель можно азотом - стали 0Х14АТ15 или марганцем 10Х14ГМН4Т.
Стали аустенитно-ферритного класса - 12X21Н5Т, 08Х22Н6Т, 08Х20Н14С2, 03X23 Н6, 08Х21Н6М2Т.Содержание никеля меньше, чем в аустенитных сталях. Хорошие механические свойства, высокий предел текучести, хорошая стойкость в окислительных и окислительно-восстановительных средах. Имеют хорошую свариваемость, высокую прочность, меньшую склонность к межкристаллитной коррозии, не упрочняются термической обработкой. Применяют в химическом машиностроении, судостроении, самолетостроении, как заменители аустенитных сталей, в пищевой, металлургической промышленности.
Стали мартенситного и переходного аустенито-мартенситного класса - стали повышенной прочности 09Х16Н4Б, 09Х15Н8Ю, 04Х16Н40МДТЮ, 08Х17Н5МЗ и др. Наряду с высокой коррозионной стойкостью имеют повышенную прочность.
Упрочняются термической обработкой - закалка 1050-1100°С, воздух и старение при 650-700 С.
Жаропрочные стали
Различают жаростойкие и жаропрочные металлы и сплавы. Под жаростойкостью понимают способность сопротивляться окислению (окалиностойкость). Жаропрочность - это способность сталей и сплавов длительное время сопротивляться деформированию и разрушению при работе при высокой температуре.
Существуют характеристики жаропрочности: ползучесть и предел длительной прочности.
Ползучесть - непрерывная деформация металлов под действием постоянно приложенных напряжений при высокой температуре. Сопротивление ползучести характеризуется условным пределом ползучести - напряжением, которое вызывает за установленное время при данной температуре заданное удлинение или заданную скорость деформации.
Например:
предел ползучести.
Допускается деформация 0,2% за 1000ч. при рабочей температуре 700°С. Наиболее важный вид ползучести - медленная ползучесть, возникающая при работе в интервале температур (0,4-0,7) Тпл материала.
Процесс ползучести протекает в основном за счет перемещения дислокаций. Деформация и разрушение чаще всего проходят по границам зерна, т.к. они содержат большое количество дефектов, там легко протекают процессы диффузии, которые носят направленный характер, что способствует ползучести.
Предел длительной прочности - напряжение, которое вызывает разрушение образца через заданный промежуток времени при постоянной высокой температуре. Например:
предел длительной прочности. При температуре 700°С и за данном напряжении разрушение произойдет через 1000 ч.
Требуемые сроки службы жаропрочных сплавов изменяются от 1-2 часов (ракеты) до сотен (авиационные турбины) и даже тысяч часов (стационарные газовые и паровые турбины).
Характеристики жаропрочности определяются путем специальных испытании на ползучесть и длительную прочность. Эти понятия тесно связаны между собой и разделить их не представляется возможным. Испытания на ползучесть и длительную прочность проводятся на одних и тех же установках.
Рабочие температуры жаропрочных сталей 500-750°С. При температурах до 600°С используются стали на основе феррита (
-твердого раствора), а при более высоких - на основе аустенита (
-раствора), который обладает большей жаропрочностью.
Стали перлитного класса - 16М, 12Х1МФ, 15ХМ, 25Х1МФ (котельные) применяются для узлов энергетических установок (рабочая температура не выше 600°С), содержат 0,5 - 1,5 % Сr, 0,25 - 0,35 % Мо, 0,15 - 0,3 % W. Эти элементы затрудняют диффузию, повышают температуру рекристаллизации феррита. Структура - после нормализации легированный феррит и перлит, а после закалки - мартенсит или мартенсит и бейнит. Стали хорошо деформируются, свариваются. Применяются в котлостроении для котельных установок.
Так, клапаны автомобильных и тракторных двигателей внутреннего сгорания изготовляют из стали - 40Х9С2, 40Х10С2М (сильхромы). Относятся они к мартенситному классу. Состав сильхромов: 6-14 %Сr, 1-3 %Si, дополнительное легирование Mo, Ni, W, Cr, Si, повышающее температуру окалинообразования до 850-900°С, что обеспечивает хорошую сопротивляемость газовой коррозии. Их применяют после термической обработки - отжига 800-850°С или закалки с последующим отпуском.
Для получения структуры аустенит, сталь должна содержать большое количество никеля (марганца), а для жаростойкости - хрома. Для достижения высокой жаропрочности дополнительно стали легируют молибденом, ванадием, вольфрамом, ниобием, бором. Рекомендуют для работы при 500 - 700°С.
Инструментальные стали
Инструментальные стали -это особая группа сталей, обладающих специфическими свойствами. Эти стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента, штампов.
По условиям работы инструмента к углеродистым инструментальным сталям предъявляют следующие требования:
1. стали для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы и др.) должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью;
2. стали для измерительного инструмента должны быть твердыми, износостойкими и длительное время сохранять размеры и форму инструмента;
3. стали для штампов (холодного и горячего деформирования) должны иметь высокие механические свойства (твердость; износостойкость, вязкость), сохраняющиеся при повышенных температурах;
4. стали для штампов горячего деформирования должны обладать устойчивостью против образования поверхностных трещин при многократном нагреве и охлаждении.
Большое значение имеют технологические свойства - малые объемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемость, устойчивость против перегрева.
Основной состав сталей: содержание углерода - 0,7-1,3%. Для инструмента, работающего с ударом, количество углерода понижено до 0,3-0,5 %.
Основные легирующие элементы: хром, марганец, кремний и другие карбидообразующие элементы (вольфрам, ванадий, молибден, ниобий, а также кобальт).
Термическая обработка на высокую твердость HRC 58 - 62 - закалка с последующим низким отпуском на структуру мартенсит отпуска. Для инструментов, от которых требуется повышенная вязкость, - средний отпуск на твердость HRC 35-45.
Инструментальные стали классифицируют:
1) по прокаливаемости:
· нетеплостойкие стали небольшой прокаливаемости,
· низколегированные повышенной прокаливаемости,
· средне- и высоколегированные.
2) по теплостойкости:
· нетеплостойкие;
· полутеплостойкие;
· теплостойкие.
3) по назначению:
· для режущего инструмента - HRC 62-65;
· штамповые стали для холодного деформирования - HRC > 60;
· штамповые стали для горячего деформирования - HRC 48-55;
· стали для измерительного инструмента - HRC 65-67.
