Стали мартенситного класса
Легированные конструкционные цементованные стали 15Х, 20Х, 18ХГТА, 12ХНЗА и др. подвергают отжигу и закалке с последующим низким отпуском при температуре 1500С
Сталь 12ХН3А цементованная, закаленная с температуры 8600С и отпущенная при 1500С будет иметь структуру поверхностного слоя, состоящую из мартенсита грубого строения (рис. 8).
Рис. 8. Структура стали 12ХН3А
Легированные стали в отличие от углеродистых прокаливаются насквозь, поэтому серцевина цементованной стали после обработки будет иметь структуру малоуглеродистого мартенсита (рис. 9).
Сталь 18Х2Н4ВА применяется в цементованном виде и без цементации (для деталей, к которым предъявляются высокие требования в отношении прочности, но не износостойкости). Структура стали 18Х2Н4ВА в состоянии поставки будет состоять из сорбита с неравномерным распределением углерода (рис. 9а).
Структура стали 18Х2Н4ВА после закалки и отпуска при низкой температуре состоит из малоуглеродистого мартенсита (рис. 9б). После термической обработки эта сталь обладает высокой прочностью и вязкостью. Такое сочетание свойств обеспечивает надежность изделий в эксплуатации.
Рис.9.Структура стали 18Х2Н4ВА
Стали аустенитного класса
Хромоникелевая нержавеющая сталь I2XI8H9T
Поверхностное разрушение металла под воздействием внешней среды называется коррозией. Технически чистое железо, углеродистые нелегированные и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и других средах окисляющего действия. Некоторые элементы повышают устойчивость стали против коррозии. При введении таких элементов в сталь происходит не постепенное, а скачкообразное повышение коррозионной стойкости. Введение в сталь 13%Сг делает ее коррозионностойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах. Сплавы, содержащие меньше 13 % Сг подвержены коррозии. Сплавы, содержащие более 13 %Сг ведут себя как благородные металлы: обладая положительным электрохимическим потенциалом (рис.10), они не ржавеют и не окисляются на воздухе, в воде, в ряде кислот, солей и щелочей
Рис. 10. Потенциал железохромистых сплавов
Введение достаточного количества никеля в 18 %-ную хромистую сталь переводит ее в аустенитное состояние во всем диапазоне температур, что обеспечивает лучшие механические свойства, меньшую склонность к росту зерна, а также делает сталь более коррозионностойкой.
Нержавеющие стали с 18 % Сг и 9 % Ni получили наиболее широкое распространение в машиностроении, в изделиях широкого потребления
Химический состав стали I2X8H9T: 0,12 % С; 1-2 %Мп, 17-19 % О; 8-10%Ni, ~ 1% Ti.
В хромоникелевых нержавеющих сталях могут образовываться специальные карбиды, преимущественно типа М23С6. Образование карбидов может происходить при содержании углерода > 0,04 %. Высокое содержание никеля снижает растворимость углерода в аустените, поэтому и возможно образование карбидов при 0,12 %С.
При дополнительном легировании этих сталей титаном и ниобием последние могут образовывать специальный карбид типа МС. Чем больше будет отношение содержания титана и ниобия к углероду, тем больше будет образовываться карбида типа МС и меньше карбида типа М2зС6.
Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса заключается в закалке в воде с температуры 1050-1100 °С. Нагрев до этих температур вызывает растворение карбидов хрома (Сг3 С6 ), а последующее быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора (аустенит). Медленное охлаждение недопустимо, так как при этом, как и при отпуске, возможно выделение карбидов, приводящее к ухудшению пластичности и коррозионной стойкости. Кроме того, при закалке происходят рекристаллизационные процессы, устраняющие последствия предшествующего пластического деформирования.
Перешедшие при нагреве в раствор карбиды могут выделиться при последующем замедленном охлаждения или при отпуске 500-700 °С, если сталь была закалена. Это приводит к появлению очень опасного особого вида коррозионного разрушения по границам зерен, названного межкристаллитной (интеркристаллитной) коррозией. Выделение карбидов хрома Сг23 С6 в пограничных зонах приводит к обеднению этих зон аустенита хромом ниже того предела (т.е. 13 %), который обеспечивает коррозионную стойкость.
Склонность к интеркристаллитной коррозии аустенитных нержавеющих сталей можно устранить уменьшением содержания углерода и введением элементов-стабилизаторов - титана или ниобия. При введении в сталь титана или ниобия образуются карбиды типа МС. Эти карбиды мало растворимы в аустените. Титан и ниобий, забирая на себя углерод, препятствуют образованию хромистых карбидов и появлению интеркри сталлитной коррозии.
В структуре стали I2XI8H9T после закалки будет аустенит (рис. 11), что обеспечивает наиболее высокие механические и коррозионностойкие свойства.
Рис.11.Структура аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т
Механические свойства нержавеющей аустенитной стала 12XI8H9T в закаленном состоянии: σв= 520-560 МПа;. σ0,2= 200-250 МПа; δ = 50 %; ψ = 55 %, НВ =1400-1500 МПа.