Справочник нержавеющего металлопроката

СТАЛЬ СОРТОВАЯ И КАЛИБРОВАННАЯ
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ, ЖАРОСТОЙКАЯ И ЖАРОПРОЧНАЯ

ГОСТ 5949-75. Настоящий стандарт распространяется на горячекатаную и кованую сталь диаметром, стороной квадрата или толщиной до 200 мм; калиброванную сталь диаметром или стороной квадрата до 70 мм; со специальной отделкой поверхности коррозионностойкую, жаростойкую и жаропрочную. Сортамент, форма и размеры стали должны соответствовать требованиям: горячекатаной круглой ГОСТ 2590-88; горячекатаной квадратной, ГОСТ 2591-88; кованой круглой и квадратной ГОСТ 1133-71; горячекатаной и кованой полосовой ГОСТ 4405-75; горячекатаной полосовой ГОСТ 103-76; горячекатаной шестигранной ГОСТ 2879-88; калиброванной круглой ГОСТ 7417-75; калиброванной квадратной ГОСТ 8559-75; калиброванной шестигранной ГОСТ 8560-78; со специальной отделкой поверхности ГОСТ 14955-77.

СТАЛИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ И СПЛАВЫ
КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ, ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ

ГОСТ 5632-72. Настоящий стандарт распространяется на деформируемые стали и сплавы на железоникелевой и никелевых основах, предназначенные для работы в коррозионно-активных средах и при высоких температурах. К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, массовая доля железа в которых более 45 %, а суммарная массовая доля легирующих элементов не менее 10 %, считая по верхнему пределу, при массовой доле одного из элементов не менее 8 % по нижнему пределу. К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма никеля и железа более 65 % при приблизительном отношении никеля к железу 1:1,5). К сплавам на никелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержания никеля не менее 50 %).

ЛИСТ

СТАЛЬ ТОЛСТОЛИСТОВАЯ
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ, ЖАРОСТОЙКАЯ И ЖАРОПРОЧНАЯ.

ГОСТ 7350. Толстолистовая, горячекатаная и холоднокатаная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная сталь, изготовляемая в листах. Горячекатаную толстолистовую сталь изготовляют толщиной от 4 до 50 мм, холоднокатаную от 4 до 5 мм. Толстолистовую сталь изготовляют следующих марок: 20Х13, 09Х16Н4Б, 12Х13, 14Х17Н2, 08Х13, 12Х17, 08Х17Т, 15Х25Т, 07Х16Н6, 09Х17Н7Ю, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т, 20Х23Н13, 08Х18Г8Н2Т, 15Х18Н12С4ТЮ, 10Х14Г14Н4Т, l2X17Г9АН4, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 10X17H13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 03Х21Н21М4ГБ, 03Х22Н6М2, 03Х23Н6, 20Х23Н18, 12Х25Н16Г7АР, 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ, 15Х5М.

СТАЛЬ ТОНКОЛИСТОВАЯ
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ, ЖАРОСТОЙКАЯ И ЖАРОПРОЧНАЯ.

ГОСТ 5582. Тонколистовая, горячекатаная и холоднокатаная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная сталь, изготовляемая в листах. Горячекатаную тонколистовую сталь изготовляют толщиной от 1,5 до 3,9 мм, холоднокатаную от 0,7 до 3,9 мм. Тонколистовую сталь изготовляют следующих марок: 11Х11Н2В2МФ, 16Х11Н2В2МФ, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 09Х16Н4Б, 12Х13, 14Х17Н2, 08Х13, 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Тч, 08Х18Т1, 15Х25Т, 15Х28, 20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 08Х17Н5М3, 20Х20Н14С2, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т, 20Х23Н13, 15Х18Н12С4ТЮ, 10Х11Н20Т2Р, 10Х13Г18Д, 10Х14Г14Н4Т, 10Х14АГ15, 12Х17Г9АН4, 03Х17Н14М3, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н10Е, 03Х18Н11, 03Х18Н12-ВИ, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 03Х21Н21М4ГБ, 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, 12Х25Н16Г7АР, 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ

СТАЛЬ ЛИСТОВАЯ ГОРЯЧЕКАТАНАЯ
ДВУХСЛОЙНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ.

ГОСТ 10885. Горячекатаные двухслойные коррозионностойкие листы с основным слоем из углеродистой или низколегированной стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойких сталей и сплавов, никеля и монель-металла.

ТРУБЫ

ТРУБЫ БЕСШОВНЫЕ ХОЛОДНО И ТЕПЛОДЕФОРМИРОВАННЫЕ
ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

ГОСТ 9940-81. По длине трубы изготавливаются мерной и кратной от 1.5м до 8.5 м. Немерная длина: от 1.5 до 8 м для диаметров 76 - 114 мм от 1.5 до 9 м для диаметров 121 - 159 мм. Трубы могу быть изготовлены из стали марок: 15Х25Т, 08Х22Н6Т, 08Х17Н15М3Т, 08Х13, 12Х13, 12Х17, 04Х18Н10, 08Х18Н10, 17Х18Н9, 15Х28, 08Х20Н14С2, 08Х18Н12Б, 12Х18Н9.

ГОСТ 9941-81. Трубы изготавливаются из марок стали 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, по согласованию потребителя с поставщиком трубы могут изготовляться из других сталей, марок, оговоренных ГОСТ 9941-81. Трубы изготовляются термически обработанными. По требованию потребителя трубы поставляются без термической обработки и осветления поверхности. Трубы подвергаются механическим испытаниям: на растяжение, раздачу и сплющивание.

ГОСТ 24030. Трубы изготовляются по ГОСТ 24030 из стали марки 08Х18Н10Т холодно- и теплодеформированные. По требованию заказчика поверхность труб может быть: электрохимполированная наружная; электрохимполированная наружная и внутренняя; электрохимполированная внутренняя; шлифованная наружная; светлая после травления; светлая после термической обработки в безокисленной атмосфере.

ГОСТ 10498. Трубы бесшовные, особотонкостенные из коррозионностойкой стали 4 - 60 мм, толщиной стенки 0,12-1,0 мм, мерной длины от 0,5 до 4м (по требованию потребителя до 7 м),   кратной в пределах немерной, из стали марок 06Х18Н10Т 08Х18Н10Т,09Х18Н10Т. Поверхность труб должна быть травленой. По требованию потребителя поверхность труб должна быть: наружная - шлифованной или электрохимически полированной. Внутренняя - электрохимически полированной.

ГОСТ 14162-79. Трубки стальные малых размеров (капиллярные). Применяются для трубопроводов и деталей конструкций разного назначения. Размер трубок от диаметра 1,2 мм с толщиной стенки 0,12 мм до диаметра 5 мм, толщина стенки 1,6 мм. По длине трубки изготовляются немерные не менее 0,3 м, кратные и мерные не более 4 м, в буртах не более 160 м, по требованию потребителя кратные и мерные не более 7 м. Трубки изготовляются из стали марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 48НХ.

ГОСТ 19227-73. Трубы стальные бесшовные для маслопроводов и топливопроводов применяются в авиационной технике. Трубы изготовляются от диаметра 4 мм, толщиной стенки 0,5 мм до диаметра 70 мм толщиной стенки 3 мм из сталей 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т-ВД, 12Х18Н10Т-ВД, немерные длиной 1,5-7 м мерной и кратной в пределах немерной. Трубы изготовляются из предварительно обточенной заготовки со шлифованной наружной и пассированной внутренней поверхностями. По требованию потребителя с электрополированной наружной и внутренней поверхностями.

ТУ 14-3-197-89. Трубы бесшовные из коррозионностойких марок стали с повышенным качеством поверхности. Трубы изготовляются размерами от диаметра 6 мм, толщиной стенки до 1 мм, до диаметра 57 мм, толщиной стенки 3,5 мм. Длиной: немерные 1,6-8 м; мерной от 1,5 - 7 м, кратной в пределах немерной; по соглашению сторон не длиннее 10 м, а с внутренней полировкой не длиннее 7 м из предварительно обточенной и расточенной заготовки. Трубы, применяемые, в энергомашиностроении могут быть поднадзорны Госатомэнергонадзору, по требованию потребителя соответствовать "Условиям поставки" 01-1874-72. Каждая трубка подвергается ультразвуковому контролю. В зависимости от требований потребителя трубы изготовляются: без специальной обработки наружной или внутренней поверхности; со шлифованной наружной поверхностью с электрохимически изолированной наружной и внутренней поверхностью. Марки стали 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т.

ТУ 14-4-489-76, ТУ 14-3-1318-85. Трубы многослойные особотонкостенные из нержавеющей стали 08Х1810Т, 09Х18Н10Т. Многослойные трубы заказываются по наружному диаметру, толщине стенки и количеству слоев. Трубы изготавливаются размерами диаметра от 16 мм, толщиной стенки от 0,39 мм минимум, 0,57 мм максимум - трехслойная до диаметра 28 мм, толщиной стенки 1,08 минимум, 1,44 максимум - шестислойная. Технология изготовления обеспечивает плотное прилегание слоев. Трубы удовлетворяют условиям поставки 01-1874-72.

ТУ 14-3-219-89. Трубы холодно-и теплодеформированные бесшовные особотонкостенные высокой и особовысокой точности из коррозионностойких сталей. Трубы изготавливаются из металла, выплавленного из особочистых шихтовых материалов. Трубы должны удовлетворять "Условиям поставки" 01-1784-72 и подлежат приемке заказчика. Трубы изготавливают размерами от диаметра 4 мм, толщиной 0,2 мм, до диаметра ; 60 мм, толщиной стенки 1 мм, немерной длины 1,5-8м, мерной 0,5-7,5м, кратной в пределах немерной. Трубы изготавливаются из сталей 06Х18Н10Т, 03Х18Н10Т, 09Х18Н10Т По согласованию сторон изготавливаются трубы из других специальных сталей. Каждая труба подвергается ультразвковому контролю. Трубы поставляются с электрополированной наружной и внутренней поверхностью. Допускается поставка труб с травленной, шлифованной или полированной наружной и с травленной внутренней поверхностью, а также поверхностью после термообработки в вакууме, что оговаривается в заказе.

ТУ 14-3-796-79. Трубы холоднодеформированные из коррозионной стали 12Х18Н10Т предназначенные для паровых котлов и трубопроводов, установок с высокими и сверхвысокими параметрами пара. Трубы изготовляются размерами диаметром от 10 мм, толщины стенки 2 мм, до диаметра 57 мм, толщины стенки 6 мм, немерной длины 3-10 м, мерной длины до 10 м. Все трубы подвергаются ультразвуковому контролю.

ТУ 14-3-411-75. Трубы холоднодеформированные из коррозионностойкой стали 08Х15НД2Т (ЭЛ41ОУ-Ш) изготавливаются из обточенной и расточенной заготовки. Трубы размерами диаметра от 5 мм, толщиной стенки 0,2 мм, до диаметра 57 мм, толщиной стенки 4 мм, длиной 1,5-7м, кратной в пределах мерной и немерной 1,5-10м. Трубы могут иметь матовую поверхность, обусловленную способом производства и марки стали.

ТУ 14-3-843-79. Трубы бесшовные особотонкостенные из сплавов ПТ-1М. Трубы изготавливаются из обточенной и расточенной заготовки. Трубы удовлетворяют "Условиям поставки" 01-18-74-72. Изготавливаются длиной 0,8 - 8м, кратной мерной и немерной длины, диаметром 18 - 56 мм, с толщиной стенки от 1 до 6 мм. Трубы поставляются травленными в термически обработанном состоянии. Содержание водорода не превышает 0,008% отсутствие альфированного слоя в трубах гарантируется изготовителем. Каждая труба подвергается ультразвуковому контролю.

ТУ 14-3-820-79. Трубы бесшовные хоподнодеформированные из сплавов ПТ-1 М и ПТ-7М. Трубы изготавливаются из обточенной и расточенной заготовки. Трубы удовлетворяют "Условиям поставки" 01-1874-72. Изготавливаются длиной 1 - 8 м, диаметром 18 - 56 мм, с толщиной стенки от 1 до 6 мм. Трубы поставляются травлеными в термически обработанном состоянии, допускается поставка труб со шлифованной поверхностью или термически обработанной в вакууме без травления. Все трубы подвергаются ультразвуковому контролю. Отсутствие альфирированного слоя в трубах гарантируется изготовителем. Обязательным является испытание на содержание водорода, которого не должно превышать 0,07%.

Согласно Европейскому стандарту EN 10020, сталь - железо-углеродистый сплав, содержащий в составе менее 2 % углерода, материалы с более высоким углеродистым содержанием - названы чугуном (Табл. ниже).

Нержавеющие стали - эту группу коррозиестойких сталей объединяет общая черта - содержание минимум 10.5 % хрома. Также могут присутствовать другие легирующие элементы - Никель, Молибден, Титан, Ниобий и др., так же определяющие свойства стали. Механические свойства и поведение в обслуживании различных типов зависят в первую очередь от их состава. Правильный выбор марки - гарантирует длительный и успешный срок службы стали. Постоянное увеличение использования нержавеющей стали в многих отраслях промышленности связано с ее выдающимися качествами: превосходного сопротивления коррозии, высокой прочности, хорошей свариваемости и легкости при холодной формовке.

Типы нержавеющих сталей

Cотношения между Ni и Cr для различных типов нержавеющих сталей. [PH steels -дисперсионно-упрочненные (закаленные) стали]

Есть пять основных категорий нержавеющей стали, основанных на их микроструктурах - Аустенитные (Austenitic), Ферритные (Ferritic), Дуплексные, Мартенситные (Martensitic), Жаропрочные - (Рис1). Сорта Аустенические - не магнитные и в дополнение к хрому, обычно на уровне на 18 %, содержат никель, который увеличивает сопротивление коррозии. Аустенитные нержавеющие стали - наиболее широко используемая группа нержавеющих сталей. С повышенным содержанием хрома, 20 % - 25 % и никеля, 10 % - 20 %, аустенитные нержавеющие стали - лучше сопротивляются окислению при высоких температурах и могут использоваться в частях печей, топках, муфельных печах: они называются жаропрочными сталями. Ферритные сорта -магнитные, имеют низкое углеродистое содержание и Хром как главный элемент, обычно на и уровне 13 % - 17 %. Дуплексные нержавеющие стали имеют смешанную, ферритно/аустенитную структуру. Содержание хрома изменяется от 18 % до 28 % и никеля от 4.5 % до 8 %. Дуплексные сорта находят свое применение в средах, где высокое содержание хлорида. Мартенситные сорта магнитные, содержат обычно 12 % хрома и умеренный уровень углерода. Они - упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят поэтому применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Упрочненные стали (Рис. 2) имеют содержание хрома обычно в 17 % с дополнениями никеля, меди и ниобия. Поскольку эти стали могут быть укреплены и хорошо сопротивляются процессу старения, они идеальны для шахтных насосов, шпинделей клапанов и космических компонентов.

Аустенитные и ферритные сорта составляют приблизительно 95 % среди используемых нержавеющих сталей.

Определение Марок

400 Мартенситные марки - Типичный сорт: 410

Хром (12-18 %), магнитный и может быть укреплен обработкой высокой температурой. Типичное использование: крепеж, соединительные детали, промышленные насосы

400 Ферритные марки - Типичный сорт: 430

Хром (12-18 %), "низкий" углерод, магнитный, но не высокая температура обработки. Типичное использование: бытовые приборы, отделка, кухонная утварь

200/300 Ряд Austenitic - Типичный сорт: 304

Хром (17-25 %)/Никель (8-25 %), немагнитный, не укрепленный высокой температурой. Имеет высокую прочность при холодной работе. Дополнения молибдена (до 7 %) могут увеличивать сопротивление коррозии. Типичное использование: пищевое оборудование, химическое оборудование, архитектурные применения

Дисперсионно укрепленные (закаленные) марки - Типичный сорт: 17-4

Хром (12-28 %)/ Никель (3-9 %), с добавлением Меди (3-4%) и Ниобия или Кобальта. Имеют мартенситную или аустенитную структуру. Укрепляются дисперсионным твердением в течение термообработки. Типичное использование: Клапаны, приводы, нефтехимическое оборудование

Дуплексные марки - Типичный сорт: 2205

Хром (18-25 %)/ Никель (4-7 %) и до 4 % молибдена. Более стойкие коррозии под давлением (напряжением), чем аустенитные, и все же достаточно жесткие, чем полностью ферритные сплавы. Типичное использование: Трубопроводы, камеры давления, котлы, силовые передачи, валы

Выгоды от Нержавеющей стали

Срок службы

Когда рассматриваются полные затраты цикла жизни, нержавеющая сталь - часто наименее дорогой выбор

Низкие Затраты Обслуживания

Нержавеющая сталь обычно лишь требует периодической очистки, с использованием домашних моющих средств и воды. Поверхности должны быть вымыты повторно водой и протерты. Следует использовать мягкую губку, не применяя абразивных паст.

Простота Изготовления

Современные методы металлообработки подразумевают, что Нержавеющая сталь может быть порезана, сварена, сформована и обработана так же как традиционные стали и другие материалы.

Сопротивление Коррозии

Более низкие сорта сопротивляются коррозии в нормальных атмосферных и водных средах, в то время как более высокие сорта могут сопротивляться коррозии во многих кислотах и щелочах, и некоторых хлористых растворах, присущих окружающим средам, типичных для многих обрабатывающих заводов.

Прочность

Механические свойства Нержавеющих сталей позволяют снизить толщины используемых материалов, таким образом сокращая вес без риска снижения прочностных характеристик. Аустенитные и Дуплексные сорта не теряют прочности и при низких температурах, при учете меньших толщин по сравнению с традиционными сортами. Таким образом достигается существенная экономия по отношению к альтернативным материалам.

Гигиена

Нержавеющая сталь признанна как наиболее гигиеническая поверхность для подготовки пищевых продуктов. Уникальность поверхности Нержавеющей стали в том, что она не имеет пор или трещин для проникновения грязи или бактерий. Это свойство простой очищаемости по отношению к другим поверхностям, делает Нержавеющая сталь первым выбором в строгих гигиенических условиях, например, больницах, общественных кухонь, скотобойнях, пищевого оборудования, перерабатывающих предприятиях АПК.

Эстетический внешний вид

Яркая, легко обслуживаемая поверхность нержавеющей стали обеспечивает привлекательный и современный внешний вид изделий, является идеальной для широкого и растущего диапазона архитектурных и декоративных приложений

Сварка высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах осуществляется двумя видами электродов: электродами для сварки коррозионно-стойких материалов и электродами для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов.

Согласно действующей классификации к высоколегированным сталям относят сплавы, содержание железа в которых более 45%, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10%, считая по верхнему пределу при онцентрации одного из элементов не менее 8% по нижнему пределу. К сплавам на никелевой основе относят сплавы с содержанием не менее 55% никеля. Промежуточное положение занимают сплавы на железоникелевой основе.

В соответствии с ГОСТ 10052-75 электроды для сварки высоколегированных коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов по химическому составу наплавленного металла и механическим свойствам металла шва и наплавленного металла классифицированы на 49 типов (например, электроды типа Э-07Х20Н9, Э-10Х20Н70Г2М2Б2В, Э-28Х24Н16Г6). Наплавленный металл значительной части электродов, регламентируется техническими условиями предприятий - изготовителей.

Химический состав и структура наплавленного металла электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов отличаются - и иногда весьма существенно - от состава и структуры свариваемых материалов. Основными показателями, решающими вопрос выбора таких электродов, является обеспечение: основных эксплуатационных характеристик сварных соединений (механических свойств, коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности), стойкости металла шва против образования трещин, требуемого комплекса сварочно-технологических свойств.

Электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов имеют покрытия основного, рутилового и рутилово-основного видов. Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления скорость плавления, а следовательно и коэффициент наплавки электродов со стержнями из высоколегированных сталей и сплавов существенно выше, чем у электродов для сварки углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Вместе с тем повышенное электросопротивление металла электродного стержня обуславливает необходимость применения при сварке пониженных значений тока и уменьшения длины самих стержней (электродов). В противном случае из-за чрезмерного нагрева стержня возможен перегрев покрытия и изменение характера его плавления, вплоть до отваливания отдельных кусков.

Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности.

Электроды для сварки коррозионно-стойких сталей и сплавов

Электроды этой группы обеспечивают получение сварных соединений, обладающих требуемой стойкостью против коррозии в атмосферной, кислотной, щелочной и других агрессивных средах.

Некоторые марки электродов данной группы имеют более широкую область применения и их можно использовать не только для получения соединений с требуемыми коррозионной стойкостью, но и в качестве электродов, беспечивающих высокую жаростойкость и жаропрочность металла шва.

Электроды для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов

Общая краткая характеристика

Электроды этой группы обеспечивают получение сварных соединений с требуемой жаростойкостью и/или жаропрочностью. Жаростойкими сварными соединениями являются соединения, обладающие высокой стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550-6000С. Жаропрочными сварными соединениями являются соединения, работающие при этих температурах в нагруженном состоянии в течение определенного времени (жаропрочные соединения должны обладать при этом достаточной жаростойкостью).

Некоторые марки электродов, предназначенные для сварки жаростойких и/или жаропрочных материалов, используются для сварки коррозионно-стойких и разнородных сталей и сплавов

Термообработкой называется тепловое воздействие на металл с целью направленного изменения его структуры и свойств.

Классификация видов термообработки:

Отжиг.

Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода.

Отжиг 1 рода - это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями.

Отжиг 1 рода в свою очередь разделяют на 4 группы:

1.  Гомогенизация- отжиг, направленный на уменьшение химической неоднородности металлов, образующейся в результате рекристаллизации. В отличие от чистых металлов, все сплавы после кристаллизации характеризуются неравновесной структурой, т.е. их химический состав является переменным как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка.

Химическая неоднородность обусловлена различной температурой плавления исходных компонентов. Чем меньше это различие, тем более заметна химическая неоднородность, получающаяся в слитке. Избавится от нее невозможно, можно только уменьшить. Для этого применяют высокотемпературный отжиг с длительными выдержками (от 2 до 48 часов). При высокой температуре подвижность атомов в кристаллической решетке высокая и с течением времени за счет процессов диффузии происходит постепенное выравнивание химического состава. Однако усреднение химического состава происходит в пределах одного зерна, т.е. устраняется в основном дендритная ликвация. Чтобы устранить зональную ликвацию (химическую неоднородность в пределах части слитка), необходимо выдерживать слитки при данной температуре в течение нескольких лет. А это практически невозможно.

В процессе отжига на гомогенизацию происходит постепенное растворение неравновесных интерметаллидных фаз, которые могут образоваться в результате кристаллизации с большой скоростью. При последующем медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

2. Рекристаллизационный отжиг. Холодная пластическая деформация вызывает изменение структуры металла и его свойств. Сдвиговая деформация вызывает увеличение плотности дефектов кристаллической решетки, таких как вакансии, дислокации. Образование  ячеистой структуры происходит с изменением формы зерен, они плющиваются, вытягиваются в направлении главной деформации. Все эти процессы ведут к тому, что прочность металла постепенно увеличивается, пластичность падает, т.е. возникает наклеп или нагартовка. Дальнейшая деформация такого металла невозможна, т.к. происходит его разрушение. Для снятия эффекта упрочнения применяют рекристаллизационный отжиг, т.е. нагрев металла до температур выше начала кристаллизации, выдержку с оследующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от состава сплава. Для чистых металлов температура начала рекристаллизации t_p=0,4Тпл, ºК, для обычных сплавов порядка 0,6Тпл, для сложных термопрочных сплавов 0,8Тпл. Продолжительность такого отжига зависит от размеров детали и в среднем составляет от 0,5 до 2 часов. В процессе рекристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зерен и последующий рост этих зародышей. Постепенно старые деформированные зерна исчезают. Количество дефектов в кристаллической решетке уменьшается, наклеп устраняется, и металл возвращается в исходное состояние.  

Степень деформации определяет размер зерна после отжига. Если она близка к критической (e_кр=5-15%), то в результате после отжига в металле возникают крупные зерна, что обычно нежелательно. Поэтому перед рекристаллизационным отжигом деформацию металлов производят со степенью 30-60%. В результате получается мелкозернистая однофазная структура, обеспечивающая хорошее сочетание прочности и пластичности. Увеличение степени деформации до 80-90% вызывает появление в металле текстуры деформации. После рекристаллизационного отжига текстура деформации меняется на текстуру рекристаллизации. Как правило, это сопровождается резким направленным ростом зерна. Увеличение размеров зерна, т.е. снижение механических свойств, может вызвать также слишком большая температура отжига или большая выдержка. Поэтому при назначении режимов отжига необходимо использовать диаграмму рекристаллизации.

Рекристаллизационный отжиг может применяться как предварительная, промежуточная, так и как окончательная термообработка. Как предварительная термообработка он применяется перед холодной деформацией, если исходное состояние металла неравновесное и имеет какую-то степень упрочнения. Как промежуточная операция рекристаллизационный отжиг применяется между операциями холодной деформации, если суммарная степень деформации слишком велика и запасов пластичности металла не хватает. Как окончательный вид отжига его применяют в том случае, если потребитель требует поставки полуфабрикатов в максимально пластичном состоянии. В некоторых случаях потребителю требуется полуфабрикат, сочетающий определенный уровень прочности с необходимым запасом пластичности. В этом случае вместо рекристаллизационного отжига используют его разновидность - отжиг на полигонизацию. Отжиг на полигонизацию проводят при температуре, которая ниже температуры начала рекристаллизации. Соответственно при такой температуре происходит лишь частичное устранение наклепа за счет процессов возврата второго рода, т.е. происходит уменьшение плотности дефектов кристаллической решетки, образование ячеистой дислокационной структуры без изменения формы зерен. Степень уменьшения наклепа зависит, прежде всего, от температуры. Чем ближе температура к порогу рекристаллизации, тем меньше наклеп, тем больше пластичность и наоборот.  

3.  Отжиг для снятия внутренних напряжений. Внутренние напряжения в металле могут возникать в результате различных видов обработки. Это могут быть термические напряжения, образовавшиеся в результате неравномерного нагрева, различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания. Могут быть структурными, т.е. появившиеся в результате структурных превращений, происходящих внутри детали в различных местах с различной скоростью. Внутренние напряжения в металле могут достигать большой величины и, складываясь с рабочими, т.е. возникающими при работе, могут неожиданно превышать предел прочности и приводить к разрушению. Устранение внутренних напряжений производится с помощью специальных видов отжига. Этот отжиг проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации: t_отж=0,2-0,3Тпл º К. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т.е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течение нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

4.  Патентирование. Смотреть термообработку стали.

Отжиг второго рода- термообработка, направленная на получение равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения.

При отжиге второго рода нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Полная замена (aRbRa) в результате двойной перекристаллизации позволяет кардинально изменить строение сплава, уменьшить размер зерна, снять наклеп, устранить внутренние напряжения, т.е. полностью изменить структуру и свойства детали. Отжиг второго рода может быть полным и неполным.  

Полный отжиг сопровождается полной перекристаллизацией. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы. Неполный отжиг применяется в тех случаях, когда можно изменить строение второй фазы, исчезающей и вновь появляющейся при этом виде отжига.

Закалка

Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.

Закалка с полиморфным превращением. Этот вид закалки применяется для сплавов, в которых один из компонентов имеет полиморфные превращения.

При закалке с полиморфным превращением нагрев металла производится до температуры, при которой происходит смена типа кристаллической решетки в основном компоненте. Образование высокотемпературной полиморфной структуры сопровождается увеличением растворимости легирующих элементов. Последующее резкое охлаждение ведет к обратному изменению типа кристаллической решетки, однако из-за быстрого охлаждения в твердом растворе остается избыточное содержание атомов других компонентов, поэтому после такого охлаждения образуется неравновесная структура. В металле сохраняются внутренние напряжения. Они вызывают резкое изменение свойств, увеличивается прочность, уменьшается пластичность. При быстром охлаждении перестройка кристаллической решетки происходит за счет одновременного смещения целы групп атомов. В результате вместо обычных зерен в металле появляется игольчатая структура, которая называется мартенситом. Неравновесное состояние металла после такого типа закалки является термодинамически неустойчивым. Поэтому, чтобы перевести металл в более устойчивое состояние, получить необходимый уровень внутренних напряжений, а соответственно и необходимые механические свойства, применяют дополнительную термообработку, которую называют отжиг. 

Закалка  без  полиморфного превращения.

Применяется  для  сплавов, не  испытывающих  полиморфных  превращений, но имеющих  ограниченную растворимость одного компонента в другом.

Если сплав, содержащий вторичные фазы, нагреть до температуры выше линии солидус, то увеличение растворимости приведет к растворению вторичных фаз. Если теперь такой твердый раствор быстро охладить, то выделение вторичных фаз образоваться не успеет, т.к. для этого требуется время на прохождение процесса диффузии, образование другой кристаллической решетки, границ раздела между фазами. В результате, при нормальной температуре пересыщенный метастабильный твердый раствор содержит избыток второго компонента. Такое изменение структуры изменяет свойства сплава, прочность может, как увеличиться, так и уменьшиться, а пластичность, как правило, увеличивается. Состояние металла после такой закалки является термодинамически неустойчивым. Самопроизвольно или под влиянием предварительного нагрева метастабильный твердый раствор начинает распадаться с выделением вторичной фазы, т.е.  α_мRα+β_II. Этот процесс называется  старением.

Таким образом, старение - это термообработка, которая проводится после закалки без полиморфного превращения, направленная на получение в сплаве более равновесной структуры и заданного уровня свойств.

Отпуск.

Отпуск - термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки с полиморфным превращением. Образование вторичных фаз после закалки с полиморфным превращением всегда опровождается резким увеличением внутренних. Соответственно максимально увеличиваются прочность и твердость, до минимума падает пластичность. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке: отпуску. Нагрев вызывает уменьшение концентрации легирующих элементов в твердом растворе и выделение вторичных фаз.

После закалки без полиморфного превращения сплав имеет структуру пересыщенного твердого раствора. Такое состояние сплава - нестабильное и с  течением времени начинает меняться. Пересыщенный твердый раствор распадается с выделением из него мелких включений вторичной фазы. Этот процесс проходит в несколько стадий:

На первой стадии в кристаллической решетке твердого раствора появляются зоны, обогащенные атомами второго компонента. С течением времени эти зоны увеличиваются.

На второй стадии концентрация атомов второго компонента достигает величины, соответствующей по концентрации выделения вторичной фазы.

Наступает третья стадия, т.е. формирование в этих зонах промежуточной кристаллической решетки, которая отличается то решетки твердого раствора и от решетки вторичной фазы.

На четвертой стадии увеличение концентрации второго компонента приводит кобразованию окончательной кристаллической решетки вторичной фазы и образованию границы раздела между твердым раствором и вторичной фазой. Так как процесс распада твердого раствора основан, прежде всего, на  диффузионных процессах, то он в значительной степени зависти от температуры. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс распада. Если температура нормальная, то процесс распада называется  естественным старением, а если температура повышенная, то - искусственным старением. В результате, после старения структура сплава представляет собой зерна твердого раствора равновесного химического состава, с равномерно распределенным по объему, огромным количеством мелких выделений вторичной фазы. Эти выделения, располагаясь на плоскостях скольжения, препятствуют перемещению дислокаций, требуют увеличение скалывающего напряжения. Соответственно, прочность и твердость сплава увеличиваются. 

Химико-термическая обработка (ХТО).

Это одновременное воздействие на металл химической среды, тепла с целью направленного изменения состава и свойств поверхности детали.  Различные виды ХТО направлены либо на повышение коррозионной стойкости, либо прочности и твердости, износостойких, антифрикционных свойств.  Изменяя состав химической среды, можно  в одних и тех же деталях получать различные свойства.

Термомеханическая обработка.

Это сочетание пластической деформации, упрочняющей термообработки, причем образующийся в результате деформации наклеп сохраняется и влияет на фазовые превращения, происходящие при термообработке.

Такое комплексное воздействие на металл позволяет получить уровень свойств в металле более высокий, чем можно получить после деформации или после термообработки в отдельности.

Коррозионностойкие стали

Коррозией называют разрушение металла под действием химического или электрохимического воздействия под действием окружаемой среды. Основные факторы воздействия коррозии и ее влияние на экономику:

1. Экономический фактор - экономические потери промышленности в результате коррозии.
2. Надежность эксплуатации объектов или машин.
3. Экологический фактор.

Виды коррозии:

1. Равномерная (поверхностная).
2. Местная (точечная).
3. Межкристаллитная (по границам зерен).
4. Коррозия под напряжением (ножевая).
5. Электрохимическая коррозия.

Межкристаллитная коррозия (МКК).

Железо не является коррозионностойким металлом. Чистое железо активно взаимодействует со всеми элементами. Повысить коррозионностойкость можно введением легирующих элементов, которые вызывают его пассивацию. Пассивация - эффект создания на поверхности стальной детали тонкой защитной пленки, подслоем которой является кислород. Результат - электронный потенциал становится положительным и поверхность становится менее склонной к коррозии. Усиливают пассивацию Cr, Ni, Cu, Mo, Pt, Pd. Особенно сильно влияет Cr.

Химический состав: Cr13-30%, Ni4-25%, Moдо 5%, Cuдо 1%. В зависимости от

содержания легирующих элементов структура и свойства сталей могут быть различными. Если сталь содержит в основном Cr, который стабилизирует феррит, то сталь будет ферритной (низкая твердость, низкая прочность, высокая пластичность). Если сталь содержит в себе кроме Cr C, то ее структура будет мартенситной. Зная структуру стали, можно прогнозировать ее свойства и назначать режимы термообработки. Для определения, к какому структурному классу относится сталь, разработана диаграмма Шеффлера. 

Экв. Ni=%Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn).

Экв. Cr=%Cr + %Mo + 1,5(%Si) + 0,5(%Nb).

Cr повышает коррозионную стойкость только в том случае, когда его количество в растворе превышает 13%. Если количество Cr не слишком высоко и при этом сталь содержит много углерода, то происходит взаимодействие Cr и С с образованием карбидов. Особенно энергично образование карбидов наблюдается на границах зерен. При этом количество Cr в твердом растворе снижается. И если Cr менее 13%, то границы зерен становятся незащищенными. В результате коррозия легко может пересылаться по границам, не затрагивая центров зерен. Если скорость охлаждения велика, то карбиды по границам зерен образовываться не успевают. Количество Cr не снижается меньше 13%. Если скорость охлаждения очень мала, то при этом сначала образуются карбиды по границам зерен. При этом количество Cr снижается, но за счет диффузии из центра зерна происходит увеличение содержания Cr и стойкость восстанавливается. Если охлаждение идет таким образом, что содержание Cr на границах не успевает увеличиться и остается меньше 13%, то такая сталь склонна к межкристаллитной коррозии. Чтобы сделать сталь нечувствительной к межкристаллитной коррозии, нужно:

1. Понизить содержание углерода и азота.
2. Вводить в сталь другие карбидообразующие элементы более сильные, чем Cr (Ti, Nb).
3. Увеличить скорость охлаждения при термообработке.
4. Делать отжиг.

Хромистые нержавеющие стали.

Хромистые нержавеющие стали являются самыми дешевыми и поэтому самыми распространенными. Минимальное содержание Cr 13%. При содержании Cr больше 13% стабилизируется α - фаза (феррит) и никаких полиморфных превращений в таких сталях не происходит. Нагрев вызывает только увеличение зерна. Длительная выдержка при температуре около 600-650º С вызывает появление в сталях интерметаллидной фазы. Образование такой фазы сильно охрупчивает сталь, поэтому является нежелательной. Медленное охлаждение или длительная выдержка при 500º С вызывает образование упорядоченного твердого раствора, что также вызывает хрупкость стали. Такую хрупкость называют 475ºной хрупкостью. Увеличение температуры выше 1000º С вызывает бурный рост зерна и как следствие снижение вязкости, т.е. сталь тоже становится хрупкой. Поэтому при всех вариантах изготовления деталей из этих сталей и их термообработки необходимо избегать температурных интервалов, при которых возможно охрупчивание и потеря вязкости.

Термообработка хромистых сталей.

Термообработка сталей в зависимости от необходимости может быть смягчающей, т.е. отжиг или упрочняющей, т.е. закалка + отпуск. Отжиг проводится либо для устранения хрупкости, либо для снятия наклепа, либо для стабилизации химического состава и устранения склонности стали к межкристаллитной коррозии. Для устранения хрупкости, вызванной появлением упорядоченного твердого раствора, применяют отжиг с нагревом 500-550º С. Время выдержки должно быть меньше, чем τ_minпри появлении хрупкости 475º. Скорость охлаждения 10º С в минуту. Для устранения наклепа, а так же σ-фазы применяют второй вариант отжига с температурой 850-900º С. Скорость охлаждения 10º С в минуту. Третий вариант отжига применяется для массивных деталей, когда требуется стабилизировать содержание Cr по сечению детали, чтобы избежать склонности стали к межкристаллитной коррозии. Выдержка от 2 до 4 часов. Для хромистых сталей мартенситного класса применяют упрочняющую термообработку: закалка + отпуск. Возможно применение одной закалки без отпуска, если деталь небольших размеров или охлаждение идет на воздухе. Для хромистых сталей мартенситного класса охлаждение в любом случае дает мартенситную структуру. Поэтому применение охлаждающих сред (вода, масло) не требуется. Лишь охлаждение печью вызывает ферритно-карбидную структуру. Такой же структуры можно добиться после закалки и отпуска при температуре 650º С.

Наибольшая твердость достигается после закалки. В этом состоянии сталь обладает наивысшей коррозионной стойкостью, т.к. Cr находится в твердом растворе. Если требуется сохранить твердость и коррозионную стойкость, то отпуск стали проводят при температуре 250-350º С. А если требуется повышенная вязкость, то проводят высокий отпуск (650º С).

Состав, структура и свойства хромистых сталей.

Основные легирующие элементы:

1. Cr- 13-28%.
2. С - 0,05-1%.
3. Ti, Nb< 1% - вводятся для стабилизации стали.
4. Ni, Cu, Mo- вводятся для повышения коррозионной стойкости и вязкости.

Хромистые стали делят на:

1. Cr 13%.
2. Cr 17%.
3. Cr 25-27%.

Увеличение содержания углерода вызывает в хромистых сталях мартенситное превращение, так же появление карбидов. Чем больше карбидов и С, тем 

По содержанию углерода стали делят на:

1. Стали ферритного класса (08Х13, 08Х17, 05Х27).
2. Стали ферритно-мартенситного класса (12Х13).
3. Стали мартенситного класса (20Х13, 30Х13, 40Х13).
4. Стали с мартенситом + карбиды (65Х16, 95Х18Ш).

В зависимости от структуры стали изменяются ее свойства и назначение. Стали ферритного класса из всех хромистых отличаются наилучшей пластичностью. Из них изготавливают листы и другие полуфабрикаты для изготовления деталей с применением сварки. Из всех хромистых стали ферритного класса хорошо поддаются сварке. При использовании стали следует помнить, что она может охрупчиваться при медленном охлаждении, а так же при увеличении зерна. Поэтому в эти стали добавляют Tiи Nb, которые образуют карбиды. Такие стали называют стабилизированными. Для сталей ферритного класса применяют отжиг в разных вариантах - 1, 2, иногда 3.

Стали мартенситного класса отличаются высокой твердостью и прочностью, поэтому их используют для изготовления деталей, которые должны сохранять высокую прочность и твердость при работе в агрессивных средах. Для таких сталей проводят закалку + низкий отпуск.

Стали со структурой мартенсит + карбиды имеют большое количество карбидов хрома. Они используются для изготовления деталей, которые работают в агрессивных средах при температуре от -150 до +250º С. Твердость 57 HRC. Термообработка: закалка (1000-1150º С - воздух) + отжиг (250-350º С).

Хромоникелевые стали.

Если сталь кроме Cr содержит еще Ni, Mn, Mo, то ее структура из ферритной может измениться на ферритно-аустенитную или даже на чистую аустенитную. Т.е. после охлаждения на воздухе сталь сохраняет аустенитную структуру, которая не меняется ни при каких вариантах термообработки. При содержании Ni>10% сталь становится аустенитной. Аустенит позволяет получить не только коррозионную стойкость, но так же и высокие технические свойства. Сталь хорошо поддается обработке давлением, сварке, сохраняет свойства до 600-700º С, не охрупчивается, не чувствительна к хладноломкости, но сталь склонна к межкристаллитной коррозии и ее невозможно упрочнять закалкой. Термообработка: закалка + отжиг.

И после закалки и после отжига структура одинаковая, одинаковые и свойства. Закалке подвергают тонкостенные изделия простой формы и небольшого размера. Температура и закалки, и отжига одинакова и зависит от состава стали. Если сталь содержит только Cr,  Ni, то температура не должна превышать 950-1000º С. Увеличение температуры вызывает резкий рост зерна и снижение характеристик. Охлаждение при закалке должно быть таким, чтобы не попасть в область выделения карбидов Cr. Уменьшения стоимости хромоникелевых сталей можно добиться, если вместо Niвводить Mn.

Для того, чтобы стабилизировать структуру, необходимо, чтобы Cr<15%, Mn>15%. Если условие не выполняется, то мы получаем сталь с неустойчивым структурным состоянием. Для получения стабильной аустенитной структуры Niзаменяют частично (10Х14Г14Н4Т, 20Х13Н4Г9). Термообработка принципиально не отличается от термообработки хромоникелевых сталей. Такой недостаток хромоникелевых сталей, как склонность к росту зерна, можно устранить, используя для сварных деталей стали ферритно-аустенитного класса (15Х22Н5М5Т) или аустенитно-мартенситного класса (08Х15Н5Д2Т). Стали аустенитно-мартенситного класса обладают повышенной твердостью. Чисто аустенитные стали склонны к коррозии под напряжением. Даже самые лучшие аустенитные стали оказываются недостаточно стойкими при контакте с кислотами. Поэтому разработаны коррозионно-стойкие сплавы:

Fe - Ni - Cr (04ХН40МДТЮ).

Ni- Cr  (ХН45В).

Ni- Mo  (Н70МФ).

Cr - Ni - Mo  (ХН65МВ).

Мы не ставим своей задачей просмотреть все виды (марки) нержавеющих сталей. В этом нет никакой необходимости. Когда "производственники" говорят о нержавейке, лишь с некоторыми исключениями, они ссылаются на марки стали одной из серий - 300 или 400-ю. Наиболее часто используемые марки этих серий приведены в следующей таблице. Там же указаны типичные приложения (области применения) для каждой из них.

300 серия Аустенитная

400 серия Ферритная