Меню

Дельта феррит в нержавеющей стали

Дельта феррит в нержавеющей стали

Одной из востребованных разновидностей нержавеющей стали остается аустенитная нержавеющая. Как следует из названия, такого типа материал устойчив к возникновению коррозии. Защитный эффект достигается путем добавления в состав обычных дополнений. Здесь в качестве таких материалов выступает хром и никель. Хрома в составе 18%, а никеля 10%. На поверхности создается тонкий слой, который препятствует внешнему воздействию агрессивных сред.

Для хромоникелевых сталей данной разновидности создан ГОСТ 5632-72. В нем прописываются центральные требования к показателям продукции, на которые необходимо ориентироваться при её выборе и оценке. В ГОСТ прописано несколько разновидностей материала:

  • 12Х18Н9Т;
  • 08Х18Н10Т;
  • 12Х18Н10Т;
  • 12Х18Н9;
  • 17Х18Н9;
  • 08Х18Н10;
  • 03Х18Н11.
  • Как уже было сказано выше, качества стали зависит от двух центральных добавок, процент которых в составе наиболее высок:

    • Хром. Процент содержания хрома держится на уровне до 18%. Элемент обеспечивает повышенную устойчивость к возникновению коррозии при использовании в различных средах. Помимо этого, элемент гарантирует возможность для обеспечения пассивации. Если говорить про потенциально опасные среды, то сталь с добавлением хрома может держаться даже в окислительных. Кислота может отличаться по уровню концентрации и нагрева. Таким образом, удается обеспечивать длительное использование элементов без потери качества.
    • Никель. Такого материала в составе содержится в среднем 10%. При этом, содержание элемента не может быть менее 9% и более 12%. Никель добавлен в состав не случайно. С ним повышается технологичность, а склонность к появлению существенно снижается. Более того, материал приобретает высокие служебные свойства. Подобная рецептура помогает выдерживать не только агрессивную кислотную среду, но и перепады температур – как повышенной, так и пониженной.

    Состав различных типов стали может отличаться – варьируется содержание элементов, а вместе с ним и многие другие эксплуатационные параметры.

    Особенности фазовых превращений в сталях аустенитного типа

    Существует сразу несколько разновидностей превращений, которые могут протекать в хромоникелевого типах стали.

    • образование в аустенитной основе δ-феррита при высокотемпературном нагреве;
    • выделение избыточных карбидных фаз и σ-фазы при нагреве в интервале в интервале 450-900 ºС;
    • образование α-фазы мартенситного типа при холодной пластической деформации или охлаждении ниже комнатной температуры.

    Говоря о фазовых превращениях в стали, нельзя не коснуться такой важной темы, как появление межкристаллической коррозии. Склонность к ней особенно ярко проявляется, когда происходит выделение карбидных фаз. Это отражается на том, как будет проводиться оценка стали. Стоит отталкиваться от термокинетических параметров образования в стали карбидов.

    Для каждой разновидности материала определяется время, которое требуется для начала процесса межкристаллической коррозии. Оно привязано к проценту содержания углерода в твердом растворе. Чем выше содержание углерода, тем при большей температуре будет возникать межкристаллическая коррозия. Таким образом, удается применять различные варианты стали в областях, которые подвержены высоким температурам.

    Зависимость времени и процента содержания углерода представлено в таблице ниже:

    Содержание углерода в твердом растворе

    Время появления межкристаллической коррозии

    Чем меньше процент содержания углерода, тем ниже будет температура, связанная с показателями минимальной изотермической выдержки. Таким образом, при покупке стоит сразу понимать, в каких температурных условиях вы будете использовать такого типа материал. Межкристаллическая коррозия способна оказать серьезное негативное воздействие на материал и привести к его постепенному разрушению, потому выбирать стоит внимательно, ориентируясь на данные приведенной выше таблицы.

    Особенности процесса сварки сталей аустенитного типа

    Вопрос о том, как сваривать различные виды нержавеющих материалов всегда остро стоит перед покупателями. Проведение сварки предполагает соблюдение правил, защищающих от коррозийного растрескивания и измерения параметров материала.

    То, насколько безопасной для материала будет сварка, определяет уже упомянутый параметр межкристаллической коррозии. Чем выше уровень стойкость, тем более толстые сечения можно будет сваривать между собой.

    В ситуации с необходимостью проведения варки рассматривается способность стали выдерживать повышенные температуры. Межкристаллическая коррозия при 500-600 градусах достигается только в том случае, если содержание углерода не превышает показатель в 0,006%. Это нужно учитывать при работе, в том числе, при использовании в областях с высокими параметрами нагрева.

    Как дополнительно стабилизировать сталь?

    Вопрос о стабилизации состояния стали не менее актуален, чем о сварке. Чтобы обеспечить стабилизацию применяется титан и ниобий. Введение в состав сплава таких элементов направлено на появление карбидных фаз. На то, какого типа карбиды будут выделены в процессе использования, напрямую влияет температура. Чтобы получить специальные карбиды, потребуется вести работы при температуре более 700 ºС. Важно понимать, что появление специальных карбидов, таких, как TiC и NbC не ведет к повышению склонности к межкристаллической коррозии. Таким образом, стабилизировав состояние нержавеющей стали. Можно сделать её прочнее и защитить от целого ряда негативных потенциальных последствий использования.

    Особенности воздействия азота, хрома и никеля на состояние стали и её характеристики

    Помимо уже упомянутого углерода, существует и еще ряд элементов, напрямую влияющих на свойства нержавеющей стали такого типа. Один из центральных – азот. Он появляется при изометрической выдержке или охлаждении. Азот способен замещать в составе карбидов углерод. При изготовлении коррозионно-стойких разновидностей материала это свойство остается очень важным. И главная причина – не столь сильное влияние азота на склонность к межкристаллической коррозии. Чтобы такая склонность появилась, содержание азота в структуре должно быть не менее 0,15%. Введение азота в структуру способно повысить прочность материала. Это используется на производстве для увеличения продолжительности срока службы и эксплуатационных характеристик.

    О влиянии хрома на состояние материала уже говорилось выше. Рассмотрим содержание материала в контексте его взаимодействия с углеродом. Здесь существует пропорция – чем больше хрома, тем меньше растворимость углерода. Повышение процента хрома актуально в том случае, когда нужно упростить процесс выдерживания карбидной фазы.

    При введении хрома уменьшается такой параметр, как ударная вязкость. Это объясняется с тем, что по границам зерен начинает образовывать карбидная секта.

    Применение хрома – это еще один способ снизить склонность материала к развитию межкристаллической коррозии. Чем более хромированная перед вами сталь, тем лучше она будет выдерживать коррозийное воздействие.

    Помимо азота и хрома, значимым в работе с углеродом остается и никель. Он также снижает растворимость углерода и ударную вязкость материала. Как и в случае с хромом, повышение концентрации никеля улучшает показатели стали. В том числе, в вопросе противодействия потенциальном образовании межкристаллической и других типов коррозии.

    Главные особенности легирующих элементов

    В стали содержится большое количество, так называемых, легирующих элементов. Они оказывают влияние на саму структуру материала, особенно при нагревах до высоких температур. Все представленные легирующие элементы подразделяются на две центральные разновидности. Среди них:

    Вопрос о присутствии феррита стоит рассматривать на примере дельта-феррита. Его наличие в структуре дает отрицательный эффект и снижается технологичность. При появлении дельта-феррита сложно будет создавать прочные и защищенные от негативного воздействия изделия при прокатке, штамповке и ковке – везде, где применяются высокие температуры и повышенное давление на создаваемые элементы.

    То, сколько феррита будет в стали, зависит от содержания никеля и хрома. В зависимости от группы сталей отличается и склонность к образованию дельта-ферритта. Среди стабильных материалов называют Х18Н11 и Х18Н12 марки. Остальные в той или иной степени меняют свою структуру при нагреве до высоких температур и оказываются склонными к появлению ферритов.

    Помимо феррита, важным остается и образование аустенита. Чем больше в материале никеля, азота, углерода и хрома, тем меньше вероятность начала мартенситного превращения в результате снижения температур и различных проявления пластической деформации. Сложнее определить влияние таких элементов как ниобий и титан, традиционно связываемых с улучшением качества стали и её стабилизацией. В твердом растворе элементы повышают устойчивость к мартенситному превращению. Важным фактором здесь оказывается связь присутствующих элементов. Если они входят в состав карбонитридов, тогда температура мартенситного превращения оказывается выше.

    Основные возможности и требования к термической обработке сталей

    Решение вопроса о правильной термической обработке стали связано с определением её марки и состава. Для хромоникелевых аустенитных сталей возможно два варианта обработки – закалка и стабилизирующий обжиг.

    Сами параметры отличаются для сталей, которые уже прошли стабилизацию с введением титана и ниобия или же остались без стабилизации. При использовании закалки удается достичь большего уровня защиты от появления межкристаллической коррозии. Сама сталь при этом становится прочнее и лучше защищается от внешнего воздействия агрессивных сред – это стоит учитывать при выборе.

    Процесс стабилизирующего отжига также направлен на улучшение состояния материала. В частности, он влияет на состояние карбидов хлора. Главная цель использования – перевести карбиды хлора в состояние, которое не будет представлять опасности появления межкристаллической коррозии. Помимо этого, процесс помогает перевести карбиды хлора в специальные карбиды для стабилизированных сталей.

    Рассмотрим оба процесса более подробно:

    1. Закалка. Этот процесс предполагает нагрев выше той температуры, при которой карбиды хлоров начинают растворяться. После того, как нагрев до установленных показателей был произведен, начинается быстрое охлаждение. Чем выше в стали содержание углерода, тем выше будут температуры, необходимые для его обработки. Если рассматривать минимальные и максимальные, нагрев не должен быть до температуры менее 900 градусов. В то же время при закалке редко повышается температура до более чем 1100 градусов Цельсия.

    Закалка напрямую связана с таким понятием, как длительность выдержки. Этот параметр отличается в зависимости от типа материала и температуры, до которой они нагреваются. Учитываются показатели толщины.

    После того, как выдержка была произведена, происходит не менее значимый процесс – охлаждение. Оно обязательно должно быть быстрым. Сам принцип охлаждения отличается для стабилизированных и нестабилизированных типов стали с разным содержанием углерода. Они пользуют варианты с охлаждением в воде и в воздухе.

    2. Стабилизирующий отжиг. Еще одна важная разновидность процессов, которым подвергается сталь для улучшения эксплуатационных показателей. Процесс отличается в зависимости от того, в каком типе стали он проводится.

    • Для нестабилизированных. Температурный интервал отжига варьируется между температурой стандартного нагрева при провидении закалки и той отметки, при которой у материала начинается образовываться межкристаллическая коррозия. На то, насколько велик будет такой интервал, влияет содержание в стали добавок. В частности, концентрации хрома.
    • Для стабилизированных. В таких сталях отжиг ведется специально для того, чтобы перевести карбиды хрома в другое состояние. Хром освобождается и таким образом стойкость материала к коррозии существенно увеличивается. Температура проведения процедуры редко превышает 950 градусов.

    Особенность коррозийной стойкости при использовании в кислотных средах

    Одна из причин, по которым аустенитные стали получили большое распространение, оказывается стойкость к использованию материала в азотной кислоте. Здесь показатели меняются при различном уровне стойкости и меняются в зависимости от того, какая разновидность стали была выбрана.

    Для лучшего отражения показателей, при которых материал получает первый балл стойкости. Мы составили приведенную ниже таблицу:

    Тип кислотной среды с процентным содержанием

    Источник

    Дельта феррит в нержавеющей стали

    О  -железе мы уже упоминали в статье «Аллотропия». Как было обещано, скажем об этом железе несколько слов.  -железо (  -феррит) – это один из твердых растворов в системе железо-углерод, высокотемпературная модификация феррита.  -феррит является аллотропической модификацией железа, которая существует при температуре выше 1390 о С.

    Структура  -железа такая же, как и  -железа – объемно-центрированная кубическая. Но название  -феррит принято в металловедческой практике.  -феррит оказывает определенное влияние на строение некоторых марок литых сталей и их последующую термическую обработку. Кроме того  -феррит отрицательно влияет на механические свойства.
    О  -феррите действительно упоминают редко. Он исследован слабо, потому что его практически невозможно наблюдать при комнатной температуре.
    В соответствии с диаграммой состояния железо-углерод при понижении температуры он превращается сначала в аустенит, потом в a -феррит.  -феррит встречается в легированных сталях, особенно часто в высокохромистых. Добавки хрома, как и других элементов, которые способствуют образованию феррита, понижают минимальную температуру устойчивости  -феррита. Такой феррит можно исследовать при комнатной температуре. На рис.1 показан аустенит и протяженные включения  -феррита (белые участки, рис.1 а,б), темные участки, рис.1 в.

    а б
    в

    Рисунок 1. Структура хромомолибденовой стали: 0,1% C, 12% Cr, 0,5% Mo. Термическая обработка: 1100 о С 1 час, закалка в воду (Материалы книги «Металлография железа» в 3 томах)

    d -феррит, образовавшийся при высокой температуре, был зафиксирован закалкой, поскольку превращение феррит-аустенит не успело полностью произойти. Аустенит превратился в мартенсит, а d — феррит сохранился, и его стало возможным видеть при комнатной температуре. Снимки на современном оборудовании показаны на рис.2 при различных увеличениях.

    а б
    в

    Рисунок 2.  -феррит в высоколегированной стали; современная съемка

    После длительной термической обработки при 1250 о С в стали сформировалась равноосная структура (рис.3). Это практически полигональные участки  -феррита и мартенсита.  -феррит, который образовался из расплава, находился в равновесии с аустенитом. Часть феррита превратилась в аустенит. При закалке аустенит превратился в мартенсит,  -феррит сохранился. Вогнутая форма границ зерен  -феррита указывает на то, что аустенит зародился внутри кристаллов  -феррита и рос за их счет.

    а б

    Рисунок 3. Структура хромомолибденовой стали состава: 0,11% C, 12% Cr, 1.0% Mo. Термическая обработка: 1250 о С 1 час, закалка в воду (Материалы книги «Металлография железа» в 3 томах)

     -феррит можно наблюдать не только в закаленной, но и в литой стали после быстрого охлаждения. При этом также не успевает пройти перитектическое превращение L+δ=  , и  -феррит сохраняется в структуре вплоть до комнатной температуры. На рис.4  -феррит – это темная округлая фаза.

    Рисунок 4. Микроструктура литой быстрорежущей стали (А.П.Гуляев. Металловедение)

    Источник

    Читайте также:  Какая сталь лучше s390 или s125v
    Adblock
    detector