Нержавеющие и кислотостойкие стали

Эти стали являются высоколегированными и принадлежат к двум основным типам: хромистым и хромоникелевым.

1. Хромистые стали, из которых для листового произ­водства имеют наибольшее значение марка 1X13 (ЭЖ1), содер­жащая в основном < 0,15% С и 12—14% Сr, и высокохроми­стые Х17 и Х28 (ЭЖ17 и ЭЖ27), содержащие 16—18% и 27-30% Сr, предназначаются: первые—для дета'лей с повышенной пластичностью при хорошем сопротивлении атмосферной корро-'. ии я вторые — кислотостойкие — для различного оборудования.

2. Хромоникелевые стали, особенно широко приме­няемые как конструкционные в промышленности, архитек­тура, при изготовлении предметов домашнего обихода (марки ГХ18Н9 (ЭЯ1) и та же марка с титаном (1Х18Н9Т)], для ла­кокрасочной, угольной, пищевой, молочной, пивоваренной про мышлен'ности, содержат в основном 17—20% Сг и 18—11% Ni.

Во многих случаях сталь этой марки может быть заменена лолее дешевой хромомарганцевоникелевой сталью ХI3H4Г9, содержащей 12—14% Сr; 8—10% Мп и лишь 3,7—5,0% Ni. Во­просы, связанные с прокаткой этой стали, подробно рассматри­ваются в четвертой части книги.

Нержавеющая сталь находит широкое применение не только в химической промышленности, но также в автостроении, транс­портном машиностроении и в пищевой промышленности, — вез­де, где требуется повышенное сопротивление коррозии.

Сталь большинства этих марок, в противоположность хромо-никелевым конструкционным сталям перлитного класса, принадлежит к аустенитному классу.

Согласно ГОСТ эта сталь должна иметь следующий .химиче­ский состав: 0,14% С; * 2,0% Мп; 0,8% Si; 17—20% Сг; 8-11% Si;<0,03% Б; < 0,035% Р.   

Нержавеющая сталь обладает сравнительно высоким пре­делом прочности, относительно невысокими упругими свойствами и большим удлинением и ударной вязкостью. Она приобретает резко выраженный наклеп при холодной пластической деформа­ции и плохо обрабатывается режущим инструментом. Основным свойством этой стали, определяющим ее промышленное приме­нение, является сопротивление коррозии, особенно в кислотах, что и вызвало' обозначение этой стали как кислотоупорной.

Однако указанная сталь обладает весьма серьезным недо­статком: закаленная сталь 18-8 при последующем нагреве до 600—800° относительно быстро подвергается коррозии по грани­цам зерен, что приводит к разрушению металла и изделия; на­блюдаемое явление, при котором происходит выпадение карби­дов хрома по границам зерен и обеднение им периферийного слоя твердого раствора, получило название межкристаллической коррозии.

Ввиду того, что в настоящее время при сооружении конструк пий из кислотостойкой стали широко применяется сварка, ука­занное обстоятельство приобретает особо важное значение. В сварных изделиях в ряде случаев при удовлетворительной стойкости всей поверхности листов и даже самой наплавки рядом со швом обнаруживаются зоны интенсивного разрушения, что приводит в негодность все изделие.

Применяются два способа борьбы с указанным явлением Первый способ заключается в снижении содержания углерода' ниже предела его растворимости в аустените при низких темпе­ратурах; второй — в резком снижении растворимости углерода путем связывания его энергичными карбидообразующимн д0_ бавками, не растворимыми в аустените при высоких температу­рах (например, титаном, ниобием и др.)- Практически установ­ленный верхний предел углерода составляет 0,06%, а для марки 1Х18Н9Т (с присадкой титана) — не выше 0,12%.

Все нержавеющие стали применяются в термически обрабо­танном виде. Химический состав таких сталей наиболее употре­бительных марок указан в табл. 49 и 50.

По металлографическим свойствам рассматриваемые стал» относятся к трем классам:

1 класс—полуферритные—нержавеющие стали, содержа­щие приблизительно до 0,2% С; микроструктура этих сталей обычно состоит из сорбита на фоне хромистого феррита.

2  класс — мартенситные — нержавеющие стали, содержа­щие выше 0,2% С; при охлаждении на воздухе они приобретают мартенситную структуру. После прокатки структура их является полосчатой.

3  класс — аустенитные—все указанные в табл. 49 и 50 кислотоупорные стали на хромоникелевой основе. Они отличают­ся повышенной склонностью к транскристаллизации,'что связано с низкой теплопроводностью этих сталей (почти в 3 раза мень­шей обычных углеродистых).

3

4

Так как по теплоемкости рассматриваемые стали практиче­ски не отличаются от углеродистых сталей, то допустимая дли­тельность нагрева определяется их теплопроводностью. Нагрев при высоких температурах вызывает появление на стали проч­ного слоя окалины, состоящей из окислов железа, хрома и никеля.

Практически при нагреве в печи окалина у нержавеющих сталей начинает образовываться при 750° и у кислотоупорных — при 900°.

Особенно вредно для нержавеющих сталей обезуглерожива'-ние поверхности, так как образующаяся при этом ферритная структура обладает способностью к сильному росту зерна. Исправить такой материал можно только повторной деформа­цией.

Механические характеристики кислотоупорных сталей при на­греве снижаются весьма медленно; сталь 1Х18Н9 при 800° имеет предел текучести еще около 10 кг/мм2, что в несколько раз выше, чем у малоуглеродистой стали. Наоборот, нержавеющая полу-ферритная ста'ль обладает малым сопротивлением деформации и при 800° имеет предел текучести всего лишь около 3,5 кг/мм2.

Применяются два способа борьбы с указанным явлением Первый способ заключается в снижении содержания углерода' ниже предела его растворимости в аустените при низких темпе­ратурах; второй — в резком снижении растворимости углерода путем связывания его энергичными карбидообразующимн д0_ бавками, не растворимыми в аустените при высоких температу­рах (например, титаном, ниобием и др.)- Практически установ­ленный верхний предел углерода составляет 0,06%, а для марки 1Х18Н9Т (с присадкой титана) — не выше 0,12%.

Все нержавеющие стали применяются в термически обрабо­танном виде. Химический состав таких сталей наиболее употре­бительных марок указан в табл. 49 и 50.

По металлографическим свойствам рассматриваемые стали относятся к трем классам:

1 класс—полуферритные—нержавеющие стали, содержа­щие приблизительно до 0,2% С; микроструктура этих сталей обычно состоит из сорбита на фоне хромистого феррита.

2  класс — мартенситные — нержавеющие стали, содержа­щие выше 0,2% С; при охлаждении на воздухе они приобретают мартенситную структуру. После прокатки структура их является полосчатой.

3  классе — аустенитные—все указанные в табл. 49 и 50 кислотоупорные стали на хромоникелевой основе. Они отличают­ся повышенной склонностью к транскристаллизации,'что связано с низкой теплопроводностью этих сталей (почти в 3 раза мень­шей обычных углеродистых).

Так как по теплоемкости рассматриваемые стали практиче­ски не отличаются от углеродистых сталей, то допустимая дли­тельность нагрева определяется их теплопроводностью. Нагрев при высоких температурах вызывает появление на стали проч­ного слоя окалины, состоящей из окислов железа, хрома и никеля.

Практически при нагреве в печи окалина у нержавеющих сталей начинает образовываться при 750° и у .кислотоупорных — при 900°.

Особенно вредно для нержавеющих сталей обезуглерожива'-ние поверхности, так как образующаяся при этом ферритная структура обладает способностью к сильному росту зерна. Исправить такой материал можно только повторной деформа­цией.

Механические характеристики кислотоупорных сталей при на­греве снижаются весьма медленно; сталь 1Х18Н9 при 800° имеет предел текучести еще около 10 кг/мм2, что в несколько раз выше, чем у малоуглеродистой стали. Наоборот, нержавеющая полу-ферритная ста'ль обладает малым сопротивлением деформации и при 800° имеет предел текучести всего лишь около 3,5 кг/мм2.

Что, как известно, и приходится учитывать при горячей про­катке. Например, окалиностойкая ферритная сталь Х28 обладает значительно меньшим сопротивлением деформации ч большей пластичностью в горячем состоянии, чем нержавеющая аустенит-ная сталь 1Х18Н9. Среди группы нержавеющих сталей особен­но следует выделить следующие марки: сталь 1Х18Н9Т с малым баллом а-фазы, имеющую наибольшую пластичность, и кислото­стойкую сталь Х18Н11Б с чрезвычайно низкой пластичностью (употребляемую для сварной аппаратуры), которая после свар­ки не может быть термически обработана. Остальные марки не­ржавеющей стали занимают промежуточное положение.

При горячей деформации нержавеющая сталь с титаном более пластична, чем сталь с ниобием, что следует учитывать при про­катке. Сильно снижает пластичность нержавеющих сталей в го­рячем состоянии присутствие а-фазы, но для сталей с титаном, в отличие от сталей с ниобием, количество а-фазы уменьшается с повышением температуры до 1200°. Поэтому томление, т. е. длительная выдержка стали с титаном при 1150—1180° способ­ствует уменьшению количества а-фазы и связанной с последней возможности появления трещин и рванин при' прокатке. Однако это имеет место только до 1200°, поэтому не следует перегревать данную сталь при прокатке выше указанной температуры.

Процесс прокатки необходимо вести форсированно, не допус­кая задержки, чтобы температура конца прокатки не опускалась ниже 1000—1025°, так как вследствие высокой температуры рекристаллизации этой стали, при: более низких температурах конца прокатки (950°) может иметь место наклеп и, как след­ствие, увеличение количества а-фазы.

Стали с ниобием необходимо выдерживать при более низких температурах, не нагревая их до 1200°. Что касается нержавею­щей и окалиностойкой ферритной стали Х28, то эту сталь не следует нагревать при температурах выше 1150°, так как она обладает склонностью к интенсивному росту зерна при высоком нагреве. Обладая же очень малым сопротивлением деформации в горячем состоянии, эта сталь позволяет вести прокатку при от носительно низких температурах. Правильность такого заключе­ния подтверждает практика прокатки этой стали нашими заво­дами.

AllSteel