Хромистые стали

Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия

Кафедра технической механики и инженерной графики

Реферат

(по курсу материаловедения)

Хромистые стали

Выполнила: студентка 540 группы

Горькая Ксения

Приняла:

Воднева Людмила Юрьевна

Санкт-Петербург 2015

Оглавление

Введение

. Общая характеристика хрома

. Общая характеристика хромистых сталей

. Состав, свойства и обработка конструкционных хромистых сталей

.1 Стали марок 15Х, 15ХР и 20Х

.2 Сталь марки 30Х

.3 Стали марок 35Х, 38ХА, 40Х, 35ХРА И 40ХР

.4 Стали марок 45Х и 50Х

. Общая характеристика хромистых нержавеющих сталей

. Марки и состав хромистых нержавеющих сталей ГОСТ 5632-72

. Состав, свойства и термическая обработка хромистых сталей с особыми свойствами

.1 Полунержавеющие коррозионные стали, содержащие 5-10% хрома

.2 Окалиностойкие хромистые стали с присадками кремния (сильхромы)

.3 Нержавеющие хромистые стали (10-17% Cr) мартенситного класса

.4 Свойства 13%-ной хромистой стали типа 1Х 13

.5 Свойства 13%-ной хромистой стали типа 2Х 13

.6 Свойства 13%-ных хромистых сталей с повышенным содержанием углерода

.7 Свойства 17%-ных хромистых нержавеющих сталей с высоким содержанием углерода

.8 Хромникелевая нержавеющая сталь мартенситного класса марки Х 17Н 2 (ЭИ 268)

.9 Кислотостойкие хромистые стали (16-20% Cr) полуферритного и ферритного класса

.10 Окалиностойкие хромистые стали (25-30% Cr) ферритного класса

Список литературы

Приложения

Введение

Легированные стали и сплавы, содержащие значительное количество цветных металлов, применяют для изготовления ответственных деталей различного назначения, поскольку именно легированные стали и сплавы обладают комплексом высоких физико-механических и других свойств.

Современная техника связана с применением высоких скоростей, больших давлений, повышенных температур, воздействием агрессивных сред и многими другими характерными факторами. Высокие скорости и большие давления вызывают возникновение высоких напряжений в деталях машин и узлах конструкций.

Углеродистые стали не обладают достаточно высокими механическими и физико-химическими свойствами и не отвечают требованиям, предъявляемым к металлам в современном машиностроении. Одним из основных способов повышения свойств стали является введение в нее различных элементов. Процесс введения в сталь различных элементов, способствующих повышению ее свойств, называется легированием, а получаемые в результате этого стали называются легированными.

Введение легирующих элементов приводит к образованию новы фаз и структурных составляющих, изменяет кинетику превращений, вызывает новые явления и изменяет технологию термической обработки. Легирующие элементы, вводимые в углеродистую сталь, изменяют ее механические и физические свойства. Легирование значительно повышает прочность и твердость при сохранении хорошей вязкости стали, увеличивает ее прокаливаемость, позволяет проводить закалку в умеренных охладителях. Легирование придает сталям ряд особых свойств: жаропрочность, коррозионную стойкость, окалиностойкость, магнитоустойчивость и многие другие свойства.

 

1. Общая характеристика хрома

Хром является наиболее распространенным легирующим элементом. Хром один из самых твердых металлов. Обладает высокой химической стойкостью. Большинство соединений хрома имеют яркую окраску, причем самых разных цветов. За эту особенность элемент и был назван хромом, что в переводе с греческого значит "краска".

Получение чистого хрома - дорогой и трудоемкий процесс. Поэтому для легирования стали применяют главным образом феррохром, который получают в дуговых электропечах непосредственно из хромита (хромовой руды). Восстановителем служит кокс.

Сталь, легированная хромом, обладает повышенной прочностью, твердостью, износостойкостью, стойкостью против коррозии в агрессивных и окислительных средах. Присутствие хрома увеличивает прокаливаемость стали. При содержании в стали 13% хрома она становится нержавеющей. Дальнейшее увеличение содержания хрома придает стали антикоррозиозность при высоких температурах, а также магнитоустойчивость.

Хром имеет решетку К 8 с параметрами, близкими к параметрам α-железа, поэтому хром и α-железо неограниченно растворяются друг в друге. С увеличением содержания хрома в стали происходит сужение области γ-твердого раствора.

 

2. Общая характеристика хромистых сталей

Маркировка легированных сталей производится с применением буквенно-цифровой индексации. Для обозначения хрома как легирующего элемента используется буква Х. Цифры перед буквой Х указывают содержание хрома в целых процентах (см. Приложение 2).

Низкоуглеродные хромистые стали относятся к цементуемым сталям; по сравнению с аналогичными углеродистыми сталями они обладают повышенными характеристиками прочности. Предназначены главным образом для изготовления деталей, работающих в условиях износа при трении: втулок. Пальцев, шестерен, толкателей, валиков и т.д.

По сравнению с цементуемыми хромникелевыми сталями хромистые стали имеют меньшую прокаливаемость, несколько пониженную вязкость при примерно одинаковых характеристиках прочности в сердцевине. Кроме того, эти стали более склонны, чем хромоникелевые, к росту зерна при длительной цементации и к короблению при закалке.

Эти особенности ограничивают применение хромистых сталей в общем машиностроении; они используются для изготовления некрупных деталей относительно просто формы при небольшой глубине цементации (до 1,0-1,5 мм).

Среднеуглеродистые хромистые стали можно разделить по свойствам на три группы: с содержанием углерода ~0,3%, с содержанием углерода ~0,4%, с содержанием углерода ~0,5%.

Все эти стали могут применяться для изготовления различных деталей общего, а иногда и специального машиностроения, требующих повышенной прочности и большей прокаливаемости по сравнению с соответствующей углеродистой сталью.

Вязкость среднеуглеродистых хромистых сталей почти не уступает вязкости аналогичных углеродистых сталей. Наличие в стали хрома при достаточном содержании углерода придает ей повышенную износостойкость.

Так же как хромистые низкоуглеродистые стали, стали со средним содержанием углерода обеспечивают наилучший комплекс механических свойств в термически обработанном состоянии (после закалки и отпуска).

Среднеуглеродистые хромистые стали, как правило, склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение их должно быть ускоренным. Более крупные детали целесообразно охлаждать в масле, а более мелкие - в масляном воздухе в больших садках. Недопустимо производить охлаждение с печью.

Мелкие детали из среднеуглеродистых хромистых сталей при работе в условиях трения и износа можно подвергать цианированию. Для крупных деталей с той же целью можно применить местную (или общую) поверхностную закалку при индукционном нагреве.

ГОСТом 4543-57 рекомендуются для применения хромистые стали, легированные бором. Эти стали (15ХР, 35ХРА, 40ХР) отличаются от аналогичных хромистых сталей более мелкозернистым строением и высокой прокаливаемостью.

 

3. Состав, свойства и обработка конструкционных хромистых сталей

 

.1 Стали марок 15Х, 15ХР и 20Х

Общая характеристика и назначение. Низколегированные цементуемые стали повышенной прочности марок 15Х, 15ХА и 20Х применяются для деталей (преимущественно некрупных), подвергаемых цементации и закалке и работающих в условиях износа при трении (втулки, пальцы, шестерни, толкатели, валики и т.д.)

Технологические данные. Горячая деформация производится в интервале 1200-800ºС. Обрабатываемость резанием хорошая. Свариваются хорошо. К отпускной хрупкости не склонны.

Критические точки, термическая и химико-термическая обработка. Изделия из хромистых сталей в зависимости от назначения, формы, размеров и требований к свойствам сердцевины можно подвергать различной термической обработке для получения надлежащих свойств.

Цементация с двойной закалкой и отпуском обеспечивает наиболее высокие свойства сердцевины. Однако при этом увеличивается коробление, что требует повышенных припусков на отделочную механическую обработку, или, где возможно, введения операции правки детали. Такой технологический процесс усложняет и удораживает изготовление деталей, поэтому цементацию с двойной закалкой рационально применять для наиболее ответственных деталей, работающих при наличии ударных и знакопеременных нагрузок и требующих высокой вязкости сердцевины. При этом желательно, чтобы форма деталей была по возможности простой и не вызывала сильного коробления (например, поршневые пальцы, некоторые виде шестерен и пр.)

В остальных случаях следует ограничиваться одинарной закалкой после цементации.

Менее ответственные детали (втулки, толкатели и т.п.) можно закаливать непосредственно после цементации, несколько подстуживая их перед погружением в закалочную среду.

Для длинных деталей небольшого сечения, у которых трущиеся поверхности, требующие упрочнения, расположены не по всей длине изделия, а лишь отдельными участками (например, кулачки на распределительных вилках), удобно применять местную закалку этих поверхностей, используя индукционный нагрев. Такая операция может производиться непосредственно после цементации и соответствующей механической обработке. В других, более ответственных случаях местной закалке может предшествовать общая закалка изделия с высоким отпуском, обеспечивающая высокую вязкость и пластичность сердцевины.

 

.2 Сталь марки 30Х

Общая характеристика и назначение. Термически обрабатываемая (улучшаемая) низколегированная сталь повышенной прочности марки 30Х применяется для различных некрупных деталей, подвергаемых закалке и отпуску, которые должны обладать увеличенной прочностью по сравнению с углеродистой сталью (оси, валики, рычаги, болты, гайки и т.д.)

Технологические данные. Горячая деформация производится в интервале 1200-800ºС. Обрабатываемость резанием хороша после отжига или после высокого отпуска. Свариваемость удовлетворительная. Склонность к отпускной хрупкости слабая.

 

.3 Стали марок 35Х, 38ХА, 40Х, 35ХРА И 40ХР

Общая характеристика и назначение. Стали высокой прочности и вязкости марок 25Х, 38ХА и 40Х применяются для изготовления различных нагруженных деталей, повергающихся закалке и отпуску, - валов, осей, коленчатых валов, рычагов, пальцев, шестерен, ответственных болтов, шпилек и т.п.

Технологические данные. Горячая деформация производится в интервале 1200-800ºС. Обрабатываемость резанием хорошая после закалки или нормализации с высоким отпуском. После отжига обрабатываемость резанием удовлетворительная. Свариваемость плохая.

Стали марок 35Х, 38ХА и 40Х обладают некоторой склонностью к отпускной хрупкости и флокеночувствительны.

 

.4 Стали марок 45Х и 50Х

Общая характеристика и назначение. Стали высокой прочности марок 45Х и 50Х применяются после закалки и отпуска для изготовления деталей, обладающих трущимися поверхностями, подвергающихся истиранию без значительных ударных нагрузок (валы, оси, крупные шестерни, пальцы и т.п.)

Технологические данные. Горячая деформация производится в интервале 1200-800ºС. Обрабатываемость резанием хорошая после закалки (нормализации) и высокого отпуска. После отжига обрабатываемость резанием удовлетворительная. Свариваемость плохая, флокеночувствительны.

 

4. Общая характеристика хромистых нержавеющих сталей

Поверхностное разрушение металлов и сплавов под воздействием внешней среды называется коррозией. Чистое железо и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, воде и во многих других средах, поскольку окисная пленка, образующаяся обычно на поверхности металлов, недостаточно плотна и не изолирует его от химических воздействий среды. Коррозионное разрушение начинается с поверхности, то есть на границе металл-среда, и постепенно распространяется вглубь металла. Металл при этом теряет металлический блеск и покрывается продуктом коррозии (ржавеет). Механические свойства металла, подвергшегося коррозии, резко снижаются.

Одним из эффективных методов защиты стали от коррозии является введение в его состав таких элементов, которые образуют на его поверхности стойкие защитные пленки, предохраняющие основной металл от разрушения. Основным легирующим элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость стали в окислительных средах, является хром. Коррозионная стойкость хромистых нержавеющих сталей объясняется образованием на поверхности защитной плотной пленки окисла Cr₂O₃. Такая пленка образуется только при содержании хрома более 12,5%.

Железо с хромом образует непрерывный ряд твердых растворов, поэтому можно получать сталь с высоким содержанием хрома в твердом растворе. Хром не является дефицитным металлом, стоимость его сравнительно невысока, поэтому хромистые стали - самые дешевые нержавеющие стали. Эти стали обладают достаточно хорошими технологическими свойствами. Углерод в нержавеющих сталях, в том числе и в хромистых, является нежелательным элементом, поскольку, связывая хром в карбиды, он тем самым обедняет твердый раствор хромом, понижая коррозионные свойства стали.

К хромистым нержавеющим сталям относятся, прежде всего, следующие стали 08Х 13, 12Х 13, 20Х 13, 30Х 13, 40Х 13, содержащие 13% хрома. При этом стали 08Х 13, 12Х 13, 20Х 13 являются доэвтектоидными; сталь 30Х 13 является эвтектоидной, а сталь 40Х 13 - заэвтектоидной. К хромистым нержавеющим сталям относятся также и стали 12Х 17, 08Х 17Т, 14Х 17Н 2, 15Х 25Т, 12Х 28, содержащие большее количество хрома, а также небольшие добавки никеля и титана. Титан вводят для измельчения зерна, а никель - для улучшения механических свойств. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей повышается после упрочняющей термической обработки и полировки поверхности. Режимы упрочняющей обработки и механические свойства после ее проведения приведены в таблице:

Температура, ºС

Механические свойства

закалки

отпуска (отжига)

твердость HRC

σв, МПа

σ0,2, МПа

δ, %

ψ, %

α, %

12Х 13

1000

700

-

600

400

20

60

900

20Х 13

1050

700

-

850

650

10

50

600

30Х 13

1050

250

40

1600

1300

-

-

-

40Х 13

1050

200

50

-

-

-

-

-

12Х 17

1050

750

-

450

300

20

45

500

14Х 17Н 2

1050

300

-

1100

900

10

35

500

15Х 25Т

-

750

-

450

300

45

-

15Х 28

-

750

-

450

300

20

-

-

 

5. Марки и состав хромистых нержавеющих сталей ГОСТ 5632-72

Хромистые нержавеющие стали подразделяются на три типа (по содержанию хрома):

·    13% хрома

·        17% хрома

·        27 % хрома

Маркировка легированных сталей производится с применением буквенно-цифровой индексации. Для обозначения хрома как легирующего элемента используется буква Х. Первые цифры марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, стоящие за буквой, означают среднее содержание хрома в целых процентах.

Составы хромистых нержавеющих сталей приведены в таблице:

Состав хромистых нержавеющих сталей, % (ГОСТ 5632-72)
Класс стали	Тип стали (Cr, %)	Марка стали	C		Cr
Ферритная	13	08X13	≤0,08		12 ÷ 14
Мартенситно-Ферритная		12X13	0,09 ÷ 0,15
Мартенситная		20X13	0,16 ÷ 0,25
Мартенситная		30X13	0,26 ÷ 0,35
Мартенситная		40X13	0,36 ÷ 0,45
Ферритная	17	12X17	≤0,12		16 ÷ 18
Ферритная		08Х 17Т	≤0,08
Мартенситная		14Х 17Н 2	C: 0,11÷0,17	Ni: 1,5 ÷ 2,5
Ферритная	25	15Х 25Т	≤0,15		24 ÷ 27
Ферритная	28	15X28			27 ÷ 30

6. Состав, свойства и термическая обработка хромистых сталей с особыми свойствами

 

.1 Полунержавеющие коррозионные стали, содержащие 5-10% хрома

Стали этой группы вследствие повышенного содержания хрома и присадки молибдена являются теплостойкими и обладают повышенной коррозийной стойкостью в ряде активных химических сред. Они широко применятся в нефтяной промышленности при переработке нефти и в крекинг-аппаратуре, а также в котлостроении.

Содержание углерода в сталях с 5-10% хрома, как правило, не превышает 0,15%. Наибольшее распространение получили 5%-ные хромистые стали с присадкой молибдена, хотя чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость. При содержании 5% Cr сталь приобретает окалиностойкость до 600ºС, а сталь с 10% Cr имеет окалиностойкость до 700ºС.

Молибден вводится в эти стали для устранения тепловой хрупкости и повышения сопротивления ползучести и длительной прочности.

Кремний и алюминий также иногда вводят в эти стали для повышения сопротивления окислению при рабочих температурах, титан и ниобий - для устранения эффекта самозакаливания, ванадий добавляется для повышения прочностных характеристик при рабочих температурах и для увеличения стойкости против водородной коррозии.

Присадка кремния к 5%-ным хромистым сталям повышает их окалиностойкость до 750ºС и способствует повышению их стойкости в продуктах сгорания топлива, богатого серой.

Способность сталей с 5-10% Cr к самозакаливанию на воздухе вносит ряд особенностей в технологию изготовления деталей из таких сталей. После каждой операции горячей обработки давлением или сварки эти стали должны медленно охлаждаться или отжигаться при температуре 860ºС. В некоторых случаях для отжига достаточен нагрев на 750-770ºС, однако полное смягчение сталь приобретает только после отжига на 860ºС с охлаждением с печью.

В зависимости от температуры отпуска механические свойства сталей меняются в широких пределах. Часто применяются термическая обработка, состоящая из нормализации с температуры 950ºС и последующего 2-часового отпуска на 760-800ºС (охлаждение на воздухе).

Одно время считалось, что присадка таких карбидообразующих элементов, как титан и ниобий, во всех случаях устраняет способность 5%-ных хромистых сталей самозакаливаться. Однако при сварке, когда разогрев металла происходит до очень высоких температур, карбиды указанных элементов растворяются в аустените, и сталь прокаливается при охлаждении на воздухе.

Повышенное содержание хрома в сталях рассматриваемого типа сильно повышает их коррозионную стойкость в горячих средах продуктов переработки нефти.

Хромокремниевые стали благодаря присадке 2-3,5% Si обладают более высокой окалиностойкостью и применяются при изготовлении клапанов двигателей внутреннего сгорания (Х 3С 3, Х 9С 2, Х 10С 2М) и печного оборудования.

Сильхромовые стали относятся к группе сталей мартенситного класса, закаливающихся на воздухе или в масле, с температуры 950-1050ºС. При закалке с очень высоких температур сильхромы проявляют склонность к значительному росту зерна и образованию хрупкого нафталинистого излома. Для сильхрома Х 9С 2 наилучшие свойства получаются после закалки с 975ºС, в масле и отпуска при 800ºС с последующим сравнительно быстрым охлаждением на воздухе. При медленном охлаждении в интервале температур 450-600ºС сильхромовые стали сильно снижают ударную вязкость. Повторный нагрев до 700-800ºС устраняет хрупкость эти сталей если они ее приобрели при медленном охлаждении.

 

.3 Нержавеющие хромистые стали (10-17% Cr) мартенситного класса

К этой группе сталей относятся 1Х 13, 2Х 13, 3Х 13, 4Х 13, Х 18, Х 17Н 2, которые применяются в качестве нержавеющих и коррозионностойких, а также теплостойких материалов.

Структура и свойства этих сталей в сильной степени зависят от относительного содержания в них углерода и хрома. Стали с низким содержанием углерода (<0,10% С) и с повышенным содержанием хрома (>15% Cr) являются ферритными и не закаливаются из-за отсутствия γ↔α-превращения. Стали с таким же содержанием углерода, но с меньшим содержанием хрома при нагреве приобретают структуру аустенита и при охлаждении претерпевают γ↔α-превращение с образованием мартенсита.

 

.4 Свойства 13%-ной хромистой стали типа 1Х 13

При нагреве под закалку при пониженных температурах (900ºС) сталь с 12% Cr закаливается слабо. Нагрев на более высокие температуры вызывает более полный переход карбидов в твердый раствор и способствует получению более высокой твердости сталей после закалки даже после охлаждения на воздухе.

Нагрев стали с 0,10% С и 12,5% Cr на температуры выше 1050ºС приводит к выделению из аустенита δ-феррита. Отпуск при температурах 260-400ºС способствует снятию напряжений, возникающих в хромистых сталях после закалки, а также понижению твердости, которое происходит медленнее, чем в углеродистой стали. При температурах отпуска 450-550ºС наблюдается значительное падение ударной вязкости, сопровождающееся также ухудшением коррозионной стойкости. Поэтому отпуск сталей 12-13% Cr ведут при температурах либо ниже 400ºС, либо выше 600ºС.

В целях лучшей обрабатываемости резанием сталей 1Х 13 рекомендуется или высокий отпуск при температурах 650-700ºС или же полный отжиг, состоящий из нагрева на температуру 870-900ºС выдержки в течение 1-2 часов, а затем медленного охлаждения в печи до 540-650ºС в час; дальнейшее охлаждение можно вести на воздухе, в масле или в воде.

Обычно сталь 1Х 13 применяется после закалки и высокого отпуска (лопатки паровых турбин).

Применение стали 1Х 13 твердостью выше HRC≥35 для лопаток осевых компрессоров было неудачным из-за коррозионного растрескивания под напряжением.

% хромистая сталь с очень низким содержанием углерода (0,06%) марки ЭИ 496 применяется в нефтеперерабатывающей промышленности при переработке нефти с повышенным содержанием серы. Эта сталь хорошо сваривается и не дает трещин вследствие уменьшения подкладки стали на воздухе.

 

.5 Свойства 13%-ной хромистой стали типа 2Х 13

Эта сталь, имея несколько более повышенную твердость, применяется почти для тех же целей, что и сталь 1Х 13, но для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, от которых требуется повышенная прочность и пластичность.

Стали 1Х 13 и 2Х 13 широко применяются в паротурбинных установках, работающих при температурах до 500ºС.

6.6 Свойства 13%-ных хромистых сталей с повышенным содержанием углерода

Стали 3Х 13 и 4Х 13 обладают свойствами, близкими к инструментальным сталям, и применяются в тех случаях, когда от материала требуется высокая твердость в сочетании с коррозионной стойкостью (режущий и хирургический инструменты, пружины, шарикоподшипники). После закалки и отпуска изделия из стали этого типа, как правило, подвергают полированию для повышения коррозионной стойкости.

В последнее время для изготовления нержавеющих деталей, обладающих более высокой жаропрочностью, применяются 12-15%-ные хромистые стали с присадками молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия и бора марок 1Х 12В 4МФ, 15Х 12ВМФ и др.

 

.7 Свойства 17%-ных хромистых нержавеющих сталей с высоким содержанием углерода

Сталь с высоким содержанием углерода марки Х 18 с 0,95-1,1% С и 15% Cr применятся для коррозионностойких подшипников в нефтяной промышленности.

Эта сталь очень чувствительна к появлению трещин при быстром охлаждении как после ковки, так и при термической обработке. После горячей обработки давлением, охлаждение должно быть медленным (в колодцах). Еще лучше перенесли горячие заготовки в печь, нагретую до 700-725ºС; после выдержки в течение 3-6 часов быстрое охлаждение не опасно.

Закалка производится с охлаждением в подогретом масле или на воздухе. Отпуск для снятия напряжений дается немедленно.

 

6.8 Хромникелевая нержавеющая сталь мартенситного класса марки Х 17Н 2 (ЭИ 268)

В последнее время для изготовления рабочих лопаток осевых компрессоров и спрямляющих лопаток получила применение высокопрочная нержавеющая сталь Х 17Н 2 (ЭИ 268), которая, однако, требует тщательного соблюдения технологии изготовления деталей.

Попытки применения стали Х 17Н 2 в виде крупных поковок и турбинных дисков не увенчались успехом, так как они показывают большую неоднородность свойств по сечению.

Хромникелевая сталь типа Х 17Н 2 относится к мартенситному классу и обладает примерно теми же механическими свойствами, что и 12%-ные хромистые стали. Однако благодаря повышенному содержанию хрома данная сталь имеет более высокую коррозионную стойкость как в атмосферных условиях, так и в ряде химических сред.

Присадка 2% никеля к 17%-ным хромистым сталям увеличивает количество аустенита при высоких температурах, а этим самым способствует закалке стали. Для получения более однородной структуры и растворения карбидов сталь следует нагревать до высоких температур. Однако, не при любом содержании хрома и никеля сталь Х 17Н 2 при нагреве по закладку становится полностью аустенитно, часть объема может представлять собою α-фазу, которая придает стали строчечность и волокнистость при прокатке и горячей обработке давлением.

 

.9 Кислотостойкие хромистые стали (16-20% Cr) полуферритного и ферритного класса

Свойства полуферритных сталей в значительной степени зависят от качественного соотношения феррита и аустенита в структуре при нагреве стали до температур термической обработки. Когда преобладает ферритная составляющая, сталь приобретает большую способность к росту зерен при нагреве на температуры выше 850ºС, что приводит к крупнозернистости и хрупкости, не устраняющейся последующей термической обработкой, и к снижению коррозионной стойкости. В связи с этим горячую механическую обработку полуферритных сталей необходимо заканчивать при возможно более низких температурах, с тем, чтобы получить большее измельчение зерна. Последующий отжиг при 760-800ºС после горячей деформации сохраняет в стали в этом случае мелкозернистую структуру и вполне удовлетворительные механические и технологические свойства.

Нагрев полуферритных сталей на температуры 760-880ºС вызывает также выравнивание концентрации хрома в твердом растворе, а поэтому и улучшение коррозионной стойкости. Поэтому сварные соединения деталей из 17%-ной хромистой стали сразу же после сварки следует подвергать термической обработке для увеличения коррозионной стойкости. 17%-ные хромистые стали обнаруживают высокую коррозионную стойкость в холодной азотной кислоте любой концентрации. В горячей азотной кислоте (60-70ºС) 17%-ные хромистые стали стойки, если концентрация кислоты не превышает 66%, а в кипящей азотной кислоте при концентрации до 50-60%.

%-ные хромистые стали могут применяться в качестве окалиностойкого материала при температурах до 850-900ºС. При несколько повышенном содержании кремния сталь становится также стойкой в среде горячих топочных газов, богатых серой. Однако склонность к росту зерна при перегреве (выше 850ºС) и малая жаропрочность ограничивают применение данной стали.

Положительное влияние на свойства 17%-ной хромистой стали оказывают присадки титана и ниобия, так как они устраняют появление аустенита при высоких температурах, уменьшают опасность появления крупнозернистой структуры при нагреве и сварке и улучшают коррозионную стойкость сварных соединений в околошовной зоне.

Эффективность действия титана сказывается только в тех случаях, когда весь углерод в стали связан в карбиды титана. Последнее достигается при содержании титана примерно в 6-8 раз больше, чем углерода. Аналогичные результаты получаются при присадке ниобия, если его количество в 8-12 раз превышают содержание углерода.

Присадка ниобия и титана в 17%-ные хромичтые стали благоприятн сказывается на механических свойствах сварных соединений, особенно после электродуговой сварки. При автогенной сварке 17%-ных хромистых сталей с титаном и ниобием и при применении в качестве присадочного материала хромникелевой стали типа 18-8 (0,06% С) сварные швы все же имеют пониженную пластичность.

 

.10 Окалиностойкие хромистые стали (25-30% Cr) ферритного класса

Ферритные стали с 25-33% хрома применяются в качестве окалиностойкого материала при изготовлении муфелей печей, реторт, чехлов термопар и тому подобных изделий. При нагреве на температуры выше 850ºС стали приобретают крупнозернистую структуру и хрупкость, не устраняемые термической обработкой.

Нагрев на 475ºС или медленное охлаждение от высоких температур, когда сталь достаточно долго находится в районе температуры 475ºС, сообщают стали еще большую хрупкость и уменьшает коррозионную стойкость. Эта хрупкость тем сильнее, чем выше содержание хрома в стали.

Удовлетворительные механические и технологические свойства сталей ферритного класса получают лишь в тех случаях, когда после горячей механической обработки и кратковременного отжига при 760-780ºС стали приобретают мелкозернистую структуру. Охлаждение после этого отжига следует проводить так, чтобы интервал температур 450-520ºС ыл пройден возможно быстрее.

Хрупкость в хромистых сталях может появиться в результате сварки, особенно массивных деталей. В этих случаях рекомендуется сварные детали подвергать дополнительному отпуску при температуре около 600ºС.

Второй вид хрупкости высокохромистых сталей обнаруживается при нагреве до температуры порядка 700ºС и обусловлен выделением σ-фазы.

Присадка легирующих элементов оказывает большое влияние на развитие хрупкости при нагреве на 475ºС. Так, присадка около 1% Mo или более 2,45% Mn ускоряет развитие хрупкости. Аналогичное влияние на хрупкость хромистых сталей оказывают кремний, молибден, углерод и алюминий. Небольшие количества никеля, по-видимому, повышают, а азота понижают хрупкость при 475ºС высокохромистых сталей.

%-ные хромистые стали обладают высокой стойкостью против окисления, в том числе и в атмосфере продуктов сгорания топлива с повышенным содержанием серы при температурах до 1100ºС.

По жаропрочности 27%-ные хромистые стали, ровно как и 17%-ные хромистые стали, мало отличаются от низколегированных и углеродистых, но уступают 5%-ным хромистым сталям с добавкой молибдена.

Существенным недостатком 27%-ных хромистых сталей является их большая склонность к росту зерен при температурах нагрева выше 800-850ºС и образование при сварке грубозернистой структуры, не устраняемой термической обработкой.

Легирование высокохромистых сталей азотом приводит к измельчению зерна в исходном состоянии и к замедлению скорости роста зерен при нагревании.

Наилучшие механические свойства у азотосодержащих хромистых сталей получаются после закалки с температур 1100-1150ºС. Отпуск при температурах около 800ºС вызывает выделение нитридов в субмикроскопическом состоянии и хрупкость, что ограничивает применение азотосодержащих хромистых сталей.

Высокое сочетание механических и технологических свойств достигается в тех случаях, когда одновременно с азотом (0,25-0,36% N) к 20-23%-ным хромистым сталям добавляют 4-5% Ni; в результате образуются стали с аустенитной структурой, близкие по свойствам к хромникелевым сталям типа 18-8.

 

Список литературы

1.   В.Н. Халдеев, Ю.К. Завалишин, Материаловедение, 2013

2.      Справочник по машиностроительным материалам под редакцией д-ра технических наук проф. Г.И. Погодина-Алексеева (в четырех томах) Том 1, Сталь, 1959

.        ГОСТ 5632-72 Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки

 

Приложение 1. Диаграмма состояния железо-углерод

Приложение 2. Химический состав в % хромистых сталей (по ГОСТ 4543-57)

 

B		-	0,002-0,005	-	-	-	0,002-0,005	-	-	0,002-0,005	-	-
Cu	Не более	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
Ni	0,25	0,25	0,25	0,25	0,20	0,20	0,25	0,25	0,25	0,25
Cr		0,70-0,10	0,70-0,10	0,70-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10	0,80-0,10
P	Не более	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,025	0,025	0,035	0,035	0,035	0,035
S		0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,025	0,025	0,035	0,035	0,035	0,035
Mn		0,40-0,70	0,40-0,70	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80	0,50-0,80
Si		0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37	0,17-0,37
C		0,12-0,18	0,12-0,18	0,17-0,23	0,27-0,35	0,32-0,40	0,33-0,40	0,35-0,42	0,37-0,45	0,37-0,45	0,42-0,50	0.47-0,55
Марка стали		15Х	15ХР	20Х	30Х	35Х	35ХРА	38ХА	40Х	40ХР	45Х	50Х