Специальные стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Обрабатываемость резанием является важнейшей технологической характеристикой стали. Улучшение обрабатываемости резанием повышает производительность механической обработки и зачастую открывает возможность применения высокопрочных сталей, использование которых тормозилось этим технологическим критерием.
...
К сталям повышенной обрабатываемости резанием (иногда эти стали называют автоматными) относят стали с высоким содержанием серы и фосфора, а также стали специально легированные селеном, теллуром или свинцом.
...
Указанные элементы способствуют повышению скорости резания, уменьшают силу резания и изнашиваемость инструмента, улучшают чистоту и размерную точность обработанной поверхности, облегчают отвод стружки из зоны резания и ряд других факторов обрабатываемости.
...
Влияние перечисленных легирующих элементов на улучшение обрабатываемости резанием происходит в основном благодаря изменению свойств а-и-у-твердого раствора (фосфора), изменению состава, свойств и морфологии неметаллических включений (сера, селен, теллур), образованию металлических включений, не растворимых в твердом растворе (свинец). Однако, кроме легирования, обрабатываемость резанием существенно зависит от твердости материала, его структуры, т.е. от предварительной термической обработки перед резанием. Так, крупнозернистая сталь лучше обрабатывается резанием, также заметно влияет характер перлита: пластинчатый обрабатывается лучше, чем зернистый.
...
Эффективность влияния элементов, существенно улучшающих обрабатываемость, зависит от технологии производства сталей, особенно от выплавки и раскисления.
...
В табл. 31 приведены данные о составе, термической обработке и механических свойствах некоторых сталей. Стали повышенной обрабатываемости резанием обозначают буквой «А» (автоматные стали) перед написанием марки стали. В селенсодержащих сталях после наименования марки ставится дополнительно буква «Е», а в свинецсодержащих сталях буква «С» ставится после буквы «А». В сталях с повышенным содержанием серы или фосфора, кроме буквы «А», другие обозначения не предусмотрены.
...
Эффект улучшения обрабатываемости в различных группах сталей обусловлен разными причинами. В сталях А12, А20, АЗО, А40Г благодаря высокому содержанию серы (0,08—0,15 % 5)
...
В селенсодержащих сталях (А35Е, А40ХЕ и др.) селен входит в состав неметаллических включений (селенидов и сульфаселенидов) и обес-лечивает глобуляризацию сульфидных включений (А. Я. Заславский). Глобулярные включения не оказывают отрицательного влияния на свойства стали. Поэтому селенсодержащие и серосодержащие стали по контролируемым свойствам обычно не уступают аналогичным исходным сталям. Стали с селеном значительно превосходят чисто сернистые стали по пластическим и вязким свойствам. Селен не ухудшает хладостой-кости стали. Аналогично селену влияет на свойства стали теллур, однако он значительно дороже селена.
...
В свннецсодержащнх сталях (АС40, АСЗОХМ и др.) свинец существует в химически несвязанном состоянии в виде равномерно распределенных в металле дисперсных частиц. Свинец не влияет на механические свойства при растяжении, порог хладноломкости стали, склонность к отпускной хрупкости, прокаливаемость и другие свойства. Лишь в высокопрочных сталях (о"в
...
По этим причинам селен и свинец широко применяют для улучшения обрабатываемости резанием сталей ответственного назначения: конструкционных машиностроительных, нержавеющих, жаропрочных и др.
...
Улучшение обрабатываемости стали достигается определенным поведением включений в зоне резания. Сульфиды, селениды, свинец выполняют роль внутренней смазкн, облегчающей взаимное перемещение частиц удаляемого металла в зоне резания. Кроме того, сульфиды, се-леннды создают в зоне резания мозаичные напряжения, облегчая тем разрушение стали. В свннецсодержащнх сталях возможно проявление эффекта жидкометаллического охрупчивания (эффект Ребиндера) благодаря расплавлению частиц свинца в зоне резания.
...
Применение сталей повышенной обрабатываемости резанием обеспечивает снижение сил резания на 20—25 %, уменьшение износа инструмента в 2—10 раз, повышение скорости резания на 20—40 % ПРИ
...
Эффект улучшения обрабатываемости в различных группах сталей обусловлен разными причинами. В сталях А12, А20, АЗО, А40Г благодаря высокому содержанию серы (0,08—0,15 %
...
Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75 и Р60* изготовляют по ГОСТ 24182—80 из мартеновской стали М76 (0,71—0,82 % С; 0,75—1,05 % Мп; 0,18—0,40 % Э!;
...
0,035 % Р и 0,045,% Э), а более легкие типа Р50 —из стали М74 (0,69—0,80 % С). После горячей прокатки все рельсы подвергают изотермической обработке для удаления водорода с целью устранения возможности образования флокенов. Рельсы поставляют для эксплуатации на железных дорогах незакаленными (сырыми) по всей длине и термоупрочненными по всей длине. Концы сырых рельсов подвергают поверхностной закалке с прокатного нагрева или с нагрева ТВЧ. Длина закаленного слоя от торца рельса 50—80 мм, а твердость закаленной части НВ 311—401. Сырые рельсы из стали М76 должны иметь ав^900 МПа и 6^4 %. Технология изготовления рельсов должна гарантировать отсутствие в них вытянутых вдоль направления прокатки строчек неметаллических включений (глинозема) длиной более 2 (группа I) и более 8 мм (группа II), так как подобные строчки служат источником зарождения трещин контактной усталости в процессе эксплуатации.
...
Высокая грузонапряженность железных дорог привела к тому, что работоспособность сырых нетермоупрочненных рельсов перестала удовлетворять требованиям тяжелой работы сети железных дорог.
...
В настоящее время из всех видов термической обработки рельсов наиболее широко реализована в промышленности объемная закалка рельсов в масле по всей длине. Массовый выпуск таких термически упрочненных рельсов был впервые в мире освоен в 1966 г. на Нижне-Тагильском металлургическом комбинате. Сейчас наша страна выпускает наибольшее количество термоупрочненных рельсов.
...
Технология термической обработки путем объемной закалки включает нагрев рельса в печи до температуры 840— 850 °С, закалку в масле в специальной закалочной машине, отпуск при температуре 450±15°С в течение 2 ч. В результате закалки сталь имеет структуру сорбита отпуска. Термоупрочненные таким способом рельсы из сталей М74, М76 должны иметь (ГОСТ 18267—82) твердость на поверхности катания НВ 341—388 и механические свойства: ^1200 МПа; от^800 МПа; 6^6%; гр^25%; КСи
...
^0,25 МДж/м2. Термически обработанные путем объемной закалки в масле рельсы обладают в 1,5—2,0 раза более высокой эксплуатационной стойкостью, чем стандартные термически необработанные рельсы, что позволяет повысить, надежность железных дорог, сэкономить огромное количество металла и получить экономический эффект около-8 руб/т рельсов.
...
Дальнейшее повышение эксплуатационной стойкости термически упрочненных рельсов может быть достигнуто легированием рельсовой стали. Перспективным является легирование углеродистой рельсовой стали небольшими добавками ванадия (~0,05 %), применение легированных сталей, типа 75Х1С, 75ХГМФ и др., а также применение термомеханической обработки.
...
лившегося водорода (или поглощенного кяслорода); уменьшением толщины образцов; изменением показателей физических или механических свойств; плотностью тока коррозии; глубиной структурных изменений; временем до появления коррозионного очага и др.
...
В качестве критерия коррозионной стойкости часто используют скорость коррозии, выраженную глубинным Кт
...
Для оценки общей коррозионной стойкости часто используют пятибалльную или десятибалльную шкалы, рекомендуемые ГОСТами.
...
На скорость и механизм коррозионных процессов большое влияние могут оказывать внешние факторы — температуры, давление среды, напряжение, скорость потока жидкости или газа, наличие трения, кавитации, облучения. Например, под влиянием напряжений возникают явления коррозионного растрескивания (в случае постоянных растягивающих напряжений) или коррозионной усталости (под воздействием переменных нагрузок). В случае возникновения кавитации развивается коррозионная кавитация — разрушение вследствие микроударного и электрохимического воздействий агрессивной среды. Скорость коррозии конструкционных материалов под действием реакторных облучений может меняться по двум причинам; вследствие изменения свойств самого материала, когда ускорение коррозии наблюдается в связи с ухудшением защитных свойств поверхностных пленок под действием облучения, и в связи с изменением свойств теплоносителя, когда, например, в результате разложения воды и образования атомарных кислорода и водорода изменяется рН среды и скорость коррозии. В практике химическая коррозия в основном наблюдается как газовая коррозия при высоких температурах и рассматривается в разделе жаростойких сталей.
...
Коррозиоииостойкие (нержавеющие) стали эксплуатируют преимущественно в условиях электрохимической коррозии (хотя в принципе не исключено и протекание химической коррозии).
...
Коррозиоииостойкими сталями традиционно называют стали, обладающие высокой коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и слабоагрессивных водных растворах. Стали, предназначенные для работы в средах повышенной агрессивности, называют коррозионностойкими.
...
лившегося водорода (или поглощенного кяслорода); уменьшением толщины образцов; изменением показателей физических или механических свойств; плотностью тока коррозии; глубиной структурных изменений; временем до появления коррозионного очага и др.
...
Согласно теории, электрохимическая коррозия развивается в результате работы множества короткозамкиутых гальванических элементов, образующихся вследствие неоднородности металлического материала или внешней среды (рис. 150).
...
Неоднородность поверхности металлических материалов связана с различными факторами, главными из которых являются: концентрационная неоднородность сталей и сплавов (например, ликвация); границы зереи; присутствие в металлах различных включений; анизотропность отдельных кристаллитов; иесплошиость и различный состав поверхностных пленок; неоднородность деформаций и напряжений в металлах. Имеются также многочисленные внешние факторы (различная концентрация ионов в электролите, разные температуры, неравномерность внешнего электрического поля и др.), которые могут вызывать электрохимическую гетерогенность металлической поверхности.
...
Эффект коррозии (растворение металла) наблюдается преимущественно иа аиодиых участках поверхности. Склонность металлов и сплавов к растворению в электролитах определяется их термодинамической устойчивостью, а также возможностью пассивации, т. е. перехода в состояние относительно высокой коррозионной стойкости, связанное с торможением анодного процесса. Возможность пассивации оценивается экспериментально получением аиодиых поляризационных кривых в условиях, когда металл, являясь анодом, может растворяться в электролите.
...
Все коррозиониостойкие стали и сплавы пассивируются в рабочих средах, причем наиболее высокой стойкостью обладают те стали, которые имеют более широкий интервал потенциалов пассивации (и минимальное значение тока пассивации). Возникновение пассивного состояния зависит от природы металла, свойств внешней среды и действия внешних факторов (концентрации раствора, температуры, напряжений и т. д.). Имеются различные теории пассивности металлов (пленочная, адсорбционная, пассивационного барьера, электронных конфигураций и др.), что связано со сложностью явления пассивности. Наиболее полно объясняет явление пассивности и, в частности, пассивность коррози-оииостойких сталей плеиочно-адсорбционная теория, которая связывает их высокую коррозионную стойкость с образованием тонкой н плотной защитной пленки, под которой находится слой кислорода, хемо-сорбироваиного металлом. Кислород, концентрируясь на активных участках пленки, служит переходным слоем от металла к защитной пленке, улучшает их сцепление и переводит металл в пассивное состояние.
...
В некоторых средах (например, в концентрированной азотной кислоте) скорость коррозии коррозионностойких сталей резко возрастает несмотря иа положительный электродный потенциал. Это явление называется перепассивацией
...
Пластическая и упругая деформации, возникновение различных напряжений, треиие, повышение температуры и давления среды также способствуют нарушению пассивного состояния сталей.
...
Коррозиониостойкие (нержавеющие) стали применяют для изготовления деталей машин и оборудования и конструктивных элементов (в основном сварных),работающих в разных
...
Согласно теории, электрохимическая коррозия развивается в результате работы множества короткозамкиутых гальванических элементов, образующихся вследствие неоднородности металлического материала или внешней среды (рис. 150).
...
агрессивных средах (влажная атмосфера, морская вода, кислоты, растворы солей, щелочей, расплавы металлов и др.). Легирование коррозионностойких сталей и сплавов преследует достижение высокой коррозионной стойкости в рабочей среде и обеспечение заданного комплекса физико-механических характеристик.
...
Рис. 151. Влияние хрома на изменение потенциала ф железохромнстых сталей с 0,1 % С в нормальном растворе сульфатного железа (а) н скорость коррознн К
...
ние ими слабо пассивирующихся металлов, например железа, сообщает сплавам склонность к пассивации при условии образования твердых растворов. При переходе в пассивное состояние наблюдается повышение электродного потенциала, который становится более электроположительным (рис. 151,а). Такое состояние для железа наступает при содержании хрома в твердом растворе свыше 12 %, скорость коррозии снижается (рис. 151,6), при этом устойчивость пассивного состояния зависит от состава коррозионной среды. Так, сталь 08X13 устойчива в растворах азотной кислоты, но корродирует в соляной и серной кислотах.
...
Смещение электродного потенциала сплава в положительную сторону происходит и при добавках меди, платины, палладия, введение которых называется катодным легированием, что также может облегчить пассивирование сталей и сплавов. Это позволяет значительно повысить коррозионную стойкость коррозионностойких сталей во многих агрессивных средах (рис. 152).
...
Основной легирующий элемент коррозионностойких сталей— хром. В составе применяемых в настоящее время сталей содержание хрома обычно находится в пределах от 11
...
Рис. 151. Влияние хрома на изменение потенциала ф железохромнстых сталей с 0,1 % С в нормальном растворе сульфатного железа (а) н скорость коррознн
...
до 30%. Никель в сплавах с железом повышает коррозионную стойкость в слабоокисляющих или неокисляющих растворах химических веществ, а также, как известно, стабилизирует аустенитную структуру и позволяет создать аустеиитные хромоникелевые стали с высокой коррозионной стойкостью. Использование никеля в качестве основы позволяет получить сплавы с высокой коррозионной стойкос
...
тью в сильных агрессивных кислотах (соляной, серной). При создании коррозионностойких сталей для получения необходимой структуры, свойств и обеспечения максимальной коррозионной стойкости используют в различных сочетаниях также другие легирующие элементы: ферритообразу-ющие (81, А1, Мо, 1МЬ, Тл, V) и аустенитообразующие (N1, Мп, Со, Си). Углерод, входящий во
...
но расширяет область существования аустенита (рис. 153). Так, 0,6 % С обеспечивает существование аустенита до содержания в стали 28 % Сг. К элементам, расширяющим область ^-твердых растворов, относятся никель и марганец, однако действие марганца существенно отличается от действия никеля.
...
Марганец может обеспечить аустенитную структуру стали только при содержании до 15 % Сг, а при более высоком содержании хрома низкоуглеродистые стали имеют двухфазную (а+у)
...
Наиболее распространенные в технике и изученные в настоящее время коррозиониостойкие стали аустенитного, аустенито-ферритного и аустенито-мартенситного классов имеют в своей основе различные комбинации систем Ре — Сг — N1, Ре — Сг — № — Мп с дополнительным легированием разными элементами. При одновременном введении ферритообразующих и аустенитообразующих элементов в
...
Рис. 153. Влияние углерода на положение области 7-прев-ращення в системе Ре—Сг—С
...
Для облегчения определения фазового состава сталей существуют структурные диаграммы, из которых наиболее распространенной является диаграмма А. Шеффлера, построенная вначале для металла сварных швов (рис. 154). По линиям, приведенным на рисунке, подсчитываются эквиваленты, которые учитывают аустенитообразующее и
...
ферритообразующее действие различных элементов. Аустенитообразующее действие сравнивается с никелем, а ферритообразующее — с хромом. Подсчет эквивалентов (£й|
...
Одна из поздних структурных диаграмм коррозионно-стойких сталей, предложенная Я. М. Потаком и Е. А. Сага-левич и применимая к закаленным сталям, приведена на
...
Рис. 154. Структурная диаграмма для нержавеющих, литых хромони-келевых сталей (А. Шеффлер)
...
рис. 155. Она соответствует структуре сталей после закалки от температур 1050—1100°С, принятых в практике при термической обработке.
...
В отличие от диаграммы А. Шеффлера использование ее требует подсчета эквивалента ферритообразования Еф
...
Это соотношение используют при оценке сталей в технологическом отношении, так как оно дает возможность определить их способность к упрочнению при пластической деформации.
...
Межкристаллитная коррозия (МКК) — один из наиболее опасных и распространенных видов местной коррозии. МКК проявляется преимущественно в разрушении сталей и сплавов по границам зерен, что приводит к резкому падению .прочности и пластичности и может вызвать преждевременное разрушение конструкции. Коррозия этого вида наблюдается на хромистых и хромоникелевых сталях, сплавах на основе никеля, меди, алюминия и др. Причиной развития МКК является химическая гетерогенность между приграничными зонами и объемом зерен.
...
В коррозионностойких сталях и сплавах на основе никеля можно выделить три основные типа механизмов меж-кристаллитной коррозии (Е. А. Ульянин): 1)
...
Указанные механизмы развития МКК могут действовать в различных сталях одновременно, но обычно удается выделить механизм, оказывающий наиболее сильное, определяющее влияние на скорость МКК.
...
В хромистых сталях ферритного класса МКК проявляется после нагрева выше 1000 °С и быстрого охлаждения, например такие условия'мо-гут быть при сварке. Склонность таких сталей к МКК устраняется отжигом при температурах в интервале 750—800 °С (рис. 156). Наиболее вероятным механизмом МКК является первый — обеднение приграничных областей хромом при выделении богатых хромом карбидов, которое происходит даже при быстром охлаждении сталей. Вокруг карбидов создаются зоны, обедненные по хрому, в которых концентрация хрома снижается до уровня, не обеспечивающего коррозионную стойкость материала в
...
Положительное влияние последующего отжига объясняется созда-яием условий для диффузии и выравнивания состава по хрому в
...
тами (титан, ниобий, ванадий, тантал), которые, образуя специальные карбиды и нитриды, связывают углерод и азот, снижают их содержание в
...
В аустенитных коррозионностойких сталях склонность к МКК после быстрого охлаждения от температур, обеспечивающих достаточно полное растворение карбидных фаз и переход углерода в у-твердый раствор, может и не проявляться, так как быстрое охлаждение прак
...
карбидов, содержащих хром, способствует проявлению МКК- Эти условия создаются в определенном температурно-временном интервале. Термокинетические параметры процесса карбидообразования становятся, таким образом, важнейшим фактором в
...
Рис. 156. Влияние температуры нагрева и быстрого (а) охлаждения на МКК стали 10X17 при повторном нагреве до 790 °С н медленном (о) охлаждении в 65 %-кой кипящей азотной кислоте (Е. Беллиигер)
...
тами (титан, ниобий, ванадий, тантал), которые, образуя специальные карбиды и нитриды, связывают углерод и азот, снижают их содержание
...
Установлено, что на склонность коррозионностойких сталей к МКК значительное влияние оказывает величина зерна: крупнозернистая структура является более склонной к межкристаллитной коррозии (рис. 159), что, видимо, связано с большим обеднением приграничных участков хромом.
...
_ Второй из механизмов МКК, заключающийся в низкой химической стойкости выделяющихся по границам зерен фаз, действует, например,
...
а — схема для нестабнлнзнрованных сталей (Б. И. Медовар); б —схема для стабилизированных сталей (В. Чнгал)
...
Третий из механизмов МКК не связан с выделением фаз и действует как образование сегрегации примесных элементов в приграничных зонах. На рис. 160 показано влияние фосфора, кремния и бора на склонность к МКК аустенитной стали 12Х18НЮТ в закаленном состоянии. Несмотря на отсутствие карбидных реакций, сталь склонна к МКК после достижения определенной величины содержания примесей. Содержания примесей в технических сплавах соответствует заштрихованной области концентраций. Сообщить закаленным сталям склонность к МКК могут и другие примеси.
...
2. Введение в сталь стабилизирующих добавок (титан, ниобий), что вызывает связывание углерода в специальные карбиды TiC, NbC и исключает обеднение приграничных участков по хрому.
...
дает температурно-временной интервал абсолютной склонности стали к МКК (выше 700 °С, кривая
...
Содержание титана при этом определяют из соотношения 0,7 < %Ті^5(% С — 0,02), а содержание ниобия — из соотношения %МЬ>8(% С —0,02);
...
Рис. 160. Влияние фосфорз, кремния, бора иа склонность стали 12Х18Н10 к МКК (С. Д. Боголюбскнй, Е. А. Ульяннн, О. В. Каспарова, Я. М. Колотыркни)
...
4. Отжиг, который для нестабилизированных сталей имеет целью выравнивание состава аустенита и ликвидацию обедненных хромом участков, а для стабилизированных сталей — перевод углерода из карбидов хрома в специальные карбиды титана или ниобия и освобождение хрома для создания необходимого уровня коррозионной стойкости.
...
Рнс. 158. Влияние содержания углерода иа склонность стали типа X18H12 к
...
подвержены хрупкости, связанной в основном с образованием карбидов и а-фазы. Отметим также, что пластические характеристики аустенитных сталей снижаются при чрезмерном росте аустенитного зерна. Кроме того, в сталях аустенитного класса может присутствовать заметное количество б-феррита и образовываться мартенситные фазы, что также значитель-
...
/ — в связи С выделением карбидов; // — то же с-фазы из аустенита; /// — то же С-фазы из феррита; IV
...
но влияет на сопротивление хрупкости этих сталей. В двухфазных аустенито-ферритных сталях соотношение фазовых составляющих феррита и аустенита меняется в широких пределах, поэтому проблемы хрупкости для этих сталей также весьма актуальны.
...
Наиболее подвержены различным видам хрупкости хромистые стали ферритного класса. Различают следующие виды хрупкости этих сталей: хладноломкость, которая проявляется при испытаниях на ударную вязкость (эти стали особенно чувствительны к надрезу); хрупкость после низкого отпуска («хрупкость 475°С»), проявляется после длительного отпуска или замедленного охлаждения в интервале 450—500°С;
...
Хладноломкость этих сталей усиливается их склонностью к чрезмерному росту зерна при нагреве выше температур 850—900 °С, причем крупнозернистость не устраняется последующей термической обработкой, так как в сталях отсутствуют фазовые превращения.
...
Рнс. 164. Влияние различных элементов иа температуру перехода в хрупкое состояние (Гх) стали типа Х17 (а) и стали типа Х25НЗ (б) (Або, Наказава, Токемура)
...
Сильное влияние на хладноломкость ферритных сталей оказывают элементы внедрения — углерод и азот, а также такие примеси, как кислород, сера и фосфор, марганец и кремний (рис. 164).
...
При высокотемпературном нагреве происходит растворение карбидных фаз в феррите и одновременно очень быстро растет зерно. После быстрого охлаждения феррит пересыщен углеродом, который неравномерно распределен в решетке, что приводит к возникновению значительных напряжений и является причиной хрупкости. Высказывается также гипотеза, что углерод, азот и другие элементы при нагреве могут скапливаться в приграничных зонах, что сопровождается образованием аустенита и мартенситным превращением при охлаждении.
...
Отжиг сталей при 730—780 °С не устраняет крупнозерни-стости, но уменьшает хрупкость благодаря образованию и коагуляции хромистых карбидов и карбоиитридов.
...
Рнс. 164. Влияние различных элементов иа температуру перехода в хрупкое состояние (Г_х) стали типа Х17 (а) и стали типа Х25НЗ (б) (Або, Наказава, Токемура)
...
дов и препятствует росту зерна и развитию хладноломкости ферритных сталей. Положительно влияет также применение современных методов выплавки (вакуумная, ЭШП и др.), которые позволяют резко снизить содержание вредных примесей.
...
проявляется в резком снижении пластичности и вязкости при одновременном повышении твердости и прочности (рис. 165). Развитие хрупкости при 475 °С
...
упорядочения (сверхструктура типа Ре3Сг) и расслоения а-твердого раствора. Расслоение твердого раствора протекает путем образования когерентных частиц высокохромистой а'-фазы механизмом спинодального распада. Эта фаза выде
...
По вопросу о механизме образования офазы в литературе нет единого мнения. Предполагается, что б-феррит может распадаться при изотермической выдержке с образованием вторичного аустенита и ог-фазы (К. Куо). По экспериментальным данным, при распаде феррита ведущей фазой является о-фаза, рост частиц которой приводит к обеднению феррита хромом и б—у_пРевРаш.ению (О- А- Банных).
...
Образование а-фазы в чисто аустенитных сталях объясняют выделением из аустенита карбидных фаз типа Ме^Св,
...
При исследовании ферритных железохромистых сталей было показано, что процесс образования а-фазы протекает очень медленно (десятки и сотни часов), однако в сложно-легированных и, в частности, в двухфазных аустенито-фер-ритных сталях скорость образования а-фазы и связанного с ним охрупчивания может быть очень большой.
...
В литературе используют разные классификации коррозионностойких (нержавеющих) сталей и сплавов. В зависи
...
основной структуры, полученной при охлаждении сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева. Состав коррозионностойких сталей регламентируется ГОСТ 5632—72, а механические свойства — соответствующими ГОСТами на полуфабрикаты, например ГОСТ 7350—77 (толстый лист), ГОСТ 5582—75 (тонкий лист), ГОСТ 5949—75 (сортовой прокат) и т. д.
...
Состав, режимы термической обработки, механические свойства и коррозионная стойкость н некоторых средах наиболее распространенных коррозионностойких сталей приведены в табл. 33.
...
Как указывалось выше, для придания коррозионной стойкости в сталь вводят не менее 12 % Сг. В зависимости от соотношения углерода и хрома (рис. 166) стали могут иметь ферритную (08Х18Т, 12X17, 15Х25Т, 15X28), феррито-мартенсит-ную (08X13, 12X13) и мар-генситную (20X13, 30X13, 40X13) структуру. Стали с более высоким содержанием углерода имеют в структуре мартенсит и карбиды, остаточный аустенит и относятся к инструментальным.
...
Рис. 166. Структурные классы сталей в системе Ре—Сг—С н положение на диаграмме промышленных хромистых сталей (А. П. Гуляев)
...
Мартенситные и мартенсито-ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства (табл. 33). В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами (например, 4—51%-ная уксусная кислота, фруктовые соки и др.). Эти стали применяют после закалки и отпуска на заданную твердость. Благодаря ма-
...
лой критической скорости закалки стали 30X13, 40X13 закаливаются на мартенсит при охлаждении на воздухе (рис. 167). Закалку изделий из этих сталей проводят от температур 950—1020°С, так как только выше этих температур происходит полное растворение в аустените карбидов СггзС6. После закалки стали отпускают на требуемую твердость. Так, после закалки сталь 40X13 имеет твердость
...
НИС 56—58, после отпуска при 200—300 °С НРХ 50, а после отпуска при 600 °С НРХ 32—34. В интервале 480— 520 °С наблюдается существенное снижение пластичности и ударной вязкости сталей из-за развития отпускной хрупкости.
...
После закалки стали имеют высокую коррозионную стойкость. Отпуск при 200—400 °С проводят для снятия внутренних напряжений; он не оказывает влияния на коррозионную стойкость. При отпуске выше 500 °С происходит распад мартенсита на феррито-карбидную смесь и выделение карбидов типа Ме2зСе,
...
Рнс. 167. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 40X13 (А. П. Гуляев, Т. Б. Токарева):
...
Состав, механические свойства и коррозионная стойкость мартенситных, феррито-мартенситных, ферритиых и аустеиитиых коррозионностойких сталей (по данным разных авторов)
...
с переменным содержанием углерода и хрома: чем выше в стали содержание углерода, тем больше требуется хрома для обеспечения необходимой коррозионной стойкости.
...
Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении.
...
Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, .водных растворах аммиака, в аммичной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах.
...
Коррозионная стойкость сталей ферритного класса повышается с увеличением содержания в них хрома, уменьшением содержания углерода и азота. В зарубежной практике разработаны стали с низким суммарным содержанием углерода и азота (0,025—0,0351%), содержащие 18—28 % Сг и 2—4'% Мо, стабилизированные Т1 или №. Эти стали называют суперферритами;
...
Образование аустенита в сталях этого типа нежелательно, так как при охлаждении происходит мартенситное превращение, что повышает твердость, снижает пластичность сталей, вызывает склонность к МКК. Для предотвращения этого явления уменьшают содержание углерода или вводят титан, ниобий, молибден (стали 08Х18Т, 015Х18М2Б), ко-
...
торые способствуют получению однофазной структуры, а образование карбидов титана и ниобия снижает склонность к росту зерна и улучшает коррозионную стойкость, в частности, сварных швов.
...
Термическая обработка ферритных сталей зависит от конкретных условий производства и эксплуатации (рис. 169). Для того чтобы избежать хрупкости при 475 °С, выделения а-фазы и склонности к МКК, применяют отжиг при 560—800°С (рис. 169,6) с учетом временных характеристик Тш1П и
...
Хромистые стали ферритного класса можно с успехом использовать при работе в агрессивных средах в интервале температур 100—350°С, который ограничен с одной стороны хладноломкостью, а с другой — началом развития хрупкости 475°С.
...
Рнс. 169. Схема термической обработки ферритных хромистых сталей (Е. А. Улья» нин):
...
Недостатками хромистых сталей ферритного класса являются: склонность к росту зерна при нагреве; хрупкость при 475°С или вследствие выделения а-фазы; сравнительно невысокие характеристики прочности и жаропрочности; ограниченные технологические возможности по горячей обработке в связи с требованием обеспечения сравнительно мелкого зерна и, следовательно, низкой температуры окончания деформации; трудности в обеспечении свариваемости и коррозионной стойкости сварных швов.
...
Введение в сталь никеля сильно расширяет ^-область, снижает температуру мартенситного превращения и при 8(% N1 сталь с 18 % Сг и 0,1 % С переходит в класс аустенитных. Мартенситная точка
...
Мартенсит может быть получен пластической деформацией или обработкой холодом. Важно отметить, что состав 18% Сг—8|% N1 при 0,1 % С требует минимального количества никеля (рис. 170) для обеспечения аустенитной структуры, т. е. является наиболее экономически выгодным, что и определило широкую распространенность сталей этого типа.
...
Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения.
...
Выделение карбонитридных фаз происходит преимущественно по границам зерен, что снижает пластичность сталей и их сопротивление МКК. Резко охрупчиваются стали при образовании а-фазы.
...
Присутствие в структуре стали б-феррита отрицательно сказывается иа ее технологичности, особенно при горячей обработке давлением. Поэтому в сталях, подвергающихся прокатке, ковке, штамповке, при-повышенных температурах количество б-феррита строго лимитируется-
...
Так, в сталях типа 10Х18Н9Т при иагреве до 1200 °С может образоваться до 40—45 % 6-феррита, а в сталях 10Х18Ш0Т, 10Х18Н12Б до 15— 20 % б-феррита. Поэтому при выплавке этих сталей требуется обеспечить отношение Cr/Ni<l,8, что гарантирует образование не более 10— 15 % 6-феррита.
...
Ниобий и титан, находясь в твердом растворе (аустените), снижают температуру мартеиситного превращения, а при выделении их в карбо-иитридиых фазах происходит обеднение аустенита углеродом и азотом, и мартенситиая точка повышается.
...
Присутствие б-феррита понижает мартенситную точку, так как при его образовании происходит перераспределение легирующих элементов и у-фаза обогащается аустеиитообразующими элементами.
...
Присутствие в структуре стали б-феррита отрицательно сказывается иа ее технологичности, особенно при горячей обработке давлением. Поэтому в сталях, подвергающихся прокатке, ковке, штамповке, при-повышенных температурах количество б-феррита строго лимитируется-
...
Термическая обработка иестабилизированных титаном и ниобием хромоникелевых аустенитных сталей (например, 12Х18Н9) заключается в закалке из однофазной аустенитной области (от 1000°С) в воду (закалка без полиморфного превращения) (см. рис. 170,о). Считается, что закалку следует проводить от температур несколько выше температуры растворения хромистых карбидов (Тр),
...
Стали, стабилизированные титаном или ниобием, закаливают из двухфазной области аустенита и специальных карбидов TiC (или NbC), причем температура закалки не зависит от содержания углерода и составляет обычно 1000—1100°С, чаще всего 1050°С (см. рис. 170,6). Более высокие температуры нецелесообразны из-за возможного роста зерна и начала растворения специальных карбидов.
...
Недостатком закалки является необходимость нагрева до высоких температур, быстрого охлаждения, что часто трудно технологически осуществить и вызывает коробление конструкции. Стабилизирующий отжиг для сталей без титана и ниобия (рис. 170, а) преследует цель повышения концентрации хрома на границе аустенит — карбид, что приводит сталь в состояние высокого сопротивления МКК. Несмотря на присутствие карбидов хрома в сталях после отжига при 850—950 °С, они не склонны к МКК.
...
Для сталей, легированных титаном и ниобием, в процессе отжига возможно превращение карбидов хрома в специальные карбиды TiC или NbC, что также устраняет склонность к МКК (см. рис. 170,6). Температура стабилизирующего отжига обычно составляет 850—950 °С. Отжиг допускает более медленное охлаждение, обычно на воздухе, и более эффективен для стабилизированных сталей.
...
Марганец, как и никель, является аустенитообразующим элементом, однако он обладает менее сильным действием на стабилизацию аустенита. Из рис. 171 видно, что аусте-нитиую структуру в Cr—Мп сталях можно получить только при содержании >15,% Мп и <15 % Cr. При других соотношениях легирующих элементов структура сталей получит-
...
ся двухфазной (аустенит+феррит или мартенсит или а-фаза). Поэтому при замене никеля марганцем приходится понижать содержание хрома или заменять никель частично, или дополнительно легировать стали таким сильным аусте-нитообразующим элементом, как азот. В табл. 33 приведены состав и свойства хромомарганцевой стали с азотом 10Х14АГ15 (0,15—0,25 % N) и хромомарганцевоникелевой
...
применение в промышленности (в основном в торговом и пищевом машиностроении). Кроме этих сталей, применяют также стали 20Х13Н4Г9, 12Х17Г9АН4 и др.
...
средах высокой агрессивности (например, азотная кислота, среды с галогенами, сульфатами, сульфидами) марганец оказывает отрицательное влияние на сопротивление коррозии.
...
Поэтому коррозиониостойкие хромомарганцевые стали следует применять только после тщательных испытаний на коррозионную стойкость в рабочей среде. В настоящее время в технике накоплен большой опыт по рациональному использованию сталей с частичной или полной заменой никеля марганцем в качестве коррозионностойкого материала.
...
При нагреве этих сталей (550—800 °С) в них по границам зерен выделяются карбиды типа СггзСв, при этом скорость процессов выделения определяется содержанием углерода. При наличии в сталях азота стабилизация титаном не устраняет склонности к МКК, так как могут образовываться нитриды титана. Поэтому для предотвращения склонности к
...
Хромомарганцевые стали имеют более высокие прочностные свойства, чем хромоникелевые, и большую склонность к образованию мартенсита при деформации. Следует отметить, что хромомарганцевые аустеиитные стали сильнее упрочняются при пластической деформации, чем хромоникелевые, даже без учета мартенсита деформации, т. е. при деформации выше Мп. Это обычно связывают с вероятностью образования и величиной энергии дефектов упаковки: никель повышает, а марганец понижает вероятность образования дефектов упаковки в аустените.
...
Рис. 171. Структурная диаграмма системы Ре—Сг—Мп после закалки от 1100 °С (Ф. Ф. Химушин) •
...
Выдержка под закалку хромомарганцевых сталей должна быть минимальной, так как марганец имеет тенденцию к избирательному окислению при высоких температурах, в
...
аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зерна при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость, меньшая склонность к МКК. Состав, режимы термической обработки и свойства некоторых аустени-то-ферритных сталей приведены в табл. 34.
...
Повышенное сопротивление МКК объясняют более мелкозернистой структурой двухфазных сталей, что приводит к меньшей концентрации карбидных фаз по границам (выделением карбидов типа Ме2зС6
...
1. Изменение количества аустенита и феррита в зависимости от температуры нагрева (в соответствии с положением линий на диаграмме состояния).
...
3. Выделение карбидных, нитридных и интерметаллнд-ных фаз, которое может происходить как из аустенита, так и из феррита.
...
Присутствие б-феррита резко ухудшает пластичность сталей при горячей обработке давлением, особенно при прокатке и прошивке труб, что связывают с различным сопротивлением феррита и аустенита деформированию, с разной скоростью рекристаллизации: менее прочные и быстро рекристаллизующиеся зерна феррита приводят к локализации в иих пластической деформации и концентрации напряжений.
...
На рис. 172 приведена зависимость технологической пластичности двухфазных сталей от количественного соотношения а и у фаз. Видно,
...
Рис. 172. Влияние соотношения а- и у-фаз иа технологическую пластичность сталей при высоких температурах (А. А. Бабаков, М. В. Прнданцев):
...
что наиболее пластичны однофазные сплавы, однако можно подобрать такой режим прокатки, при котором пластичность двухфазных сталей, будет вполне достаточной для производства.
...
По данным завода «Серп и молот», наиболее высокая пластичность аустенито-ферритных сталей наблюдается в интервале 950— 1050 °С, что объясняется наименьшей разницей в свойствах ферритиой и аустенитной составляющих (И. Я. Сокол). Этим же объясняется положительное влияние на горячую пластичность кремния, который сильнее упрочняет феррит.
...
На аустенито-ферритных сталях проявляется эффект сверхпластичности, который заключается в очень высокой пластичности (до 300— 600 %) этих сталей без наклепа в определенных интервалах температур и скоростей деформации и объясняется образованием особой мелкозернистой двухфазной структуры (величина зерна 2—3 мкм), получившей в литературе название микродуплекс.
...
Промежуточную термическую обработку сталей этого класса проводят обычно для снятия наклепа при производстве тонкого листа или проволоки. При этом после смягчающей термической обработки или горячей деформации охлаждение от 900—1000 °С должно быть ускоренным,, чтобы предотвратить охрупчивание.
...
Присутствие б-феррита резко ухудшает пластичность сталей при горячей обработке давлением, особенно при прокатке и прошивке труб, что связывают с различным сопротивлением феррита и аустенита деформированию, с разной скоростью рекристаллизации: менее прочные и быстро рекристаллизующиеся зерна феррита приводят к локализации в иих пластической деформации и концентрации напряжений.
...
Температуру закалки этих сталей выбирают в зависимости от состава и назначения детали; она обычно составляет 900—1100°С. Стали, предназначенные для сварных деталей, подвергают отпуску для снятия напряжений, причем температуры и время отпуска выбирают с учетом предотвращения охрупчивания стали в интервале «хрупкости 475 °С» и охрупчивания вследствие сигматизации сталей в интервале 650—850 °С.
...
Потребности новых отраслей современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей аустенито-мартенситного (переходного) класса.
...
Структура этих сталей после закалки представляет со-■бой неустойчивый (метастабильный) аустенит, который может претерпевать мартенситное ■у-нхм-превращение в результате обработки холодом или пластической деформации ниже Мя.
...
Температура AfH в этих сталях должна лежать ниже комнатной, но не настолько низко, чтобы сталь была ста-•бильной при обработке холодом. В аустенито-мартенсит-; ных сталях может образовываться некоторое количество^ б-феррита, однако его присутствие в структуре ограничивав ют из-за возможного охрупчивания сталей и снижения уровня прочности.
...
Дополнительное упрочнение этих сталей может быть получено в результате дисперсионного твердения мартенсита при температурах 400—500 °С. Для этого в стали вводят такие элементы^ как алюминий, медь, титан. В этом случае в сталях возможно выделение интерметаллидной фазы №А1, когерентной с о.'ц.к.-матрицей, и №Ті или N1
...
В процессе отпуска в сталях выделяются карбонитри-ды молибдена и ванадия, что также повышает прочность. Однако в результате старения падают характеристики пластичности, поэтому при легировании сталей стремятся к максимальному выигрышу в прочности при заданных характеристиках пластичности.
...
Экспериментально установлено, что оптимальное сочетание прочности и пластичности обеспечивает легирование молибденом и алюминием, что объясняет наиболее широкое распространение сталей соответствующих композиций.
...
При изготовлении химической аппаратуры, особенно для работы в серной и соляной кислотах, необходимо применять сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали (табл. 35). Для этих целей используют сплавы на железоникелевой основе типа 04ХН40МДТЮи сплавы на никельмолибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.
...
Структура сплава 04ХН40МДТЮ после закалки — аустенит с включениями карбоиитридов титана. После старения в сплаве наблюдается до 14 % интерметаллидной у'-фазы типа №3(А1, Ті), что сопровождается значительным упрочнением. Сплавы этого типа могут работать в контакте с агрессивными средами (например, растворы сернистой и фосфорной кислот) при наличии значительных механических напряжений.
...

Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Специальные стали