Классы коррозионностойких сталей

Классы коррозионностойких сталей определяются их структурой при комнатной температуре после закалки с температуры растворения цементита и карбидов (карбонитридов) хрома. В зависимости от высокотемпературного равновесия g/a и степени мартенситного превращения аустенита при охлаждении коррозионностойкие стали разбиваются на:

· однофазные – аустенитного, ферритного и мартенситного классов;

·двухфазные – аустенитно-мартенситного (переходного), аустенитно-ферритного и мартенситно-ферритного классов;

· трехфазные – аустенитно-ферритомартенситного класса.

Следует отметить, что границы между этими классами достаточно размыты, например, в условно однофазных сталях может содержаться некоторое количество второй и даже третьей фазы. Это связано с близостью многих разработанных коррозионностойких сталей к границам фазовых равновесий, а так же ликвационными неоднородностями и значительным разбегом в содержании легирующих элементов в пределах одной стали.

Наиболее широкое применение для этих cталей нашла диаграмма, предложенная Шеффлером [12]. Эта диаграмма (рис.1.1), как и ряд других структурных диаграмм, основана на том, что влияние каждого из легирующих элементов на образование d-феррита и температуру превращения аустенита в мартенсит может быть просуммировано, а затем

проведена оценка структуры стали заданного химического состава после быстрого охлаждения до комнатной температуры от температур растворения карбонитридов хрома.

Диаграмма Шеффлера построена таким образом, что по оси ординат откладывается сумма для элементов, являющихся аналогами никеля (Ni_экв), и по оси абсцисс – сумма для элементов – аналогов хрома (Cr_экв).

 

 

Рис. 1.1 - Структурная диаграмма А. Шеффлера для коррозионно-стойких сталей [12].

Уточнённый расчёт величин Ni_экв и Сr_экв [13] проводится по следующим соотношениям (концентрация элементов дана в масс. %):

Ni_экв = % Ni + % Co + 0,5·% Mn + 0,3·% C + 30·% C + 25·% N;

Сr_экв= % Сr + 2·% Si + 1,5·% Mo + 5·% V + 5,5·% Al + 1,75·% Nb + 1,5·%Ti + 0,75·%W.

Пересечение подсчитанных координат Ni_экв и Сr_экв дает оценку структуры стали.

Однако диаграмма Шеффлера имеет серьезные недостатки:

· не учитывает всех элементов;

· не учитывается интенсивность влияния некоторых легирующих элементов;

· прямолинейный ход лучей, разграничивающих аустенитный и мартенситный классы сталей.

Важным шагом в построении диаграммы, определяющей связь химического и фазового состава, является разработанная Я. М. Потаком и Е.А. Сагалевич структурная диаграмма для малоуглеродистых коррозионно-стойких сталей для литого и горячедеформированного состояния [14,15]. Эти диаграммы построены на основании исследований состава и структуры нескольких сот плавок малоуглеродистых нержавеющих сталей. В основе построения диаграмм лежат следующие принципы:

а) по оси абсцисс откладывается суммарное влияние (с учетом знака) всех легирующих элементов на образование d-феррита – хромовый эквивалент ферритообразования Сr_экв^ф, а по оси ординат – суммарное влияние всех легирующих элементов (с учетом знака) на температуру мартенситного превращения, т.е. на соотношение в структуре стали аустенита и мартенсита – хромовый эквивалент мартенситообразования Сr_экв^м;

б) влияние каждого элемента на ферритообразование и мартенситообразование оценивается определенным коэффициентом по отношению к хрому (обратное влияние выражается в отрицательном знаке коэффициента).

Значения коэффициентов для углерода и азота установлены переменными в зависимости от содержания этих элементов (рис.1.2).

В определенной мере это относится также и к никелю. При содержании в стали более 5 масс. % Ni его доля в Сr_экв ^ф подсчитывается по формуле (2,5+ масс. % Ni). Расчет Сr_экв ^ф и Сr_экв ^м проводится по формулам (концентрация элементов – в масс.%):

Сr_экв ^ф = %Cr - 1,5·%Ni + 2·%Si-0,75·%Mn-Kф·(%С+%Ni)+%Mo+4·%Al+

+4·%Ti+1,5·%V+0,5·%W+0,9·%Nb-0,6·%Co-0,5·%Cu;

Сr_экв ^м = 20 - [Cr+1,5·%Ni+0,7·%Si+0,75·%Mn+Kм·(%C+%N)+0,6·%Mo+

+1,5·%V+1,1·%W+0,2·%Co+0,2·%Cu+1,9·%Ti-0,1·%Al].

Структура стали по диаграмме определяется по точке пересечения координат.

Рис. 1.2 - Структурная диаграмма для нержавеющих сталей

(Я.М. Потак, Е.А. Сагалевич)

В зависимости от структуры стали подразделяют на классы: ферритный, мартенситный, мартенсито-ферритный, аустенито-мартенситный, аустенито-ферритный.