Наиболее используемая и распространённая нержавеющая сталь (нержавейка) — сталь 12х18н10т — нержавеющая титаносодержащая сталь аустенитного класса. Химический состав регламентирован ГОСТ 5632-72 нержавеющих сталей аустенитного класса. Преимущества: высокая пластичность и ударная вязкость.
Оптимальной термической обработкой для этих сталей является закалка с 1050оС-1080оС в H2O, после закалки механические свойства характеризуются максимальной вязкостью и пластичностью, невысокими прочностью и твёрдостью.
Аустенитные стали используют как жаропрочные при температурах до 600оС. Основными легирующими элементами являются Cr-Ni. Однофазные стали имеют устойчивую структуру однородного аустенита с незначительным содержанием карбидов Ti (для предупреждения межкристаллитной коррозии. Такая структура получается после закалки с температур 1050оС-1080оС). Стали аустенитного и аустенитно-ферритного классов имеют относительно небольшой уровень прочности (700-850МПа).
Коррозионностойкая хромо-никелевая сталь 12Х18Н10Т с различной степенью упрочнения используется при необходимости сочетания высоких прочностных и упругих свойств металла, работающего в условиях средней агрессивности (транспортерные ленты, кузова пассажирских вагонов, диафрагмы компрессоров специальных дыхательных аппаратов, отрезных кругов для особотвердых материалов и т. д.).
Основные потребительские свойства — предел прочности и относительное удлинение стали регламентируются с известной степенью приближенности, а справочные данные не учитывают упрочняемости металла конкретного химического состава плавки и технологических параметров предшествующей обработки.
Лист 12х18н10т рекомендуется для изготовления сварных изделий, в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от 196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350 °С. Сталь коррозионно-стойкая аустенитного класса.
Особенности влияния легирующих элементов на структуру стали 12Х18Н10Т.
Сталь 12Х18Н10Т принадлежит к аустенитному классу. После стандартной термической обработки, состоящей из закалки с 1050 0С с охлаждением в воде, сталь имеет структуру — раствора. Сталь 12Х18Н10Т не претерпевает каких-либо превращений при нагреве под горячую пластическую деформацию и при охлаждении до -196* С. При длительных выдержках в интервале 450 — 650 0С наблюдается выделение карбидов хрома типа Cr23C6, что вызывает появление склонности стали к межкристаллитной коррозии с минимальным инкубационным периодом при 600 0С и равным 8 10 часов (испытание в кипящей 65%-ной азотной кислоте, три цикла по 48 часов).
Хром, содержание которого в стали составляет 17-19%, представляет собой основной элемент, обеспечивающий способность металла к пассивации и обеспечивающий ее высокую коррозионную стойкость.
Никель.Легирование никелем расширяет g — область и при достаточном его количестве (8..12 %) приводит к образованию стали с аустенитной структурой,т.е. переводит сталь в аустенитный класс, что имеет принципиально важное значение, так как позволяет сочетать высокую технологичность стали с уникальным комплексом эксплуатацинных характеристик. Такие стали обладают повышенной, по сравнению с ферритными сталями, коррозионной стойкостью в большом количестве агрессивных сред, в том числе серной и ряде других кислот. Они хорошо прокатываются в горячем и холодном состояниях, свариваются без охрупчивания околошовных зон. Влияние никеля на коррозионную стойкость в стали этого класса проявляется в том, что он, обладая повышенным сопротивлением действию кислот, сообщает это свойство стали.
В присутствии 0,1% углерода сталь имеет при >900оС полностью аустенитную структуру, что связано с сильным аустенитообразующим воздействием углерода. Соотношение концентраций хрома и никеля оказывает специфическое воздействие на стабильность аустенита при охлаждении температуры обработки на твердый раствор (1050-1100оС).
Кроме влияния основных элементов, необходимо учитывать также присутствие в стали кремния, титана и алюминия, способствующих образованию феррита.
Введением титана устраняется склонность к межкристаллитной коррозии, т.к. он сильный карбидообразующий элемент. Он в процессе кристаллизации связывает углерод в тугоплавкий карбид TiC, поэтому исключается возможность образования карбидов хрома и уменьшение его концентрации в аустените.
Содержание кремния не превышает 0,8 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести, . Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что затрудняет холодную прокатку стали.
Введение марганца вызывает замедление скорости роста зерна при нагреве, что приводит к получению мелкозернистой стали.
Сера обладает неограниченной растворимостью в жидком железе и ограниченной растворимостью в твёрдом железе. При кристаллизации стали по границам зёрен выделяются застывающие в последнюю очередь сульфиды железа. Железо и сульфиды железа образуют низкоплавкую эвтектику (Тпл = 988 °С), которая в присутствии кислорода плавится при ещё более низких температурах. Межзеренные прослойки фазы, богатой серой, при нагревании металла перед прокаткой или ковкой размягчаются и сталь теряет свои свойства, происходит разрушение металла (красноломкость). Содержание серы в стали 12Х18Н10Т должно быть не более 0,02 %.
Фосфор оказывает отрицательное влияние на механические свойства стали. При кристаллизации возникает сильная первичная ликвация. Расположенные в межзёренном пространстве хрупкие прослойки, богатые фосфором, снижают пластические свойства металла, особенно при низких температурах (хладноломкость). Допустимое содержание фосфора в стали 12Х18Н10Т не более 0,035 %. В данном случае это критично, т.к. сталь 12Х18Н10Т используется в криогенной технике.
Любая сталь в жидком и твердом виде содержит определенное количество водорода, азота и кислорода, являющихся вредными примесями.
Содержание кислорода зависит от содержания углерода. Во время кристаллизации в изложницах продолжается и даже усиливается взаимодействие углерода с кислородом. Это вызывает образование СО, металл получается неплотным, с газовой пористостью, непригодный для использования. Качественный слиток можно получить при понижении содержания растворенного в стали кислорода до 0,02-0,03 % для получения спокойной стали.
В металлическую ванну водород вносится шихтовыми материалами, поступает из печной атмосферы, причем решающее воздействие оказывает влажность ферросплавов, раскислителей, шлакообразующих и окислителей. Во время кристаллизации растворимость водорода уменьшается, он выделяется в маточный раствор, вызывая сильную зональную ликвацию в слитке. Выделение водорода происходит в пустоты металла и дефектные места решетки, он молекуляризуется. При прокатке слитков около микрообъемов возникает объемное напряженное состояние из-за высокого давления водорода, что вызывает резкое понижение пластичности стали водородную хрупкость. Возможно образование внутренних разрывов флокенов. Содержание водорода не должно быть больше 0,0004 %.
При кристаллизации, в отсутствии элементов, образующих нитриды при высоких температурах (в данной стали присутствует Ti), после образования γ-Fe начинается выделения азота из раствора в виде включений (нитридов железа). Это выделение может продолжаться значительное время, вызывая охрупчивание металла (старение). Особенно вредно ухудшение свойств металла, в котором много азота, при эксплуатации в условиях низких температур.
Методы упрочнения стали 12Х18Н10Т.
Одним из способов упрочнения сортового проката является Высокотемператураня термическая обработка (ВТМО). Возможности упрочнения при помощи ВТМО исследовали на комбинированном полунепрерывном стане 350. Заготовки (100х100 мм, длиной 2,5 — 5 м.) нагревали в методической печи до 1150 — 1200оС и выдерживали при этих температурах 2-3 часа. Прокатку выполняли по обычной технологии; готовые прутки диаметром 34 мм поступали в закалочные ванны, заполненные проточной водой, где охлаждались не менее 90 с. Наибольшую прочность имел прокат, подвергнутый ВТМО при наименьших температуре деформации и промежутке времени от конца прокатки до закалки. Так, при ВТМО стали 08Х18Н10Т предел текучести увеличился на 45-60% по сравнению с его уровнем после обычной термической обработки (ОТО) и в 1,7-2 раза по сравнению с ГОСТ 5949-75 ; Пластические свойства при этом снизились незначительно и остались на уровне требований стандарта.
Сталь 12Х18Н10Т упрочняется больше чем сталь 08Х18Н10Т однако разупрочнение по мере увеличения температуры возрастает в большей степени вследствие снижения устойчивости стали против разупрочнения при повышении содержания углерода. Кратковременные высокотемпературные испытания показывают, что более высокий уровень прочности термомеханически упрочненного проката, выявленный при комнатной температуре, сохраняется и при повышенных температурах. При этом сталь после ВТМО разупрочняется с повышением температуры, в меньшей степени, чем сталь после ОТО.
Хромоникелевые нержавеющие стали используют для сварных конструкций в криогенной технике при температуре до -269оС, для емкостного, теплообменного и реакционного оборудования, в том числе для паронагревателей и трубопроводов высокого давления с температурой эксплуатации до 600оС, для деталей печной аппаратуры, муфелей, коллекторов выхлопных систем. Максимальная температура применения жаростойких изделий из этих сталей в течение 10000 ч составляет 800оС, температура начала интенсивного окалинообразования составляет 850оС. При непрерывной работе сталь устойчива против окисления на воздухе и в атмосфере продуктов сгорания топлива при температурах <900оС и в условиях теплосмен <800оС. Сталь 12х18н10т применяется для изготовления деталей, способных сохранять свои качества при температуре до 600 градусов. Такие детали используются в сварочных аппаратах, сосудах работающих в контакте с азотной кислотой и другими окислительными средами, некоторыми органическими кислотами средней концентрации, органическими растворителями, в атмосферных условиях и т.д. Продукция из стали 12Х18Н10Т используются в строительной, пищевой промышленности, в медицинском оборудовании. Бесшовные трубы из стали 12х18н10т находят широкое применение в нефтехимической области, автомобилестроении, машиностроении и прочих областях промышленности. Сталь 08Х18Н10Т рекомендуется для сварных изделий, работающих в средах более высокой агрессивности, чем сталь 12Х18Н10Т и обладает повышенной сопротивляемости межкристаллитной коррозии