Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
25.09.2022
Свойства металлов
200
Время чтения: 15 минут

Аустенитная сталь: свойства, структура, марки

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

  • Основные свойства аустенитных сталей
  • Структура аустенитной стали
  • Как получают аустенитную сталь по ГОСТу
  • Легирующие добавки для аустенитной стали
  • Области применения аустенитной стали
  • Марки аустенитной нержавеющей стали
  • Особенности термообработки аустенитной стали

Аустенитная сталь практически лишена магнитных свойств, и потому ее высоко ценят в различных отраслях производства. Кроме того, она не подвержена коррозии и хорошо выдерживает механическую деформацию. Чем же обусловлены такие свойства?

Аустенитная сталь представляет собой модификацию железа с высокой степенью легирования и гранецентрированной кристаллической решеткой. Она появляется в процессе термообработки, но до закалки. Как же ее производят и где такая сталь применяется?

Основные свойства аустенитных сталей

Разберемся, что такое аустенитная сталь по-простому. Аустенитные сплавы составляют самую многочисленную группу высоколегированных сталей. Чаще всего в их состав включены более 16 % хрома и более 7 % никеля, придающих сплаву устойчивость к коррозии, жаропрочность, а при содержании хрома свыше 20 % сплав приобретает жаростойкость. Также в состав аустенитной стали могут входить молибден, ванадий, титан и ниобий.

Чтобы понимать, что значит аустенитная сталь, следует помнить, что однофазная решетка, образуемая ею при кристаллизации, не меняет своего строения, даже будучи охлажденной до температуры ниже +200 °С. Аустенитные сплавы железа содержат в качестве основных составляющих большую долю хрома и никеля. Содержанием этих металлов в сплаве определяются его основные свойства. Аустенитная сталь отличается своей технологичностью, прочностью и жаростойкостью, а также высокой пластичностью.

Аустенитные железные сплавы в зависимости от свойств могут быть трех основных типов:

  1. Коррозионно-стойкая аустенитная сталь содержит 18 % хрома, 30 % никеля и 0,25 % углерода. Такую сталь начали использовать в промышленности с начала XX века. Благодаря относительно низкому содержанию углерода эта сталь проявляет свою устойчивость к коррозии при экстремальных температурах. В состав сплава также нередко включают кремний, марганец и молибден.
  2. Гранецентрированная кубическая решетка жаропрочной аустенитной стали делает ее устойчивой к температуре свыше +1 100 °С, благодаря этому такие сплавы нашли широкое применение при изготовлении турбин, печей и других агрегатов, использующих в работе дизельное топливо. Жаростойкость сплава нередко дополнительно усиливают, включая в его состав бор, ниобий, ванадий, вольфрам и молибден.
  3. Высоколегированная хладостойкая аустенитная сталь содержит 19 % хрома и 25 % – никеля. Помимо отличной коррозионной устойчивости даже при резком охлаждении, она отличается повышенной вязкостью и пластичностью. Однако такая сталь не может похвастаться высокой прочностью при обычной температуре.

Высокое содержание таких добавок, как никель и хром, делает высоколегированные аустенитные железные сплавы одними из самых дорогостоящих. При использовании дополнительных легирующих примесей, придающих стали те или иные требуемые областью применения свойства, ее стоимость может существенно повышаться.

Структура аустенитной стали

Аустенитные стали при термической обработке могут претерпевать различные изменения:

  • Нагревание сплава до высокой температуры приводит к образованию ферритов.
  • Нагрев до +900 °С приводит к выделению избытка карбидных фаз, что вызывает поверхностную межкристаллическую коррозию, которая в свою очередь начинает постепенно разрушать сплав.
  • Охлаждение сплава до +730 °С приводит к эвтектоидному распаду, результатом которого становится образование перлита. Микроструктура последнего представлена округлыми зернами или небольшими пластинами.
  • Также резкое охлаждение аустенитных модификаций железа приводит к формированию мартенсита – микроструктуры в виде игольчатых или реечных пластин.

В зависимости от содержания в сплаве углерода и количества легирующих добавок изменяется время, в течение которого аустенитные сплавы модифицируются. Также от количества добавок зависит скорость охлаждения материала.

Как получают аустенитную сталь по ГОСТу

Расскажем, что значит «аустенитная сталь» и какие процессы необходимы для ее получения. Для превращения сплава обязательным является образование и рост зерен в структуре металла. Изначально появление зернистости затрагивает только поверхность сплава в фазе образования карбидов, в дальнейшем меняя строение всей его толщи.

2-min.jpg

Еще одна технология выработки аустенитных сталей основана на разогреве перлитных модификаций железа, производимом после эвтектоидного распада. Результатом такого распада являются цементит и феррит, причем в сплаве должно быть не менее 0,66 % углерода. При нагреве до более +900 °С начинается переход ферритной структуры в аустенитную, сопровождаемый полным растворением цементита. Такой способ дает возможность получить высококачественный материал.

Также часто практикуется вариант с использованием титановой смеси. Для получения аустенита здесь необходимо нагревать исходную смесь компонентов в вакууме при помощи индукционной печи. Заготовка долго выдерживается в печи при высокой температуре, что позволяет удалить из ее состава атомы азота. Время, необходимое для деазотирования, определяется, исходя из массы металла. Далее следует постепенное добавление в сплав титана и других легирующих добавок для образования нитридов.

Самый распространенный вариант получения сплава – добывание так называемой аустенитной высоколегированной хромоникелевой стали. После добавления в состав тугого раствора легирующих добавок, которыми выступают хром и никель, смесь долгое время выдерживают при высокой температуре. Такая термическая обработка позволяет добиться:

  • коррозионной стойкости,
  • жаростойкости,
  • прочности,
  • высокого содержания карбидов.

При помощи добавления фосфора и молибдена стали придают вязкость и усталостную прочность.

Легирующие добавки для аустенитной стали

Добавки, которые содержат легированные стали, оказывают разное влияние на конечный сплав, степень которого напрямую зависит от их концентрации в составе материала.

Рассмотрим их влияние подробно:

  • Добавление хрома в концентрации 13–19 % создает на поверхности металла оксидную пленку, придающую ему коррозионную устойчивость. Однако важно учитывать, что хром дает такой эффект только при низкой концентрации углерода. Вступая в реакцию, эти два компонента образуют карбид, который в свою очередь вызывает обратный эффект, активизируя коррозию.
  • Никель часто добавляют в сплавы в качестве легирующей добавки в концентрации, достигающей половины массы металла. Хотя для выработки аустенита вполне хватает 9–19 %. Хром существенно повышает пластичность сплава и уменьшает зернистость, увеличивая прочность аустенитной стали.
  • Для значительного повышения прочности металла достаточно десятых и даже сотых долей углерода, добавление которого ведет к образованию карбидов.
  • Чтобы полученный сплав был устойчивым к воздействию электричества или агрессивной химической среды, углерод заменяют азотом.
  • Для уменьшения зернистости сплава и повышения его пластичности в качестве добавки обычно в очень малых долях применяют бор.
  • Чтобы стабилизировать аустенитный сплав и придать ему дополнительную прочность, добавляют марганец и кремний.
  • В производстве хладостойкого сплава чаще всего используют в качестве добавки ниобий и титан.

Области применения аустенитной стали

Аустенитные стали широко применяют в устройствах с высокими рабочими температурами (свыше +200 °С). Это могут быть генерирующие пар установки, сварочное оборудование, различные роторы и турбины. Для того чтобы избавить сталь от таких недостатков, как относительно невысокая прочность, в состав сплава вводят дополнительные компоненты: ванадий и ниобий.

4-min.jpg

Это позволяет предохранить железные сплавы, контактирующие при работе агрегата с гидроокисями различного рода, от образования микротрещин, приводящих к выходу деталей из строя. Добавки образуют карбиды, которые существенно повышают прочность аустенитного сплава.

Часто аустенитные сплавы находят применение в производстве труб, устойчивых к коррозии. Посредством сварки при их соединении образуется шов с монолитной структурой, защищенной от воздействия экстремальной температуры и коррозии. Сварка аустенитной стали нередко осложняется ее относительно невысокой теплопроводностью и высоким коэффициентом линейного расширения, что ведет к деформации металла из-за неравномерного нагрева.

Благодаря повышенной устойчивости к воздействию электромагнитного излучения аустенитные сплавы находят широкое применение в производстве радиоэлектроники. Прочные детали из этого материала сохраняют свои рабочие свойства при воздействии электромагнитных полей и позволяют добиться долговечности устройств и высокой точности при приеме сигналов.

Из-за устойчивости к коррозии аустенитные сплавы часто применяются в агрегатах, которые работают в воде. Здесь аустениты служат защитным покрытием. Нужное сочетание в сплаве таких легирующих добавок, как хром и никель, способствует образованию тонкого слоя, который предотвращает изнашивание деталей под воздействием влаги. Однако по мере вымывания никеля из поверхности металла аустенитный сплав может полностью утратить коррозионную устойчивость.

При производстве корпусов турбин применяют аустенитные стали с высокими показателями текучести, которые не позволяют металлу коробиться и повышают его прочность. Крупнозернистая структура металла позволяет в данном случае дополнительно укреплять роторы турбин. Единственным, но немаловажным недостатком таких технологий выступает их относительная дороговизна.

Марки аустенитной нержавеющей стали

Составы аустенитных модификаций железа регламентируются ГОСТ 5632-2014. Этот стандарт относится к сталям:

  • 12Х18Н9Т,
  • 08Х18Н10Т,
  • 12Х18Н10Т,
  • 12Х18Н9,
  • 17Х18Н9,
  • 08Х18Н10,
  • 03Х18Н11.

В наименовании сплава указано в процентах содержание в нем таких добавок, как хром, никель и углерод. К примеру, сталь 08Х18Н10 содержит до 0,08 % углерода, 18 % хрома и 10 % никеля. Также в маркировке может присутствовать до 1 % титана, для обозначения которого используется буква Т в конце. Это выглядит так: 08Х18Н10Т.

5-min.jpg

Маркировка аустенитных сплавов несет информацию об их основных свойствах. Присутствующие в составе никель и хром отвечают за коррозионную стойкость и жаропрочность, процентное содержание углерода дает возможность вычислить диапазон температуры, при которой в сплаве имеет место межкристаллическая коррозия.

Особенности термообработки аустенитной стали

Аустенитные стали имеют высокие показатели прочности и тяжело поддаются механической обработке. Для того чтобы облегчить металлообработку, применяют две основные технологии:

  • Отжиг – кристаллическую решетку изменяют нагревом и долгой выдержкой. Далее заготовки охлаждают маслом или водой либо же они остывают при комнатной температуре. Такая процедура позволяет снизить твердость материала.
  • Двойная закалка. Суть технологии в том, что после металлообработки деталь дополнительно закаляют до необходимых показателей прочности.

В масштабах производства металлобработку аустенитных сталей осуществляют на станках высокой мощности, что обусловлено высокой вязкостью металла. Использование оборудования недостаточной мощности может приводить к образованию длинных стружек и деформации заготовки.

Аустенитные сплавы лишены существенного количества недостатков обычных сталей, обладающих магнитными свойствами, что далеко не всегда является плюсом. Также среди несомненных достоинств такого вида стали следует еще раз выделить их устойчивость к коррозии и механическим деформациям.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика