Никель относится к числу металлов, легко приобретающих пассивность, хотя его пассивирующая способность меньше хрома и молибдена. Ni — аустенитообразующий элемент, поэтому сталь, содержащая 18 % Сr и 9 % Ni, при комнатной температуре имеет структуру аустенита.
Нержавеющие стали, имеющие аустенитную структуру, обладают более высокой коррозионной стойкостью, лучшими технологическими свойствами по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, в частности лучшие свариваются. Они сохраняют прочность до более высоких температур, и в то же время аустенитные стали не теряют пластичности при низких температурах.
Хромоникелевые стали в зависимости от состава и структуры подразделяются на стали аустенитного, аустенитно-мартенситного и аустенитно-ферритного классов. На рисунке 49 приведена диаграмма Шеффлера, позволяющая определять структуру стали в зависимости от ее состава.
Эквивалентные содержания никеля и хрома зависят от химического состава стали и определяются по формулам:
Сrэ=% Сr + % Mo + 2×% Fe + 2×% Ti + 0,5×% Nb + % W + 0,5×% Ta + 1,5×% Si;
Niэ= % Ni + 30×% С + 30×% N + 12×% B + % Сo + 0,5×% Mn.
Хромоникелевые стали выпускаются марок:
- аустенитные 04Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т, 06Х18Н11;
- аустенитно-мартенситные 09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю;
- аустенитно-ферритные 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т.
Рисунок 49 — Структурная диаграмма Шеффлера
Вторая и третья группы сталей являются заменителями аустенитных сталей. Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса заключается в закалке в воде с 1050…1100 0С. Нагрев до этих температур вызывает растворение карбидов хрома М23С6, а быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора. Кроме того, при закалке происходят рекристаллизационные процессы, устраняющие последствия пластической деформации. В результате закалки твердость сталей аустенитного класса не повышается, а снижается.
Основным способом упрочнения аустенитных сталей является наклеп: при деформации порядка 80…90 % предел текучести может достигать 1000…1200 МПа, а предел прочности 1200…1400 МПа при сохранении достаточно высокой пластичности. Но этот способ упрочнения применим лишь для таких видов изделий, как тонкий лист, лента, проволока и т.п. Все аустенитные стали не магнитны. Хорошо работают в растворах азотной, уксусной, фосфорной, органических кислот, растворах солей, щелочей, в атмосферных условиях.
Аустенитно-мартенситные стали
Стали аустенитно-мартенситного класса обладают более высокой прочностью. Упрочняются закалкой от 975 0С, а для перевода большей части аустенита в мартенсит подвергают обработке холодом в интервале температур от минус 50 0С. После этого проводится отпуск при 450…500 0С; при этом из мартенсита выделяются частицы интерметаллидов типа Ni3Al.
Аустенитно-ферритные стали
Предложены как заменители аустенитных сталей с целью экономии никеля. Они имеют прочность и твердость выше, но пластичность и ударную вязкость ниже, чем аустенитные стали. Эти стали не обладают стабильностью свойств: их свойства зависят от соотношения ферритной и аустенитной фаз. Закалка проводится с 1000…1150 0С.
Механические свойства некоторых хромоникелевых сталей после закалки приведены в таблице 12.
Таблица 12 — Механические свойства сталей в закаленном состоянии
Марка стали | sigmaв, МПа | sigma0,2, МПа | d, % | y, % |
04Х18Н10 08Х18Н10 12Х18Н10 17Х18Н10 09Х15Н8Ю: закалка закалка + отпуск 09Х17Н7Ю 08Х22Н6Т |
450 480 500 580 900 |
180 200 200 220 250 |
40 40 40 40 30 |
60 55 55 50 65 |
Коррозионностойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе
Они применяются для обеспечения более высокой коррозионной стойкости в таких средах, как серная и соляная кислоты. В этих случаях используют сплавы на железоникелевой основе, например, сплав 04ХН40МДЮ, имеющий после закалки и отпуска при 650…700 0С структуру аустенит и интерметаллидную g- фазу типа Ni3 (Ti, Al). Сплав предназначен для работы при больших нагрузках в растворах серной кислоты.
Для работы в соляных средах, растворах серной, азотной, фосфорной кислот применяется никелевый сплав Н70МФ. Сплав ХН65МВ применяется для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислотных и сернокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.