Особенности влияния легирующих элементов на структуру стали 12Х18Н10Т.

Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т - состав, характеристики, нормативная документация.

Это 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, насосы ЦНС (ЦНСк), насосы КМ, 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.
Сталь 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 >900^оС 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 (1050-1100^оС).

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.