Аустенит - это что такое? Высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Эти стали и в отожженном и в нормализованном состоянии относятся к аустенитному классу. В основном это Cr - Ni стали. Введение в сталь никеля сильно расширяет - область, снижает температуру мартенситного превращения и при 8% Ni сталь с 18% Cr и 0,1% С становится аустенитной. В этих сталях может быть 8-13% Ni. Примером могут служить стали 10х18Н9Т; 10х18Н10Т; 12Х18Н9 и др.

Основные преимущества аустенитных сталей следующие:

коррозионная стойкость во многих средах;

высокая пластичность;

хорошая свариваемость.

Благодаря своим свойствам аустенитные стали нашли широкое применение в качестве конструкционных в различных отраслях машиностроения.

В этих сталях могут быть следующие фазовые превращения:

образование карбидных (Me 23 C 6 и MeC) и карбонитридных (Me(C, N)) фаз;

образования -фазы в интервале 650-850С;

растворение этих фаз при нагреве до 1100-1200С;

образование в аустенитной области -феррита при нагреве выше 1100С;

образования и– мартенсита при охлаждении до отрицательных температур или при деформации.

Выделение карбидных и карбонитридных фаз происходит преимущественно по границам зерен аустенита, что снижает пластичность и сопротивление МКК. Присутствие - фазы резко охрупчивает сталь. Выделение- феррита отрицательно сказывается на технологичности стали, особенно при горячей обработке давлением (образуются трещины), поэтому количество-феррита должно быть не более 10-15%. Это достигается соотношением Cr /Ni1,8. При проведении различных обработок температура не должна превышать 1100˚С.

Термическая обработка

Цель термической обработки: получение аустенитной структуры, снятия внутренних напряжений и устранение склонности к МКК, которая возникает при сварке, горячей обработке давлением и других технологических операциях.

Проводят два вида термической обработки: закалка и отжиг (рисунок 5.3). Закалка проводятся с температуры выше t р – температуры растворения карбидов хрома (Fe, Cr) 23 C 6. Если в стали нетTiили Nb (рисунок 5.3 (а)) нагревают под закалку до 900-1000˚С, получают при нагреве однородный аустенит и охлаждают в воде, чтобы карбиды хрома не успели выделиться.

Если сталь стабилизирована Тi или Nb (рисунок 5.3 б), то закалку проводят из двухфазной области (+ МеС), температура нагрева составляет 1000-1100˚С, чаще 1050˚С. Более высокие температуры нагрева нецелесообразны из-за роста зерна и растворения специальных карбидов МеС.

Выше t р растворяются карбиды (Fe,Cr) 23 С 6 и хром переходит в твердый раствор, карбиды МеС равномерно распределены внутри аустенитных зерен.

Закалка является эффективным средством для предотвращения МКК и придания стали оптимального сочетания механических свойств и сопротивления коррозии. Однако она не всегда удобна, особенно при термообработке крупногабаритных и сложных, особенно сварных конструкций. Высокая температура нагрева и необходимость быстрого охлаждения в этих случаях может привести к значительному короблению и поводке изделия. В этих случаях лучше применять стабилизирующий отжиг (рисунок 5.3 (б)). Если закалка предполагает полное растворение карбидов хрома, то при стабилизирующем отжиге используют принцип приведения их в неопасное для МКК состояние или трансформирование их в специальные карбиды в стабилизированных сталях. Отжиг проводится при температуре 850-950˚С. Если в стали нет Nb или Ti, то цель отжигаповышение содержания хрома на границе аустенит –карбид за счет коагуляции карбидов хрома и их частичного растворения, диффузия выравнивает состав по хрому в теле зерна и в приграничном объеме. Если сталь легированаTiилиNb(стабилизированная сталь), то в процессе отжига карбиды хрома превращаются в карбиды TiC или NbC, что устраняет склонность к МКК, т.к. основной пассивирующий элемент хром остается в твердом растворе. При отжиге охлаждение проводят на воздухе.отжиг более эффективен для стабилизированных сталей.

С целью экономии дорогого и дефицитного никеля разработаны Cr-Ni-Mn и Cr-Mn стали. Марганец, как и никель, аустенитообразующий элемент. Однако у марганца более слабое аустенитообразующее влияние, поэтому при замене никеля марганцем для получения аустенитной структуры нужно уменьшить содержание хрома или только частично заменять никель марганцем, или легировать таким сильным аустенитообразующим элементом, как азот. Примерами таких сталей могут служить 10х14Г14Н4Т, 10х14АГ15(0,15-0,25%N). Подобные стали нашли применение в основном в торговом и пищевом машиностроении в средах средней агрессивности. Марганец относится к элементам не склонным к пассивации. Стойкость к коррозии определяется только содержанием хрома, поэтому с увеличением содержания марганца снижает коррозионная стойкость в сильных агрессивных средах (например, в азотной кислоте). Для обеспечения удовлетворительной коррозионной стойкости содержание марганца должно быть не более 14-15%, а хрома не менее 12-14%. Термическая обработка этих сталей заключается в закалке от 1000-1100°С с целью обеспечения аустенитной структуры, снятия предшествующего наклепа и устранения склонности к МКК.

Аустенитные нержавеющие стали – это коррозионностойкие хромоникелевые аустенитные стали, которые в мировой практике известны как стали типа 18-10. Это наименование им дает номинальное содержание в них 18 % хрома и 10 % никеля.

Хромоникелевые аустенитные стали в ГОСТ 5632-72

В ГОСТ 5632-72 хромоникелевые аустенитные стали представлены марками 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 03Х18Н11.

Роль хрома в аустенитных нержавеющих сталях

Основным элементом, дающим сталям типа 18-10 высокую коррозионную стойкость, является хром. заключается в том, что он обеспечивает способность стали к пассивации. Наличие в стали хрома в количестве 18 % делает ее стойкой во многих окислительных средах, в том числе в азотной кислоте в большом диапазоне, как по концентрации, так и по температуре.

Роль никеля в аустенитных нержавеющих сталях

Легирование никелем в количестве 9-12 % переводит сталь в аустенитный класс. Это обеспечивает стали высокую технологичность, в частности, повышение пластичности и снижение склонности к росту зерна, а также уникальные служебные свойства. Стали типа 18-10 широко применяют в качестве коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и криогенных материалов.

Фазовые превращения в аустенитных нержавеющих сталях

В хромоникелевых аустенитных сталях могут происходить следующие фазовые превращения:

• выделение избыточных карбидных фаз и σ-фазы при нагреве в интервале в интервале 450-900 ºС;
• образование в аустенитной основе δ-феррита при высокотемпературном нагреве;
• образование α-фазы мартенситного типа при холодной пластической деформации или охлаждении ниже комнатной температуры.

Межкристаллитная коррозия в аустенитных нержавеющих сталях

Склонность стали к межкристаллитной коррозии проявляется в результате выделения карбидных фаз. Поэтому при оценке коррозионных свойств стали важнейшим фактором является термокинтетические параметры образования в ней карбидов.

Склонность к межкристаллитной коррозии закаленной стали типа 18-10 определяется, в первую очередь, концентрацией углерода в твердом растворе. Повышение содержания углерода расширяет температурный интервал склонности стали к межкристаллитной коррозии.

Сталь типа 18-10 при выдержке в интервале 750-800 ºС становится склонной к межкристаллитной коррозии:

• при содержании углерода 0,084 % — уже в течение 1 минуты;
• при содержании углерода 0,054 % — в течение 10 минут;
• при содержании углерода 0,021 5 – через более чем 100 минут.

С уменьшением содержания углерода одновременно снижается температура, которая соответствует минимальной длительности изотермической выдержки до начала межкристаллитной коррозии.

Сварка аустенитных нержавеющих сталей

Необходимую степень стойкости стали против межкристаллитной коррозии, позволяющей выполнять сварку достаточно толстых сечений, обеспечивает содержание углерода в стали типа 18-10 не более 0,03 %.

Межкристаллитная коррозия при 500-600 ºС

Стабилизация стали титаном и ниобием

При введении в хромоникелевую сталь типа 18-10 титана и ниобия, которые способствуют образования карбидов, меняются условия выделения карбидных фаз. При относительно низких температурах 450-700 ºС преимущественно выделяются карбиды типа Cr 23 C 6 , которые и дают склонность к межкристаллитной коррозии. При температурах выше 700 ºС преимущественно выделяются специальные карбиды типа TiC или NbC. При выделении только специальных карбидов склонности к межкристаллитной коррозии не возникает.

Азот в аустенитных нержавеющих сталях

Азот, как и углерод, имеет переменную растворимость в аустените. Азот может образовывать при охлаждении и изотермической выдержке самостоятельные нитридные фазы или входить в состав карбидов, замещая в них углерод. Влияние азота на склонность к межкристаллитной коррозии хромоникелевых аустенитных сталей значительно слабее, чем у углерода, и начинает проявляться только при содержании его более 0,10-0,15 %. Вместе с тем, введение азота повышает прочность хромоникелевой аустенитной стали. Поэтому на практике применяют в этих сталях небольшие добавки азота.

С повышением концентрации хрома растворимость углерода в хромоникелевом аустените уменьшается, что облегчает выделение в нем карбидной фазы. Это, в частности, подтверждается снижением ударной вязкости стали с повышением содержания хрома, что связывают с образованием карбидной сетки по границам зерен.

Вместе с тем, повышение концентрации хрома в аустените приводит к существенному снижению склонности стали к межкристаллитной коррозии. Это объясняют тем, что хром существенно повышает коррозионную стойкость стали. Более высокая концентрация хрома в стали дает меньшую степень обеднения им границ зерен при выделении там карбидов.

Никель снижает растворимость углерода в аустените и тем самым снижает ударную вязкость стали после отпуска и повышает ее склонность к межкристаллитной коррозии.

Влияние легирующих элементов на структуру стали

По характеру влияния легирующих и примесных элементов на структуру хромоникелевых аустенитных сталей при высокотемпературных нагревах их разделяют на две группы:
1) ферритообразующие элементы: хром, титан, ниобий, кремний;
2) аустенитообразующие элементы: никель, углерод, азот.

Дельта-феррит в хромомолибденовой аустенитной стали

Присутствие дельта-феррита в структуре аустенитной хромоникелевой стали типа 18-10 оказывает отрицательное влияние на ее технологичность при горячей пластической деформации – прокатке, прошивке, ковке, штамповке.

Количество феррита в стали жестко лимитируется соотношением в ней хрома и никеля, а также технологическими средствами. Наиболее склонна к образованию дельта-феррита группа сталей типа Х18Н9Т (см. также ). При нагреве этих сталей до 1200 ºС в структуре может содержаться до 40-45 % дельта-феррита. Наиболее стабильными являются стали типа Х18Н11 и Х18Н12, которые при высокотемпературном нагреве сохраняют практически чисто аустенитную структуру.

Мартенсит в хромоникелевых аустенитных сталях

В пределах марочного состава в сталях типа Х18Н10 хром, никель, углерод и азот способствуют понижению температуры мартенситного превращения, которое вызывается охлаждением или пластической деформацией.

Влияние титана и ниобия может быть двояким. Находясь в твердом растворе, оба элемента повышают устойчивость аустенита в отношении мартенситного превращения. Если же титан и ниобий связаны в карбонитриды, то они могут несколько повышать температуру мартенситного превращения. Это происходит потому, что аустенит в этом случае обедняется углеродом и азотом и становится менее устойчивым. Углерод и азот являются сильными стабилизаторами аустенита.

Термическая обработка хромоникелевых аустенитных сталей

Для хромоникелевых аустенитных сталей возможны два вида термической обработки:

• закалка и
• стабилизирующий отжиг.

Параметры термической обработки отличаются для нестабилизированных сталей и сталей, стабилизированных титаном или ниобием.

Закалка является эффективным средством предупреждения межкристаллитной коррозии и придания стали оптимального сочетания механических и коррозионных свойства.

Стабилизирующий отжиг закаленной стали переводит карбиды хрома:

• в неопасное для межкристаллитной коррозии состояние для нестабилизированных сталей;
• в специальные карбиды для стабилизированных сталей.

Закалка аустенитных хромоникелевых сталей

В сталях без добавок титана и ниобия под закалкой понимают нагрев выше температуры растворения карбидов хрома и достаточно быстрое охлаждение, фиксирующее гомогенный гамма-раствор. Температура нагрева под закалку с увеличением содержания углерода возрастает. Поэтому низкоуглеродистые стали закаливаются с более низких температур, чем высокоуглеродистые. В целом интервал температуры нагрева составляет от 900 до 1100 ºС.

Длительность выдержки стали при температуре закалки довольно невелика. Например, для листового материала суммарное время нагрева и выдержки при нагреве до 1000-1050 ºС обычно выбирают из расчета 1-3 минуты на 1 мм толщины.

Охлаждение с температуры закалки должно быть быстрым. Для нестабилизированных сталей с содержанием углерода более 0,03 % применяют охлаждение в воде. Стали с меньшим содержанием углерода и при небольшом сечении изделия охлаждают на воздухе.

Стабилизирующий отжиг аустенитных хромоникелевых сталей

В нестабилизированных сталях отжиг проводят в интервале температур между температурой нагрева под закалку и максимальной температуры проявления межкристаллитной коррозии. Величина этого интервала в первую очередь зависит от содержания хрома в стали и увеличивается с повышением его концентрации.

В стабилизированных сталях отжиг проводят для перевода углерода из карбидов хрома в специальные карбиды титана и ниобия. При этом освобождающийся хром идет на повышение коррозионной стойкости стали. Температура отжига обычно составляет 850-950 ºС.

Стойкость аустенитных хромоникелевых сталей к кислотам

Способность к пассивации обеспечивает хромоникелевым аустенитным сталям достаточно высокую стойкость в азотной кислоте. Стали 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Б и 02Х18Н11 имеют первый балл стойкости:

• в 65 %-ной азотной кислоте при температуре до 85 ºС;
• в 80 %-ной азотной кислоте при температуре до 65 ºС;
• 100 %-ной серной кислоте при температуре до 65 ºС;
• в смесях азотной и серной кислот: (25 % + 70 %) и 10 % + 60 %) при температуре до 70 ºС;
• в 40 %-ной фосфорной кислоте при 100 ºС.

Аустенитные хромоникелевые стали имеют также высокую стойкость к растворах органических кислот — уксусной, лимонной и муравьиной, а также в щелочах КОН и NaOH.

Аустенитные жаропрочные стали применяют для изготовления клапанов двигателей, лопаток газовых турбин и других «горячих» деталей реактивных двигателей - в основном для работы при 600- 700 °С.

Все аустенитные жаропрочные стали содержат большое количество хрома и никеля, а также добавки других элементов.

Аустенитные жаропрочные стали обладают рядом общих свойств - высокой жаропрочностью и окалиностойкостью, большой пластичностью, хорошей свариваемостью, большим коэффициентом линейного расширения. Тем не менее по сравнению с перлитными и мартенситными сталями они менее технологичны: обработка давлением и резанием этих сплавов затруднена; сварной шов обладает повышенной хрупкостью; полученное вследствие перегрева крупнозернистое строение не может быть исправлено термической обработкой, так как в этих сталях отсутствует фазовая перекристаллизация. В интервале 550-600 °С эти стали часто охрупчиваются из-за выделения по границам зерна различных фаз.

Аустенитные стали могут быть разделены на две группы:

1) не упрочняемые, термической обработкой, т. е. не склонные к дисперсионному твердению (условно назовем их гомогенными, хотя на самом деле они содержат вторые фазы, но в количествах, не вызывающих сильного эффекта старения):

2) упрочняемые термической обработкой и применяемые после закалки + отпуск. Упрочнение создается благодаря выделению карбидных, карбонитридных или йнтерметаллидных фаз. Способность к старению обусловлена наличием некоторых элементов (кроме хрома и никеля) в количествах, превосходящих предел растворимости.

Хром и никель - основные легирующие компоненты этих сталей. Первый определяет окалиностойкость, а никель - устойчивость аустенита. При недостатке никеля возможно частичное образование -фазы, что ухудшает жаропрочность.

Состав наиболее важных аустенитных жаропрочных сталей приведен в табл. 67. Стали первой (гомогенной) группы применяют как жаропрочные и как нержавеющие, поэтому более подробно о них будет изложено в следующей главе, здесь же мы ограничимся данными об их окалиностойкости и жаропрочности (см. табл. 68, 69).

Продолжительная выдержка при рабочих температурах (500- 700 °С) охрупчивает сталь из-за выделения избыточных фаз по границам зерен (рис. 336) и образования так называемой -фазы (сигматизация), представляющей собой интерметаллид типа Эти превращения протекают весьма медленно.

Стали второй группы, в отличие от первой, нестабильны и склонны к упрочнению вследствие распада твердого раствора (вязкость при этом снижается).

Термическая обработка этих сталей заключается в закалке при 1050-1100°С в воде и отпуске - старении при 600-750 °С. Этот отпуск - старение вызывает повышение твердости вследствие

Таблица 67. (см. скан) Состав аустенитных жаропрочных сталей (ГОСТ 5632-72), %

Рис. 336. Микроструктура аустенитиой жаропрочной стали, а - после закалки; б - после старения при 650 °С

дисперсионного твердения: избыточные фазы при старении выделяются преимущественно по границам зерен (см. рис. 336).

Конечно, цель такой термической обработки - повышение жаропрочности; аустенитные стали второй группы обладают жаропрочностью

более высокой, чем гомогенные аустенитные стали, что объясняется тонким распределением второй фазы, однако это является преимуществом только при кратковременных сроках службы; при длительных сроках службы избыточная упрочняющая фаза скоагулирует, и тогда гомогенные сплавы могут превзойти по жаропрочности дисперсионно твердеющие.

Это видно из сопоставления данных, приведенных в табл. 68 и 69.

Таблица 68. (см. скан) Свойства некоторых аустенитных сталей (гомогенных)

Таблица 69. (см. скан) Жаропрочные свойства некоторых дисперсионно твердеющих аустенитных сталей

Кроме этих сталей более или менее широкого назначения, имеются аустенитные жаропрочные стали более узкого применения: для литых деталей высокой окалиностойкости (детали печей, например реторты), листовой обшивочный материал, подвергаемый нагреву и т. д.

Составы некоторых из этих специальных жаропрочных и окалиностойких сплавов с указанием их окалиностойкости приведены в табл. 62.

Ферритные стали

Хром – это основной легирующий элемент для получения коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей. При его содержании более 12.6% резко повышается электрохимический потенциал и сталь становится коррозионно-стойкой (нержавеющей). Хром способствует образованию на поверхности металла плотной оксидной пленки, защищающей металл от окисления при высоких температурах, и придаёт стали жаростойкость (окалиностойкость). Чем больше в стали содержание хрома, тем выше жаростойкость. Поэтому в жаростойких ферритных сталях его содержание доводят до 13 - 27%. Сталь 08Х13 применяют в условиях воздействия сернистых газов при температуре до 500°С, стали 08Х17Т, 12Х17 жаростойкие до 900°С, сталь 15Х25Т - до 1100°С Жаростойкость повышают также алюминий и кремний (сталь 15Х18СЮ).

Хром имеет решетку объемноцентрированного куба, изоморфную α - железу. В связи с этим он является основным стабилизатором ферритной структуры. При нагревании и охлаждении ферритные стали не претерпевают фазовых превращений и при охлаждении на воздухе сохраняют ферритную структуру.

Для получения жаропрочных свойств хромистые стали легируют карбидообразующими элементами вольфрамом, молибденом, ванадием и ниобием при некотором снижении содержания хрома до 11 - 12% (мартенситно-ферритные стали 14Х12В2МФ, 18Х11МНФБ). Эти элементы увеличивают дисперсность карбидной фазы и устойчивость её против коагуляции и тем самым увеличивают эффект упрочнения и сохранения прочности при нагреве. Кроме того, при наличии этих элементов в стали образуется интерметаллидная фаза Fe 2 (W,Mo) в высокодисперсной форме. Применяют ферритные стали при изготовлении бытовой техники, химаппаратуры, деталей газовых турбин и котельных установок.

Аустенитные стали

В аустенитных сталях наряду с хромом основным легирующим элементом является никель. Никель имеет плотноупакованную гранецентрированную кристаллическую решетку, изоморфную γ-железу. Поэтому никель, а также марганец, углерод и азот являются аустенизаторами. Легирование сталей никелем в количестве более 8% стабилизирует аустенитную структуру. Аустенитные стали обладают высокой жаростойкостью до 1150°С, которая также как у ферритных сталей зависит от уровня легирования Cr, Si и Al (10X23h28, 08Х20Н14С2, 20Х25Н20С2).

Высокая жаропрочность в аустенитных сталях достигается за счет:

1) использования в основе аустенита вместо феррита;
2) упрочнения твердого раствора аустенита Fe-Cr-Ni элементами Мо и W;
3) дисперсионного упрочнения тела зерен мелкодисперсными карбидами, интерметаллическими соединениями типа Ni3(Ti, Al);
4) упрочнения границ зерен путем микролегирования поверхностно активными элементами (бор, редкоземельные металлы Се, Nd, La и др.);
5) ограничения содержания легкоплавких примесей свинца, олова, сурьмы, серы, фосфора и др., нейтрализация их вредного влияния.

Свариваемость

Ферритные стали

Основные проблемы:

1) рост зерна в ЗТВ и охрупчивание, последующая термообработка не измельчает зерно и не устраняет хрупкость;
2) развитие межкристаллитной коррозии (МКК) при быстром охлаждении от температуры Т 900°С; МКК можно устранить отпуском при Т = 650 – 900°С или связыванием углерода в карбиды ниобия или титана;
3) охрупчивание в ЗТВ при повышенных тепературах вызывается образованием σ-фазы (интерметаллид Fe-Cr) в интервале температур Т = 650 - 850°С и развитие 475°С - ной хрупкости в интервале Т=450 - 525°С.

Эти явления усиливаются при увеличении содержания хрома в стали; 475°С - ная хрупкость устраняется путем закалки от Т = 700 - 800°С, а хрупкость от σ - фазы устраняют путем отжига при Т > 900°С.

Аустенитные стали

Основные проблемы:

1) образование горячих трещин в шве и околошовной зоне вызвано:

а) крупнокристаллитной и разнозернистой (строчечной) структурой;
б) образованием легкоплавких эвтектик и ликвацией примесей;
в) наличием легирующих элементов, вызывающих образование трещин (Si, Тi, Аl, В и др.);
г) наличием легкоплавких примесей Pb, Sn, Bi, а также S и Р.

Основной способ предупреждения горячих трещин – измельчение структуры в шве за счет выделения высокотемпературных фаз δ-феррита в аустените шва, высокотемпературных карбидов, карбонитридов, боридной эвтектики.

2) развитие МКК в ЗТВ при нагреве в интервале Т = 650 - 750°С в связи с образованием карбидов хрома и снижением его содержания по границам зерен ниже 13%;

3) охрупчивание при образовании σ-фазы в интервале Т = 650 - 750°С, когда в стали имеется феррит.

Способы сварки и сварочные материалы

Наличие в сталях активных легирующих элементов Cr, Ti, AI обусловливает применение способов сварки и сварочных материалов, ограничивающих потери легирующих элементов: электроды с основным или фторидным типом покрытия, инертные Аr и Не или слабоокислительные смеси инертных и активных газов Аr + 1 - 3% O 2 и Аr + 2 - 4% СO 2 , пассивные фторидные и основно-фторидные, малоактивные и активные низкокремнистые флюсы в зависимости от легирования.

Ферритные стали

1. Ручная дуговая сварка ферритными электродами, дающими металл шва такого же или сходного с основным металлом химического состава.

2. Дуговая сварка в инертных газах неплавящимся вольфрамовым электродом и плавящимся ферритными и реже аустенитными проволоками.

3. Автоматическая сварка под флюсом ферритными и реже аустенитными проволоками с использованием основных, слабоокислительных низкокремнистых и основно-фторидных флюсов.

Аустенитные стали

1. Ручная дуговая сварка аустенитными электродами, дающими состав металла шва, который стойкий против горячих трещин (как правило, аустенит + 2 - 10% феррита) и пор, вызываемых водородом.

2. Дуговая сварка в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродами с аустенитной присадкой, которая также должна обеспечивать стойкость шва против горячих трещин, пор и МКК. При сварке тонколистового металла рекомендуется применять смесь Аr + 3% O 2 или Аr + 15 - 20% СO 2 , чтобы снизить критический ток, улучшить формирование и предупредить пористость. В качестве защитных газов возможно применение СO 2 и N 2 при сварке отдельных марок аустенитных сталей.

3. Автоматическая сварка под флюсом выполняется, как правило, электродными проволоками того типа, что и сварка в защитных газах. Флюсы используют низкокремнистые основные и основно-фторидные.

Дуговая сварка, как правило, должна выполняется на ограниченной погонной энергии, валиками небольшого сечения, чтобы избежать образования крупнодендритной структуры в шве, роста зерна в ЗТВ и горячих трещин.

Термическая обработка

Ферритные стали

Сварные соединения из стали 08Х13 после сварки, как правило, не подвергают термообработке, из сталей 08Х17 и 15Х25Т подвергают отпуску при 700 - 750°С с ускоренным охлаждением (предупреждение МКК) для изделий, работающих в коррозионно-активных средах.

Аустенитные стали

Аустенитные низкоуглеродистые стали высоколегированные хромом и никелем подвергают закалке на гомогенный аустенит (аустенизации) - нагрев до температуры 1050 - 1100°С, выдержка 1 - 2 часа и охлаждение на воз­духе, в масле или в воде. В отличие от углеродистых эти стали после закалки приобретают повышенную пластичность и ударную вязкость.

Аустенитные стали с повышенным содержанием углерода и легированные Мо, W, Nb, Ti, Al, стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением, подвергают специальной термообработке аустенизации (закалке) и старению(отпуску).

Для предупреждения МКК в сварных соединениях рекомендуется двух-трех-часовый нагрев при температуре 850 - 900°С.

Блестящие, не подверженные коррозии изделия из стали бывают с покрытием из хрома, молибдена, вольфрама и легированные, в сплаве которых содержатся необходимые для придания прочности, устойчивости к коррозии и перепадам температур добавки таких элементов, как:

• кобальт;
• алюминий;
• титан;
• медь;
• марганец;
• никель;
• хром;
• ванадий;
• молибден;
• кремний.

В зависимости от назначения стали в ней могут содержаться и другие вещества, улучшающие ее технические характеристики и придающие ее блеск и гладкость поверхности.

Соответствие стального изделия из нержавейки проверяется при температуре, равной 20° C. Немецким институтом стандартизации создана система, по которой аустенитные стали делятся на категории. А2 и А3 – это категории хромоникелевых сталей, А4 и А5 – категории, к которым относятся хромистая никелевая и молибденовая стали. Удельный вес этих сталей одинаков. Несмотря на это, выдерживаемая предметом из стали нагрузка повышается с повышением цифры категории. Процент деформации повышается при нагревании. Механические повреждения могут произойти лишь при сильной, направленной силе удара или с применением специального оборудования – пресса или трубогиба.

В холодном состоянии сталь очень устойчива к растяжению и прочим видам деформации. У нее высокий коэффициент сопротивляемости. При нагреве этот коэффициент снижается вдвое, независимо от категории стали, он практически равен.

Учитывая то, что температура плавления аустенитных сталей происходит при температуре 1800° C, стоит отметить, что и закалка ее происходит при нагреве до 850° C. Аустенизация происходит при нагреве свыше 1000° C. Упругость ее при сильном нагреве меняется незначительно. Показатели проверяются при температурах в 300°, 400° и 500° C.

При сборке металлических ограждений, создании составных металлических изделий применяются 2 вида сварки. Несмотря на то, что сталь имеет хорошие и отличные характеристики сваривания, необходимо с пониманием дела подойти к выбору между дуговой и газосваркой, потому что в процессе сварки металл прилегающих к сварному шву участков, изменяет свою структуру, что сказывается на внешнем виде и подверженности металла. При непрерывном нагревании окалина появится при температуре чуть выше 900° C, при периодическом нагревании во избежание ее проявления нагрев необходимо уменьшить на 100° C.

Технология сварки аустенитных сталей

Плавится нержавеющая аустенитная сталь при температуре почти в 2000° C. Но, несмотря на это, низкое содержание в ее составе углерода дает превосходные показатели свариваемости. Температуры сварочных аппаратов не так высоки, чтобы в процессе сварки образовалась окалина. Неприятных запахов при нагреве нержавеющей стали тоже не ощущается. Чтобы избежать коробления и межкристаллической коррозии, применяются методы быстрой сварки.

Неправильно выбранный процесс сварки и режим охлаждения могут привести к нежелательным последствиям. При сварке нагревается не только зона сваривания, но и прилегающие к ней участки металла. Их температура может достигать 700° C. При такой температуре хром разлагается, что при медленном охлаждении приведет к выпадению его карбидов. Аустенитность структуры стали на участках выпадения карбидов будет нарушенной, что повлечет за собой снижение всех технических характеристик и плачевно скажется на внешнем виде готовой металлоконструкции.

Окисление хрома может сопровождаться тугоплавким новообразованием. Чаще всего оксид хрома остается внутри шва. Температура его плавления на 100-200° C выше, чем у самой нержавеющей стали. Низкая теплопроводность стали при высоком коэффициенте линейного расширения создает напряженность в околошовной зоне. Малая интенсивность газосварочного оборудования, когда нагрев металла происходит постепенно ведет к тому, что площадь нагрева увеличивается. Это способствует незначительному, медленному охлаждению металла, вызывающему выпадение продуктов окисления хрома. При сваривании полой трубы продукты окисления будут проявляться внутри нее за местом сварного шва (при условии свободного доступа воздуха в полость трубы).

Применение дуговой сварки для нержавейки более целесообразно, так как при этом процессе шов получается более ровным, соединение – надежным, а сталь сохраняет свои начальные технические характеристики.

Газовая сварка оправдана при скреплении деталей малой толщины, не превышающей 2 мм. Процесс сварки схож по температурному режиму и интенсивности пламени с тем, что применяется для углеродистых сталей. Присадочным материалом для сварки является проволока с тем же составом, что и сама нержавейка. Если в ней содержатся титан или ниобий, то это снизит выпадение карбидов хрома.