?
«ВМС»металлообработка
и инструмент
Время в Москве: --:--[email protected]
ул. Электродная, д. 9, стр. 2
Главная » Статьи » Металлы и сплавы » Нержавеющие стали: аустенитные, ферритные, мартенситные

Нержавеющие стали: аустенитные, ферритные, мартенситные

Рубрика: Металлы и сплавы

«Нержавейка» — не одна сталь, а несколько классов сплавов с принципиально разной структурой и поведением. Аустенитная сталь не магнитится и прекрасно сваривается, мартенситная закаливается до высокой твёрдости, ферритная устойчива к коррозионному растрескиванию и дешевле. Понимание этих различий помогает не ошибиться с материалом: неудачно выбранная нержавеющая сталь может покрыться ржавчиной в первые же недели или треснуть при сварке.

Почему нержавеющая сталь не ржавеет

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей объясняется хромом. При содержании хрома не менее 12–13 % на поверхности стали самопроизвольно образуется тонкая, толщиной в несколько нанометров, плёнка оксидов хрома. Она плотная, хорошо сцеплена с металлом и, что особенно важно, восстанавливается при повреждении, если в среде есть кислород. Это состояние называют пассивным.

Пассивная плёнка не вечна. Её разрушают:

Для повышения стойкости в сталь вводят никель, молибден, азот, титан, ниобий, медь. Их сочетание и определяет класс стали.

Как формируется структура: роль легирующих элементов

Все легирующие элементы нержавеющих сталей делят на две группы. Ферритообразующие — хром, молибден, кремний, титан, ниобий — стабилизируют объёмно-центрированную решётку феррита. Аустенитообразующие — никель, марганец, углерод, азот, медь — расширяют область гранецентрированного аустенита.

В зависимости от баланса этих элементов при комнатной температуре получается одна из структур:

От структуры зависят магнитность, прочность, способность к закалке, свариваемость и характер коррозии. В отечественной маркировке состав читается так же, как у конструкционных сталей: 12Х18Н10Т — 0,12 % углерода, 18 % хрома, 10 % никеля, легирование титаном.

Аустенитные стали

Аустенитные стали — самый распространённый класс нержавеющих сталей. Их структура при комнатной температуре — стабильный аустенит, который сохраняется и при глубоком охлаждении.

Основные марки

Свойства

Аустенитные стали немагнитны в отожжённом состоянии, очень пластичны, сохраняют вязкость до криогенных температур и отлично свариваются. Их прочность сравнительно невысока — предел текучести 200–300 МПа, и закалкой её поднять нельзя: в аустените нет фазового превращения, дающего упрочнение. Термообработка аустенитных сталей — это закалка на твёрдый раствор с 1050–1100 °C в воде, которая, наоборот, делает сталь максимально мягкой и коррозионностойкой.

Упрочнить аустенитную сталь можно только холодной деформацией. При этом часть аустенита превращается в мартенсит деформации, и сталь становится слабомагнитной. Поэтому холоднотянутый пруток или изделие после гибки часто «притягивает магнит», что не является признаком подделки.

Межкристаллитная коррозия

При нагреве в интервале 450–850 °C, например в зоне термического влияния сварного шва, углерод связывает хром в карбиды по границам зёрен. Приграничные зоны обедняются хромом и начинают корродировать. Решения проблемы: снижение углерода до 0,03 % (марки 03Х…), стабилизация титаном или ниобием, которые связывают углерод раньше хрома, или повторная закалка после сварки.

Ферритные стали

Ферритные стали содержат 13–30 % хрома и очень мало углерода и никеля. Структура — феррит во всём интервале температур, поэтому закалкой они не упрочняются.

Основные марки

Сильные и слабые стороны

Ферритные стали магнитны, дешевле аустенитных благодаря отсутствию никеля, имеют более низкий коэффициент теплового расширения и высокую теплопроводность. Главное их преимущество — устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением в хлоридных средах, к которому аустенитные стали весьма чувствительны.

Недостатки — склонность к росту зерна и охрупчиванию при сварке и нагреве, хладноломкость, «хрупкость 475 °C» при длительной выдержке в этом интервале и пониженная пластичность при глубокой вытяжке. Поэтому для сварных конструкций ответственного назначения ферритные стали применяют осторожно.

Мартенситные стали

Мартенситные стали содержат 12–18 % хрома и повышенное количество углерода — от 0,1 до 1 %. При нагреве они переходят в аустенит, а при охлаждении образуют мартенсит. Это единственный класс нержавеющих сталей, который можно закалить до высокой твёрдости.

Основные марки

Особенности

Коррозионная стойкость мартенситных сталей ниже, чем у аустенитных: часть хрома связана в карбиды. Наилучшую стойкость они имеют после закалки и полировки, а после высокого отпуска при 600–700 °C стойкость снижается. Мартенситные стали магнитны, хорошо полируются, но свариваются плохо — требуется подогрев и последующая термообработка.

Детали из нержавеющей стали

Дуплексные и дисперсионно-твердеющие стали

Аустенитно-ферритные (дуплексные)

Сталь с примерно равным содержанием аустенита и феррита сочетает достоинства обоих классов: предел текучести в 1,5–2 раза выше, чем у аустенитных сталей, высокую стойкость к коррозионному растрескиванию и питтингу. Отечественные марки — 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 03Х23Н6. Применяются в химическом машиностроении, для теплообменников, трубопроводов, насосов и арматуры, работающих в хлоридсодержащих средах.

Аустенитно-мартенситные и дисперсионно-твердеющие

Стали 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 08Х17Н5М3 после закалки имеют пластичную аустенитную структуру и хорошо деформируются, а последующая обработка холодом и старение превращают их в высокопрочный материал с пределом прочности 1200–1500 МПа. Применяются в авиационной технике, для пружин и упругих элементов, ответственного крепежа.

Сравнение классов нержавеющих сталей

СвойствоАустенитныеФерритныеМартенситныеДуплексные
Типичные марки12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т08Х13, 12Х1720Х13, 40Х13, 95Х1808Х22Н6Т, 03Х23Н6
МагнитностьНет (в отожжённом виде)ДаДаДа
Упрочнение закалкойНетНетДаНет
Предел текучести, МПа200–300250–350до 1300 после закалки450–550
Общая коррозионная стойкостьВысокаяСредняяУмереннаяВысокая
Стойкость к растрескиванию в хлоридахНизкаяВысокаяСредняяВысокая
СвариваемостьОтличнаяОграниченнаяПлохаяХорошая
Обрабатываемость резаниемТрудная, наклёпУдовлетворительнаяХорошая в отожжённом видеТрудная
Относительная стоимостьВысокаяНизкаяСредняяВысокая

Обработка нержавеющих сталей резанием

Нержавеющие стали считаются труднообрабатываемыми, но причины у разных классов разные.

Аустенитные

Главные проблемы — сильный наклёп, низкая теплопроводность и налипание на инструмент. Поверхностный слой упрочняется уже от предыдущего прохода, и если резец работает с малой подачей, он «трёт» по наклёпанному слою и быстро изнашивается. Практические правила:

Ферритные и мартенситные

В отожжённом состоянии они обрабатываются лучше аустенитных, но склонны к образованию сливной стружки. Мартенситные стали после закалки обрабатывают шлифованием или твёрдым точением инструментом из кубического нитрида бора.

точение, фрезерование, сверление, нарезание резьбы, шлифование, электроэрозионная резка, полировка

Важно. При обработке и монтаже нержавеющих деталей нельзя использовать инструмент, щётки и абразив, которыми ранее обрабатывали углеродистую сталь. Внедрённые частицы железа вызывают рыжие пятна на поверхности, которые часто ошибочно принимают за низкое качество металла. После обработки ответственные детали подвергают пассивации.

Как выбрать нержавеющую сталь

Выбор начинается с вопроса: что важнее — коррозионная стойкость, прочность или твёрдость? Ориентироваться можно так:

  1. Среда без хлоридов, сварка, умеренная нагрузка — аустенитная 12Х18Н10Т или 08Х18Н10.
  2. Хлориды, морская вода, кислоты — молибденсодержащие 10Х17Н13М2Т, 03Х17Н14М3 или дуплексные стали.
  3. Нужна твёрдость и износостойкость — мартенситные 40Х13, 95Х18.
  4. Нужна прочность вала или крепежа — 20Х13 после улучшения или 14Х17Н2.
  5. Слабоагрессивная среда, важна цена, нет сложной сварки — ферритные 08Х13, 12Х17.
  6. Высокие температуры — жаростойкие 20Х23Н18, 15Х25Т.

При выборе также стоит учитывать сопрягаемые материалы: контакт нержавеющей стали с алюминием или углеродистой сталью во влажной среде вызывает гальваническую коррозию менее благородного металла.

Выводы

Нержавеющие стали делятся на классы по структуре, и от неё зависят все ключевые свойства. Аустенитные — универсальные, коррозионностойкие и свариваемые, но не закаливаются. Ферритные — дешевле и устойчивы к коррозионному растрескиванию, но хуже свариваются. Мартенситные — закаливаются до высокой твёрдости, но уступают по коррозионной стойкости. Дуплексные сочетают прочность и стойкость для самых тяжёлых условий.

Наше производство выполняет механическую обработку деталей из всех классов нержавеющих сталей, а также их термическую обработку — закалку мартенситных марок и аустенизацию. Пришлите чертёж или образец — подберём марку и изготовим детали.

Отправить заявку

« Предыдущая статья Следующая статья »