Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

направляющие штоки и др., используют нержавеющие стали типа X13, Х17Н2. Хромистые стали используют также для из­ готовления крепежа, пружинных элементов.

Состав и структура. Высокая коррозионная стойкость ста­ лей достигается легированием их хромом. Диаграмма состояния системы Fe—Cr представлена на рис. 9.8. Х<елезо с хромом

Содержание Сг, вес. %

Рис. 9.8, Диаграмма состояния Fe—Сг.

образует ряд непрерывных твердых растворов. В области замк­ нутой петли аустенит устойчив, в промежуточной области со­ существуют аустенит и феррит. За пределами петли устойчив только феррит. Форма и границы петли в значительной степе­ ни зависят от присутствия в стали еще и других Элементов, например, углерода, никеля. Если содержание хрома не превы­ шает значений, соответствующих границе аустенитной петли, то сталь термообрабатывается и принадлежит к мартенситному классу. При быстром охлаждении от температуры, отвечающей аустенитной области, происходит структурное превращение и при комнатной температуре фиксируется мартенсит. Если содер­ жание хрома выше, чем это соответствует границе петли аусте­ нита, то сталь не термообрабатывается и принадлежит к феррит­ ному классу. При содержании хрома, отвечающем промежуточ­ ной области (аустенит-(-феррит), сталь принадлежит к ферри­ тно-мартенситному классу.

Применяют три типа хромистых нержавеющих сталей: с 12, 17 и 27% Сг. Стали с 12% Сг в зависимости от требуемых меха­ нических характеристик имеют различное содержание углерода (от 0,1 до 0,4%). Стали с 17—18 и 25—28% Сг имеют иногда небольшие добавки титана и никеля, которые вводятся для из­ мельчения зерна, а никель еще и для улучшения механических характеристик. Состав хромистых нержавеющих сталей, приме­ няемых в промышленности, приведен в табл. 9.6.

В зависимости от содержания углерода хромистые стали с 12—14% Сг могут относиться к разным структурным классам (см. табл. 9.6). Сталь 0X13 может являться чисто ферритной (при содержании углерода менее 0,08% и хрома на верхнем пределе) и ферритно-мартенситной (при среднем содёржании хрома и углерода). Углерод является аустенитообразующим элементом, расширяющим у-область, а хром — ферритообразую­ щим, уменьшающим у-область. При минимальном содержании углерода и максимальном содержании хрома у-область умень­ шается и в этом случае сталь марки 0X13 отвечает составу, лежащему вне аустенитной области, т. е. является чисто фер­ ритной сталью и не будет испытывать структурных превраще­ ний. При средних содержаниях углерода и хрома состав стали отвечает области у—а диаграммы, приведенной на рис. 9.8. В этом случае зерна аустенита будут претерпевать структурное

(12%) и максимальном содержании углерода (0,15%) будет лежать в пределах у-области и сталь будет испытывать проте­ кающее полностью превращение аустенит-мреррит, а при охлажпении из у-области на воздухе будет закаливаться на мар­ тенсит. Указанные обстоятельства делают сталь марки 1X13 весьма нестабильной по свойствам. Небольшие отклонения в пределах марочного состава резко изменяют структуру стали от мартенситной до ферритной. Сталь Х14 ферритная, но при максимальном содержании углерода она становится ферритно­ мартенситной. Стали 2X13, 3X13, 4X13 принадлежат к мартен­

сталей после закалки зависят от содержания в них углерода. При содержании 13% Сг сталь с 0,01% С не упрочняется при закалке, так как в ней невозможно структурное превращение.

при перегреве, например при сварке, крупнозернистость не мо­ жет быть устранена термической обработкой, так как в этих сталях отсутствуют структурные превращения. Крупнозерни­ стость обусловливает повышенную хрупкость сталей. Рост зер­ на несколько сдерживается при добавке в них титана и азота вследствие образования карбидов и нитридов титана по грани­ цам зерен, что положительно отражается на механических свойствах.

Явление охрупчивания наблюдается в сталях с 17% Сг и при мелкозернистой структуре после длительных выдержек при температуре 450—700° (т. е. ниже температурного порога роста зерна), в результате значительного выделения карбидов по гра­ ницам зерен при 450° или образования хрупкой S-фазы при 700°. Присадка никеля к сталям с 17% Сг и повышение в них содер­ жания углерода расширяют у-область и приводят к структурно­ му превращению у—а. Однако подобное превращение в этой стали проходит не до конца, но тем не менее это дает замет­ ное упрочнение. В группе сталей с 17% Сг сталь 1Х17Н2 яв­ ляется высокопрочной (см. табл. 9.7) и применяется там, где требуется повышенная прочность при коррозионных свойствах, присущих сталям с 17% Сг. Еще более высокой прочностью об­ ладает сталь 2Х17Н2.

Физические свойства хромистых нержавеющих сталей, со­ держащих 13—28% Сг:

в которых имеет место структурное превращение аустенита в феррит, склонны к воздушной закалке, при нагревах во время производственных операций и при сварке, что резко снижает их пластичность. Хромистые стали свариваются труднее, чем низ­ колегированные или хромоникелевые стали. Лучше свариваются хромистые стали с более низким содержанием углерода и хро­ ма, т. е. стали типа Х13 и, в частности, сталь 1X13. Сталь Х17 с более низким содержанием углерода по сравнению со сталью Х18 сваривается лучше. Не рекомендуется сваривать хромистые стали с содержанием углерода более 0,12%.

Сварочная проволока применяется из того же материала или из аустенитной хромоникелевой нержавеющей стали. Вследст­ вие закалки при охлаждении на воздухе сталей мартенситного