Износостойкие хромомарганцевые стали

В основу производства этих сталей заложен принцип реализации мартенситного превращения в процессе эксплуатации. В отливках они имеют структуру нестабильного аустенита и оптимальное сочетание коррозионной стойкости и хладостойкости, что обуславливает их применение вместо хромоникелевых сталей для изготовления деталей газо- и нефтепромыслового оборудования.

Аустенитные  хромомарганцевые стали с большим содержанием хрома имеют хорошую стойкость против коррозии в атмосфере, морской воде, растворах поваренной соли и ряде кислот. Повышение содержания марганца в области аустенитного состояния стали приводит к понижению ее прочности, увеличению пластичности и термической стойкости. Повышенную термическую стойкость имеют стали 20Х12ВНМФЛ и 14Х18Н4Г4Л.

Однако для получения качественных деталей из сталей с высоким содержанием хрома, алюминия и марганца или никеля отливки не должны иметь литейных дефектов (горячих трещин, газовой пористости, шлаковых включений, раковин, поверхностных дефектов и др.). Структура и свойства отливок из таких сталей определяются металлургическими процессами плавки, внепечной обработки и скоростью охлаждения.

В последние десятилетия разработаны и внедрены в производство мартенситно-стареющие стали на основе Fe-Ni-Co-Mo-Ti с временным сопротивлением 2000…2500 МПа.

В отличие от высокопрочных среднелегированных углеродистых сталей мартенситно-стареющие стали вследствие особенностей легирования обладают хорошей технологичностью и высоким комплексом эксплуатационных свойств.

Следует отметить, что эти закономерности справедливы и для стали 01Н17К12М5Т (ЭП845-ИЛ) той же системы Fe-Ni-Co-Mo-Ti, но с более высоким содержанием кобальта и титана. Однако для получения удовлетворительного сопротивления коррозионному и водородному растрескиванию этой стали перед низкотемпературной закалкой необходимо проводить горячую деформацию, в результате которой образуется структура, наследующая эффект высокотемпературной термомеханической обработки.

Таким образом, при выборе режимов термической обработки мартенситно-стареющих сталей системы Fe-Ni-Co-Mo-Ti следует учитывать температуру нагрева для растворения карбонитридных выделений, температуру перекристаллизации и низкотемпературной закалки для получения в сплаве временного сопротивления не менее 2000 МПа и других высоких свойств. Рекомендуется придерживаться режимов в таблице.

Механические свойства сталей после прокатки

* Нагружение изгибом образцов-пластин размером 2 х 8 х 100 мм. Примечание. Приведены свойства после закалки от 760 °С и старения при 530 °С 3 ч.

Сталь ИЛ-плавки при замедленном охлаждении от высоких температур склонна к охрупчиванию вследствие выделений карбидов титана по границам зерен и более чувствительна к перегреву, чем сталь, выплавленная методом ВД.

На основании диаграммы растворимости карбидов титана в стали 00Х18Н12Т можно предположить, что температура их растворения в ста­ли 01Н18К9М5Т-ВД с содержанием углерода 0,01 % должна быть ниже 1200 °С, т.е. ниже той температуры, которая необходима для стали 03Н18К9М5Т-ВД с содержанием углерода 0,02 %.

Высокой коррозионной стойкостью обладают аустенитные борсо­держащие (до 0,005 % бора) стали. При испытании литых образцов по методу «Д» коррозионные потери не превышают 0,05…0,1 мм/год, т.е. по стойкости к межкристаллитной коррозии они удовлетворяют требовани­ям ТУ. При увеличении содержания бора до 0,06…0,35 %  коррозионная стойкость литых изделий снижается, что объясняется изменением границ зерен и приграничных зон.

В аустенитных сталях, содержащих 1…3 % молибдена, повышенное содержание бора снижает коррозионную стойкость, вызывает сегрегации бора и выделения в этих местах боридов молибдена.

Использование хромоникелемарганцевых сталей, легированных 0,06…0,35 % бора, для деталей и образцов, используемых для пар трения, работающих при повышенных температурах, в газовых и гидроабразив­ных средах, свидетельствует о том, что они обладают недостаточной износостойкостью. Это объясняется тем, что в них присутствуют бориды Cr₂В в виде игл и корраловидных сростков по границам зерен, снижающих пластические свойства этих сталей. Легированные бором стали в средах жидкого натрия и аргона с жидким натрием при 230 °С обладают низким износом. При высоких температурах 930…1030 °С стали Х18Н9АГ6ВЛ и Х20Н10АГЗВЛ обладают более высокими показателями пластичности, чем при температурах до 230 °С. Полностью удовлетво­ряют всем требованиям ТУ аустенитные стали, модифицированные бором в количестве 0,0001…0,0018 % и РЗМ в количестве 0,003…0,007 %. Присадка РЗМ способствует уменьшению содержания кислорода, повышению дисперстности микрозерна и уменьшению загрязненности стали неметаллическими включениями. Скорость коррозии и средний износ таких сталей при трении в жидких средах уменьшаются.

Комплексные модификаторы, содержащие бор, кальций и РЗМ, обеспечивают измельчение дисперсности аустенитного зерна и повышение износостойкости Cr-Ni-Mn-сталей при трении в жидких средах. Измельчению дисперсности аустенитного зерна способствует азот.

Однако только дополнительное легирование сталей азотом, титаном или ниобием обеспечивает Cr-Ni-Mn- и Cr-Ni-Mo-сталям в отливках высокую коррозионную стойкость при высоких температурах и в экстремальных условиях, включая трение в среде аргона, в вакууме и расплавленных металлах.

Благоприятное влияние ниобия на свойства стали обусловлено измельчением зерна, а также выделением чрезвычайно мелких дисперсных частиц Ni₃Nb. Ниобий также повышает температуру разупрочнения при старении.

Процессы старения интенсивнее протекают в мартенситной и более деформированной структуре. Ниобий повышает температуру старения, при которой достигается наибольшее значение предела прочности ст_в. При этом с увеличением прочностных свойств относительное удлинение и ударная вязкость изменяются незначительно.

При температуре 930… 1000 °С удовлетворительной износостойкостью в газовых окислительных средах обладают стали 12X18H9JI и 12X18H10TJI, однако в более агрессивных средах их коррозионная стойкость недостаточна и требуются стали с более высоким пределом коррозионной усталости и более низкой склонностью к межкристаллитной коррозии.

В таблице приведены данные по склонности аустенитных сталей к межкристаллитной коррозии, износостойкости в газовых окислительных средах и о пределе коррозионной усталости. В структуре отливок сталей содержится преимущественно аустенит и небольшое количество карбидов. После закалки с температур 1050… 1200 °С карбиды, находящиеся в стали, переводятся в твердый раствор, в результате чего повышаются пластичность и коррозионная стойкость. Стали 08X17H15M3TJI и 08Х22Н13МЗБЛ имеют высокую стойкость против растрескивания под напряжением.

Выплавка и разливка сталей с использованием присадки РЗМ позволяет уменьшить конечное содержание кислорода в расплаве, загрязненность его неметаллическими включениями и повысить предел коррози­онной усталости. В ряде случаев причиной раскисления сталей в отливках может быть присутствие в их составе алюминия. В литейных сталях, выплавляемых в электродуговых печах без использования азотированных ферросплавов, содержание азота колеблется от 0,01 до 0,02 % (мас.).

Коррозионно-эрозионная стойкость аустенитных сталей

Стойкость сталей к растрескиванию под напряжением

Влияние модифицирования на содержание неметаллических включений

При раскислении стали алюминием избыток последнего, не вступившего в реакцию с содержащимся в расплаве кислородом, может реагировать и с азотом с образованием нитридов и карбонитридов. Практика производства литейных сталей показывает, что в тех случаях, когда при раскислении вводится 0,03…0,15 % алюминия, нитриды в отливках практически не обнаруживаются. При производстве износостойких сталей, когда алюминия вводят от 0,2 до 2,0 %, отмечается высокая концентрация в сталях нитридов алюминия.

Длительная выдержка железоуглеродистых расплавов при высокой температуре увеличивает количество нитридов и карбонитридов в отливках. Это подтверждено и при изготовлении отливок из хромомолибдено­ванадиевых и никельхромомолибденовых сталей, которые подвергаются гомогенизирующему отжигу при 1130… 1210 °С для предупреждения выделения по границам первичных зерен нитридов алюминия. При таких температурах в легированном аустените отливок из улучшаемых сталей в равновесии находится 0,04…0,07 % кислорода. Введение сравнительно активных нитридообразующих элементов, к которым принадлежат титан, цирконий и РЗМ, меняет растворимость азота в стали.

Титан является активным поглотителем азота, а введение его в сталь в небольшом количестве вызывает образование в расплаве нитридов титана. Кроме того, расходование азота на образование нитридов титана исключает последующее выделение нитридов алюминия из аустенита по границам первичных зерен при охлаждении затвердевших отливок.

Вам также могут быть интересны статьи:

Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы Комплексно-легированные износостойкие чугуны Коррозионно-стойкие и износостойкие материалы Износостойкие материалы для пар трения, работающих при высоких скоростях скольжения Графитизированные стали Мартенситно-стареющие стали

(Пока оценок нет)

Загрузка...