Аустенитные нержавеющие стали

[Tarantin]

Добрый день!

Не могу найти информацию в интернете, а свои знания пасуют. По идее благодаря добавлению углерода в железо у сталей появляется возможность их закалки. Это одинаково верно как для простых углеродистых сталей, так и для нержавеющих.

 

 

Нержавеющие стали различаются свойствами, составом и назначением, но в целом их можно разделить на несколько основных групп по кристаллической структуре: ферритные, аустенитные, мартенситные и двухфазные (ферритно-аустенитные).

Ферритные нержавеющие — это хромистые (10−30% хрома) и низкоуглеродистые (менее 0,1%) стали. Они достаточно прочные, пластичные, относительно несложно обрабатываются и при этом дешевы, но не поддаются термической обработке (закаливанию).

Мартенситные нержавеющие — это хромистые (10−17% хрома) стали, содержащие до 1% углерода. Они хорошо поддаются термообработке (закаливанию и отпуску), что придает изделиям из таких сталей высокую твердость (из них делают ножи, подшипники, режущие инструменты). Мартенситные стали сложнее в обработке и из-за более низкого содержания хрома менее стойки к коррозии, чем ферритные.

Аустенитные нержавеющие стали — хромоникелевые. Они содержат 16−26% хрома и 6−12% никеля, а также углерод и молибден. По коррозионной стойкости превосходят ферритные и мартенситные стали и являются немагнитными. Высокую прочность получают при нагартовке (наклепе), при термообработке (закалке) их твердость уменьшается.

С первым и вторым типом сталей понятно - есть углерод - подвержены закалке, нет углерода(мало) - не подвержены. Но почему аустенитные нержавеющие стали теряют твердость при закалке? В них достаточное кол-во углерода.

 

Сорри если не в тот раздел.

[han_solo]

Но почему аустенитные нержавеющие стали теряют твердость при закалке? В них достаточное кол-во углерода

 

Я не знаю ответа, но возник еще один вопрос: а что такое вообще закалка для аустенитной стали?

 

Аустенитная сталь называется таковой потому, что из-за наличия никеля в количестве 8-10 % аустенитная фаза (твердый раствор углерода в гамма-железе с гранецентрированной кубической решеткой) сохраняется и при комнатной температуре.

 

Обычно же мы говорим о закалке на мартенсит (пересыщенный твёрдый раствор углерода в альфа-железе с объемно-центрированной решеткой, такой же концентрации как у исходного аустенита), но тогда сталь называлась бы мартенситной, не так ли?

[копилка73]

Добрый день!

Не могу найти информацию в интернете, а свои знания пасуют. По идее благодаря добавлению углерода в железо у сталей появляется возможность их закалки. Это одинаково верно как для простых углеродистых сталей, так и для нержавеющих.

 

С первым и вторым типом сталей понятно - есть углерод - подвержены закалке, нет углерода(мало) - не подвержены. Но почему аустенитные нержавеющие стали теряют твердость при закалке? В них достаточное кол-во углерода.

 

Сорри если не в тот раздел.

Потому, что при закалке этих сталей не выделяются карбиды. У них и закалку-то делают для получения аустенита. Карбиды выделяются при отжиге такой нержавейки. А способствуют таким метаморфозам как раз Никель. Добавлю ещё, что твердость и ферритом можно приподнять, он выделится при пластической деформации (холодной). Таким образом, если хотите повысить твердость аустенитной нержавейки то отжигайте и деформируйте, но не применяйте закалку.

[Tarantin]

спасибо, надо осмыслить

[Tarantin]

 

 

Я не знаю ответа, но возник еще один вопрос: а что такое вообще закалка для аустенитной стали?

 

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.

 

 

 

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.

 

 

 

[Tarantin]

Потому, что при закалке этих сталей не выделяются карбиды. У них и закалку-то делают для получения аустенита. Карбиды выделяются при отжиге такой нержавейки. А способствуют таким метаморфозам как раз Никель. Добавлю ещё, что твердость и ферритом можно приподнять, он выделится при пластической деформации (холодной). Таким образом, если хотите повысить твердость аустенитной нержавейки то отжигайте и деформируйте, но не применяйте закалку.

Карбиды чего не выделяются?

[han_solo]

Карбиды чего не выделяются?

Так вы же сами указали, что

под закалкой понимают нагрев выше температуры растворения карбидов хрома и достаточно быстрое охлаждение, фиксирующее гомогенный гамма-раствор.

т.е. углерод остается в аустените, насколько я понял именно для этого закалку аустенитных сталей и делают

[Tarantin]

han_solo, не понимаю.  Углерод должен быть в стали всегда. Он никуда не денется же? При нагревании железа и углерода образуется сплав называемый сталь, а в ее структуре образуются карбиды железа. Причем, согласно текста ниже карбиды хрома более прочные, чем карбиды железа. Так, почему при закалке теряется прочность в нержавеющих аустенитных сталях?

 

http://stu.scask.ru/book_met1.php?id=97

 

 

5. Карбидная фаза в легированных сталях

 

В сталях карбиды образуются только металлами, расположенными в периодической системе элементов левее железа (см. рис. 279). Эти металлы, как и железо, относятся к элементам переходных групп, имеют менее достроенную -электронную полосу. Чем левее расположен в периодической системе карбидообразующий элемент, тем менее достроена его -полоса.

 

Имеется достаточно оснований предполагать, что в процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обусловливающую металлические свойства карбидов.

 

Многочисленные опыты показывают, что чем левее в периодической системе расположен элемент, т. е. чем менее достроена у него электронная полоса, тем более устойчив карбид. Эти обстоятельства позволяют сформулировать положения, характеризующие в общем виде условия карбидообразования в сталях: только элементы с -электронной полосой, заполненной меньше, чем у железа, являются карбидообразующими; активность их как карбидообразователей тем сильнее и устойчивость образующихся карбидных фаз тем больше, чем менее достроена -полоса у металлического атома.

 

Это положение позволяет указать условия образования карбидов в стали при наличии нескольких карбидообразующих элементов, последовательность растворения в аустените различных карбидов и другие факторы, важные для теории легирования, практики производства и применения легированных сталей.

 

В соответствии со сказанным карбиды в сталях будут образовывать следующие элементы: титан, ванадий, хром, марганец, цирконий, ниобий, молибден, гафний, тантал, вольфрам.

 

В природе известны карбиды никеля и кобальта, но в сталях, т. е. в сплавах на основе железа, эти металлы карбидов не образуют, так как на -полосе кобальт

 

[копилка73]

Денис, позвольте побухтеть в Вашу сторону в плане вот чего: если Вы хотите пройти курс материаловедения, то пройдите его индивидуально, ОК?

Вам написали очень полные ответы на Ваши вопросы, причем Максимально полные, прошу это учесть.

Ещё раз повторю: аустенитные стали не просто так выделены в отдельную группу, это сделано потому, что они имеют отличные от общей массы свойства, в том числе и при ТО.

Вот Вам тот же фактор, который приводили выше, но другим языком:

Наиболее распространенной нержавеющей сталью аустенитного класса является сталь Х18Н9Т, содержащая не более 0 12 % С. Титан в эту сталь вводят в таком количестве ( до 0 7 %), чтобы связать углерод в стойкие карбиды титана и тем самым предотвратить образование карбидов хрома. При образования этих карбидов границы зерен обедняются хромом и сталь становится склонной к межкристаллитной коррозии, которая приводит к катастрофическому падению прочности...

[Tarantin]

копилка73, спасибо! Теперь понятно, почти)))

[miklwizard]

http://tutmet.ru/austenitnaja-nerzhavejushhaja-stal-klass-marki-termoobrabotka.html

http://weldzone.info/speczialisty/614-austenitnye-stali

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%80%D0%B6%D0%B0%D0%B2%D0%B5%D1%8E%D1%89%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C

 

Ну и отдельно, в дополнение попроще - одним из примеров аустенитной нержавеющей стали может служить сталь для производства посуды - маркировка 18/10, т.е. 18 хрома/10 никеля. Это маркировка на посуде иностранного производства. У нас пишуть просто "нерж". Сталь 18/10 вроде как считается "самозакаливаемой", т.е. принимающая твёрдость при постепенном остывании в комнатной температуре.

[miklwizard]

http://system4.com.ua/ru/article/pischevaya-nerjaveyuschaya-stal-aisi-304-430-18-8-18-10

https://otvet.mail.ru/question/12571231

[Tarantin]

miklwizard,спасибо!! 

[hungryforester]

просто "нерж". Сталь 18/10

только это слово на посуде по более-менее свежему ГОСТу означать будет 12Х18Н10Т и аналоги, а на столовых ножах - 40Х13 или 30Х13

 

почему и можно их переточить в подобие скальпеля :)

[Tarantin]

 

 

12Х18Н10Т

именно эта сталь меня и интересует)

[hungryforester]

именно эта сталь меня и интересует)

зачем? трубопроводную арматуру надыбали? это же жаропрочная коррозионностойкая сталь, но не для ударных нагрузок, не для трущихся пар и пр.

[miklwizard]

По сути вопроса - аустенит - фаза кристаллической решётки металла с крупными карбидами.

Железо не соединяется в кристаллическую решётку с лигирующими элементами напрямую, т.е. нельзя сварить железо-никелевый сплав взяв никель и железо, обязательно должен быть связующий элемент, чтобы образовалась кристаллическая решётка стали. В стали таким основным элементом служит углерод или азот, но тогда основой сплава будут не карбида, а нитриды металла. Т.о. - сталь представляет собой сплав с кристаллической решёткой вида - железо-углерод-хром, или железо-углерод-никель, или железо-углерод-никель-углерод-хром, и т.д. В аустенитном сплаве кристаллы стали (через углерод) очень большие, а в мартенситной (например) стали наоборот - маленькие. Находясь в разогретом состоянии кристаллическая решётка у сплава отсутствует, она появляется при резком охлаждении, но так как у аустенита изначально крупная внутренняя структура - то при резком охлаждении возможно внутреннее разрушение материала, потому закалка и не даёт прироста твёрдости. Аустенит проявляется как фаза и в других сплавах - с ним борются разными способами - например - ковкой/прокаткой, которая по сути разрушает аустенит и переводит сталь в разряд мартенситных. Или циклами закалка/отпуск сплава - т.е. термической обработкой, которая по своей сути является контролем/программированием роста кристаллической решётки в зависимости от находящихся в сплаве элементов.

Вот примерно как-то так, постарался коротко, по сути... Не знаю, может и не правильное у меня представление...

[hungryforester]

Не знаю, может и не правильное у меня представление...

В терминологии каша, потому и сомнения. Тут более-менее http://markmet.ru/tehnologiya_metallov/prevrashcheniya-proiskhodyashchie-v-zheleze-i-stali-pri-nagreve-i-okhlazhdenii, но без легирования.

[miklwizard]

В терминологии каша, потому и сомнения. Тут более-менее http://markmet.ru/tehnologiya_metallov/prevrashcheniya-proiskhodyashchie-v-zheleze-i-stali-pri-nagreve-i-okhlazhdenii, но без легирования.

Дело не в терминах, я не металлург ни разу, такой же интересующийся, потому и сомневаюсь...

[hungryforester]

Дело именно в терминах, т.к. надо выбирать, на каком уровне обсуждать :) Я лично про разрушение аустенита не готов говорить, а про фазовые переходы вполне. Но для этой стали есть такое подозрение, что разговор ни о чем :)

[miklwizard]

Дело именно в терминах, т.к. надо выбирать, на каком уровне обсуждать :) Я лично про разрушение аустенита не готов говорить, а про фазовые переходы вполне. Но для этой стали есть такое подозрение, что разговор ни о чем :)

Ну, так и ответили бы человеку по сути вопроса, я как смог, так и написал... А так как сомнения есть, то отметил и это. У вас есть, что сказать по вопросу "...почему аустенитные нержавеющие стали теряют твердость при закалке?..." - так напишите, но так, чтобы понятно было и коротенько, а ссылок из интернета накидать всяк может...

[hungryforester]

Ни боже мой, я просто вынес из стародавних времен убеждение, что эти стали для другого изобретены (что с моей точки зрения вопрос про закалку делает бессмысленным), и дополнительно погуглив в нем не разуверился, но ссылку кидать уже не буду.

[Tarantin]

 

 

зачем? трубопроводную арматуру надыбали? это

Слушайте, с ножами никак не связано)))) Мы продаем нержавеющий аустенитный крепеж определенной прочности. В общем, надо было понять если он не закаливается, то как получают разные прочности по нему. Бывает А2-50, А2-70 и А2-80.

 

 

По сути вопроса - аустенит - фаза кристаллической решётки металла с крупными карбидами. Железо не соединяется в кристаллическую решётку с лигирующими элементами напрямую, т.е. нельзя сварить железо-никелевый сплав взяв никель и железо, обязательно должен быть связующий элемент, чтобы образовалась кристаллическая решётка стали. В стали таким основным элементом служит углерод или азот, но тогда основой сплава будут не карбида, а нитриды металла. Т.о. - сталь представляет собой сплав с кристаллической решёткой вида - железо-углерод-хром, или железо-углерод-никель, или железо-углерод-никель-углерод-хром, и т.д. В аустенитном сплаве кристаллы стали (через углерод) очень большие, а в мартенситной (например) стали наоборот - маленькие. Находясь в разогретом состоянии кристаллическая решётка у сплава отсутствует, она появляется при резком охлаждении, но так как у аустенита изначально крупная внутренняя структура - то при резком охлаждении возможно внутреннее разрушение материала, потому закалка и не даёт прироста твёрдости. Аустенит проявляется как фаза и в других сплавах - с ним борются разными способами - например - ковкой/прокаткой, которая по сути разрушает аустенит и переводит сталь в разряд мартенситных. Или циклами закалка/отпуск сплава - т.е. термической обработкой, которая по своей сути является контролем/программированием роста кристаллической решётки в зависимости от находящихся в сплаве элементов.

мега понятно!!! Спасибо огромное, прямо очень на простом доступном уровне.