Введение в хромистую сталь, содержащую 18 % Сr, свыше 7 % Ni переводит ее в аустенитное состояние (рис. 7.4). Сталь с аустенитной структурой по сравнению с ферритной обладает лучшими механическими свойствами (сочетание высокой прочности и пластичности), менее склонна к росту зерна и более коррозионностойкая.
Рис. 7.4. Диаграмма состояния при нормальной температуре закаленных сплавов системы Fe—Сr—Ni, содержащих 0,11 % С; Фα - альфа-феррит; П - перлит; М - мартенсит; Фδ - дельта-феррит; К - карбид; Ам - метастабильный аустенит; Aс - стабильный аустенит
В зависимости от содержания хрома и никеля хромоникелевые стали могут иметь структуру метастабильного аустенита — стали типа 18-10 (18-9): 04Х18Н10, 08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т и стабильного аустенита - стали типа 15-25 (например, 08Х15Н24В4ТР). В сталях с метастабильным аустенитом при определенных условиях возможно превращение аустенита или в мартенсит (при низких температурах, особенно в сочетании с деформацией), или в феррит с выделением карбидов (при повышенных температурах).
В структуре стали типа Х18Н9 карбиды могут наблюдаться при содержании углерода выше предел растворимости (рис. 7.5, кривая GE).
Рис. 7.5. Псевдобинарная диаграмма состояния системы Fe— Сr—Ni—С для разреза 18 % Сr, 8% Ni
В температурном диапазоне 500—800 °С при малой скорост охлаждения по границам зерен наблюдается преимущественн выделение карбидов, приводящее к обеднению приграничны слоев аустенитных зерен хромом до содержания ниже 12%. В результате этого сталь становится склонной к межкристаллитной коррозии, поскольку в гальванической паре «тело зерна пограничный слой» пограничный слой зерна, обедненный хроме становится анодом и при наличии агрессивной среды начина интенсивно разрушаться. Подобное изменение состава пограничных слоев аустенитных зерен обусловлено тем, что в образовании карбидов участвует углерод, поступающий из глубинных ело зерна, а хром ввиду меньшей диффузионной подвижности поступает для формирования карбидов из пограничных слоев.
Длительная выдержка (сотни часов) при этих же температурах приводит к выравниванию концентрации хрома в пределах зерна, и сталь становится стойкой к межкристаллитной коррозии.
Выпадение карбидов по границам зерен зависит от времени нахождения стали в области опасных температур. Быстрое охлаждение металла позволяет предотвратить выпадение карбидов. Склонность к межкристаллитной коррозии можно предотвратить, если содержание углерода в стали будет ниже предела растворимости. Однако выплавка подобной стали встречает значительные трудности.
В большинстве случаев склонность стали к межкристаллитной коррозии предотвращают введением в сталь элементов-стабилизаторов: титана или ниобия, образующих стойкие, малорастворимые в аустените карбиды.
Количество титана или ниобия, вводимого в сталь для предотвращения
межкристаллитной коррозии, назначают в зависимости от содержания углерода. При
стабилизации титаном количество титана вводят в соотношении Ti >(5÷7)х(С —
0,02), где 0,02 % — углерод, находящийся в твердом растворе. Титана вводят
несколько больше, чем требуется для образования карбида TiC (соотношение Ti/C =
4).
Дополнительное легирование хромоникелевой стали
позволяет повысить жаропрочность. При этом жаропрочность повышается как за счет
упрочнения основы стали — аустенита, так и за счет формирования дополнительных
фаз — карбидных или интер-металлидных.
