Хромоникелевые стали и сплавы

Хромоникелевые стали и сплавы – основной конструкционный материал современных энергетических установок (паровых котлов сверхвысоких параметров, паровых и газовых турбин, атомных реакторов), оборудования химической, нефте− и газохимической промышленности, ракетных двигателей и других устройств, работающих в экстремальных условиях высоких температур и агрессивных сред.

За счет высокой степени легирования критическая скорость охлаждения снижается настолько, что хромоникелевые стали даже при очень медленном охлаждении сохраняют переохлажденный аустенит. При этом температура начала мартенситного превращения М_н снижается ниже 0^оС и сталь остается аустенитной при комнатной температуре.

Влияние легирующих элементов на величину М_н оценивается по эмпирической формуле (символ элемента соответствует его содержанию по массе в процентах) М_н = 1058 – 33,3Cr – 48,9Ni – 26,6Mn – 22,2Si – 1333,2 (C+N).

В реальных хромоникелевых сталях фазовый состав при нагреве и охлаждении может быть сложным. Однако во всех случаях основой обеспечения всего положительного комплекса свойств является полностью или преимущественно аустенитная структура стали в процессе эксплуатации. Хромоникелевые стали в зависимости от состава и структуры подразделяются на стали аустенитного и аустенитно−ферритного классов. Меньшее применение находят аустенитно−мартенситные стали.

По вертикальной оси откладывается значение Ni_экв, характеризующее суммарное влияние элементов−аустенизаторов: Ni_экв = Ni + 30 C + 0,5 Mn + 12 N + 0,5 Cu. Содержание δ−феррита в микроструктуре является важнейшим показателем работоспособности и технологичности аустенитных хромоникелевых сталей. Его количество оценивается по шкале и эталонам ЦНИИ Чермета.

Избыток δ−феррита затрудняет горячую обработку давлением и охрупчивает металл. Двухфазные стали хуже сопротивляются коррозии. Поэтому на практике стремятся получить полностью аустенитную структуру путем сбалансированного содержания стабилизаторов феррита и аустенита. Для номинально двухфазных по диаграмме Шеффлера сталей типа 18−8 полностью аустенитная структура достигается путем закалки от 1000^оС.

Однако при сварке аустенитных хромоникелевых сталей наличие в микроструктуре 3−6% δ−феррита способствует подавлению роста столбчатых первичных кристаллитов в сварочной ванне, что является важнейшим фактором предотвращения горячих трещин (ГТ) в сварном шве.