Сергиев Посад

пн-пт: 9:00 - 18:00

+7 (495) 984-97-09

Нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы

Специальные стали и сплавы предназначены для работы в особых условиях, связанных с воздействием высоких и низких температур, агрессивных сред (атмосферная, жидкостная и газовая), а также при повышенных эксплуатационных нагрузок различного характера (статические, динамические, циклические).

Наша продукция

Сортовой прокат

Листовой прокат

Справочная информация

Легированные стали – это сплавы на основе Fe-C, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах обработки требуемую структуру и свойства.

Легирующие элементы – химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемой структуры, физико-химических и механических свойств.

Относительно недефицитные легирующие элементы

Mn, Si, Cr, Al, Ti, V

Дефицитные легирующие элементы

Nb, Mo, Cu, Pb, Ta

Особо дефицитные легирующие элементы

W, Ni, Co

Легирующими элементами также могут быть

Zr, P, S, N, Se, Te, La

 

Высоколегированные стали и сплавы получают методом электрошлакового (ЭШ), вакуумно-дугового (ВД) переплавов и индукционной электроплавкой (ЭП) и в зависимости от основных свойств подразделяют на следующие группы:

  • коррозионностойкие;
  • жаростойкие;
  •  жаропрочные.

1. Коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы. 

Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

Химическая коррозия – протекает при непосредственном взаимодействии металла и среды без возникновения электрического тока.

Электрохимическая коррозия – разрушение металлов связано с возникновением электрического тока под действием электролитов или других причин.

Электрохимическая коррозия возникает при действии на металлы кислот, щелочей, воды и представляет для деталей механизмов и конструкций наибольшую опасность.

Виды коррозии металлов

Сплошная равномерная коррозия

Коррозия, равномерно захватившая всю поверхность металла

Сплошная неравномерная коррозия

Коррозия, неравномерно захватившая всю поверхность металла

Местная коррозия

Поражения металла локальны

Межкристаллитная коррозия

Один из наиболее опасных видов коррозии.

Разрушение металла происходит преимущественно вдоль границ зерен. Вызвана диффузионными процессами в структуре стали, приводящими к образованию карбидов хрома по границам зерен и одновременным обеднением хромом участков, непосредственно прилегающим к границам зерен.

Такие поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции.

Транскристаллитная коррозия

Один из наиболее опасных видов коррозии.

Рассекает металл трещиной прямо через зерна, малозаметна. Такие поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции.

Ножевая коррозия

Один из наиболее опасных видов коррозии, особенно ему подвержены сварные швы. Такая коррозия словно ножом разрезает металл при эксплуатации в агрессивных средах. Подобные поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции.

 

Коррозионностойкие стали и сплавы обладают стойкостью против химической и электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, межкристаллитной и коррозии под напряжением).

Коррозионностойкие стали и сплавы бывают низкоуглеродистые (с содержанием углерода менее 0,3 %) и среднеуглеродистые (массовая доля углерода более 0,3 %).

Значительное увеличение коррозионной стойкости сталей достигается введением в ее состав повышенного количества хрома. При его содержании более 12% возникает высокая устойчивость против коррозии. Происходит это вследствие образования тонкой плотной оксидной пленки, которая защищает сталь от агрессивной среды и разрушения.

Кроме хрома, для увеличения стойкости против коррозии и улучшения качества стали добавляют никель.

Наилучшими коррозионными свойствами обладают хромистые и хромоникелевые стали.

Хромистые коррозионностойкие стали

В зависимости от структуры хромистые стали делятся на следующие классы:

  • мартенситные: 20Х13, 30Х13, 40Х13. Применяют для слабых агрессивных сред (воздух, вода, пар).
  • мартенситно-ферритные (содержат более 10% феррита): 12Х13.
  • ферритные: 12Х17, 15Х25Т, 15Х28 – низкоуглеродистые высокохромистые стали, обладают повышенной коррозионной стойкостью.

Структура для наиболее характерных сплавов этого типа:

Сталь

Класс в зависимости от структуры

Применение

12Х13

мартенситно-ферритные

Применяют для деталей, работающих в слабых агрессивных средах (воздух, вода, пар).

20Х13, 30Х13, 40Х13

мартенситные

12Х17, 15Х25Т, 15Х28

ферритные

К этому типу относятся низкоуглеродистые высокохромистые стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Эксплуатируются в условиях работы в растворах азотной и фосфорной кислот.

12Х18Н10Т

аустенитные

Применяют для деталей, работающих в морской воде, органических и азотной кислотах, слабых щелочах.

10Х17Н13М3Т,

Используют для деталей, работающих в фосфорной, уксусной и молочной кислотах.

 

Хромистые нержавеющие стали обычно содержат 0,08…0,45% углерода и 12,5…18% хрома.

Стали с 13% Crобладают лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что все содержание Crв стали приходится на долю твердого раствора. В этом случае он образует на поверхности изделия плотную защитную оксидную пленку типа Cr2O3. Увеличение содержания углерода, приводящее к образованию карбидов, создает двухфазную структуру, уменьшая количество хрома в твердом растворе, и поэтому понижает коррозионную стойкость стали.

Хромистые коррозионностойкие стали используют для изготовления компрессоров, лопаток турбин, клапанов, арматуры нефтеустановок и аппаратов, а стали 30Х13 и 40Х13 — для режущего и измерительного инструмента, деталей карбюраторов, пружин и других деталей, работающих при температуре до 400 °С. Сталь марки 40Х13 широко применяется для изготовления хирургического и бытового инструмента.

Детали, изготовленные из этих сталей, подвергаются закалке и низкому, среднему и высокому отпуску в зависимости от марки и требуемых свойств.

Хромоникелевые аустенитные коррозионностойкие стали:

Хромоникелевые стали обладают повышенными механическими и химическими свойствами.

Имеют в своем составе до 0,3% углерода, 18-25% хрома и 8-20% никеля: 12Х18Н9, 04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т.

Хромоникелевые стали в зависимости от структуры бывают следующих классов:

  • аустенитный,
  • аустенитно-ферритный
  • аустенитно-мартенситный.

аустенитный

Стали этого класса способны работать при высоких температурах в агрессивных средах, в том числе в растворах кислот, обладают высокой обрабатываемостью давлением и свариваемостью.

Благодаря свои специальным свойствамаустенитные стали широко применяются в химической промышленности и в строительстве.

 

Аустенитные стали имеют очень низкий порог хладноломкости и поэтому широко используются для конструкций, работающих при температурах до -200°С (сталь 07Х21Г7АН5).

Для получения особо коррозионностойких материалов аустенитные стали дополнительно легируют медью или медью с молибденом (сталь 06Х23Н28МДТ).

аустенитно-ферритный

Стали этого класса кроме хрома и никеля в своем составе содержат титан и кремний. Отличаются более высокими антикоррозионными свойствами в активных средах, а также высокими технологическими свойствами.

аустенитно-мартенситный

Кроме хрома в своем составе имеют марганец, алюминий и никель.

Аустенитно-мартенситные стали используются как коррозионностойкий конструкционный материал, способный работать в агрессивных рабочих средах. Эти стали имеют более высокие, по сравнению с аустенитными и аустенитно-ферритными сталями, механические и физико-химические свойства.

2. Жаростойкие стали и сплавы. 

Жаростойкость (окалиностойкость) – способность металла сопротивляться окислению в газовых средах (воздух, газы, водяной пар) в условияхповышенных температур.

При высоких температурах металлы окисляются кислородом, образуя оксидную пленку. Оксидные пленки железа, вольфрама и других элементов обладают низкими защитными свойствами, т.к. являются неплотнымии через них легко проникает кислород с образованием новых слоев окалины, которая растрескивается, становится пористой. Происходит окисление на еще большую глубину, и металл выгорает.

Железо образует оксиды трех видов: FeO, Fe3O4, Fe2O3.

а) До температуры 560-600°С окалина состоит преимущественно из плотных оксидов Fe2O3и Fe3O4. Слой окалины на поверхности изделия затрудняет диффузию атомов кислорода к металлу и, соответственно, скорость окисления небольшая.

б) При температуре выше 570-600°С происходит растрескивание плотной оксидной пленки и под ними образуется быстро растущий рыхлый слой FeOс низкой прочностью. Рыхлые оксиды мало препятствуют доступу кислорода к поверхности металла, что приводит к интенсивному окислению, которое классифицируют как химическую коррозию.

 

Жаростойкость стали повышают легированием хромом, алюминием, кремнием и никелем, которые образуют на поверхности металла плотные оксидные пленки (FeO*Cr2O3, Cr2O3, FeO*Al2O3, Al2O3, 2FeO*SiO2),не разрушающиеся при высоких температурах и, следовательно, защищающими металл от дальнейшего разрушения.

Жаростойкость определяется, прежде всего, количеством легирующих элементов и мало связана со структурой стали.

При равном содержании хрома, температура образования окалины Ток повышается на 100-150°С при добавлении кремния и алюминия.

Содержание хрома в жаростойких сталях составляет 5-28%, кремния 2-3%, алюминия 5-6%.

Различают 2 основные группы жаростойких сталей:

  1. Высокохромистые стали с ферритной структурой: 08Х17Т, 15Х25Т, 15Х28, 05Х25Ю5 и др.
  2. Хромоникелевые стали с аустенитной структурой: 08Х18Н9Т, 20Х23Н18, 20Х25Н20С2 и др.

Жаростойкость некоторых сталей:

Марка 

Жаростойкость

12Х13

700°С

15Х6СЮ

800°С

08Х17Т

900°С

Сплавы на никелевой основе с Crи Alобладают более высокой жаростойкостью

ХН70Ю (26-29% Crи 2,8-3,5% Al)

1200°С

3. Жаропрочные стали и сплавы. 

Жаропрочность – свойство металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при длительном воздействии нагрузки при повышенных температурах > 0,3Тпл.

Факторами, способствующими жаропрочности, являются:

  • высокая температура плавления основного металла;
  • наличие в сплаве твердого раствора и мелкодисперсных упрочняющих фаз;
  • пластическая деформация, вызывающая наклеп;
  • высокая температура рекристаллизации;
  • легирование: элементы, повышающие жаропрочность: Mo, W, V, Nb, Ti, Co, Al, Ca, Ni.
  • термическая и термомеханическая обработка для получения однородной структуры с дисперсными частицами карбидов, интерметаллидов и других частиц;
  • введение в жаропрочные стали бора, церия, ниобия, циркония (в десятых, сотых и даже тысячных долях).

Наибольшая жаропрочность достигается при аустенитной структуре стали.

Оптимальная структура жаропрочных сталей – твердый раствор, упрочненный дисперсными частицами вторых фаз.

Марка стали

Класс стали

Режим термообработки

Структура после термообработки

Жаропрочность при Т,°С

12ХМ

Перлитный

Нормализация 910°С, отпуск 670°С

Легир.Феррит+карбиды

540°С

40Х10С2М

Мартенситный

Закалка 1030°С, масло, отпуск 720°С

Легир.Сорбит+ карбиды

650°С

12Х18Н10Т

Аустенитный

Закалка 1100°С, вода, отпуск 700°С

Легир.Аустенит

700°С

45Х14Н14В2М

Аустенитный с карбидным упрочнением

Закалка 1150°С, вода, старение 750°С ( в теч.5ч)

Легир.Аустенит + карбиды

650°С

09Х14Н19В2БР

Аустенитный с интерметаллидным упрочнением

Закалка 1140°С, воздух, старение 700°С ( в теч.16ч)

Легир. Аустенит + интреметаллиды

700°С

 

Жаропрочные стали подразделяются на 2 группы:

  • теплоустойчивые стали: углеродистые, низколегированные, хромистые
  • жаропрочные аустенитные стали: гомогенные (однофазные) стали, стали с карбидным упрочнением, стали с интерметаллидным упрочнением.

Группа

Вид

 

1. Теплоустойчивые стали

углеродистые

12К, 15К, 20К, 22К – применяют до 450°С.

Буква К означает «котельная», цифры – среднее содержание углерода в сотых долях процента.

 

низколегированные

12Х1МФ, 15Х1М1Ф

хромистые

- стали с 10-12% Cr, дополнительно легированные молибденом, вольфрамом, ванадием и ниобием: 15Х11МФ, 18Х12ВМФБР.

Применяются до 550-620°С.

 

- стали с 5-10% Cr, дополнительно легированные кремнием (сильхромы): 40Х9С2, 40Х10С2М.

Эти стали обладают повышенной жаростойкостью и применяются при длительной эксплуатации до 500-600°С.

2.Жаропрочные аустенитные стали

с карбидным упрочнением

Эти стали предназначены для работы при 650-750°С и высоких напряжениях:

45Х14Н14В2М, 31Х19Н9МВБТ, 37Х12Н8Г8МФБ, 40Х15Н7Г7Ф2МС

с интерметаллидным упрочнением

Такие стали предназначены для работы при 550-750°С.

10Х11Н20Т3Р (ЭИ696), 10Х12Н22Т3МР (ЭП33), ХН35ВТ (ЭИ612), ХН35ВТЮ (ЭИ787)

 

Жаропрочные легированные стали в зависимости от применения подразделяются на котельные, клапанные, котлотурбинные, для реактивной техники.

Применяются для производства различных деталей и конструкций: клапанов машинных двигателей, труб паро- и газопроводов, аппаратов и котлов сверхвысокого давления, крепежных деталей, лопаток паровых и газовых турбин и др.

4. Криогенные стали

Криогенные стали и сплавы по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0,1% С) и высоколегированными (Cr, Ni, Mnи др.) сталями аустенитного класса.

Основными свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (от +20 до -196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Криогенные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне от -196 до -296°С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования.

Марка

Применение

03Х13Н9Д2ТМ

для изделий, эксплуатируемых при температурах от +20 до -253°С

03Х17Н14М3 сталь аустенитного класса

сварные конструкции, работающие в средах повышенной агрессивности при температурах до -196°С

03Х19Г10Н7М2

для изготовления сварных изделий, эксплуатируемых при температурах от 0 до -253°С

03Х20Н16АГ6

для изготовления сварных крупногабаритных емкостей и резервуаров, находящихся под давлением при температурах от 20 до -26

Покупаем стружку