Жаростойкость (сопротивление воздействию газовой среды или пара высоких температур) является самым важным свойством жаропрочных сталей. Жаростойкие стали, как правило, должны быть и жаропрочными, т. е. противостоять при высокой температуре в течение заданного времени разрушению и ползучести — постепенной и усиливающейся с течением времени деформации под действием постоянной нагрузки.
В жаропрочных сталях упрочняющей фазой наряду с карбидами хрома являются карбиды ванадия, молибдена, вольфрама и других элементов, а также интерметаллидные соединения типа АгВ (в которых в качестве элемента А входят железо и хром, а молибден, вольфрам, ниобий, титан — в качестве элемента В) или соединения (Ti, Al).
Добавки в жаропрочную сталь тугоплавких элементов — молибдена, вольфрама, ниобия, тантала сказывают на упрочняющую фазу стабилизирующее действие, так как эти элементы повышают температуру рекристаллизации и ослабляют диффузионные процессы. Их действие усиливается, если вводится не один, а несколько элементов, ослабляющих диффузию, По этой причине жаропрочные стали легируют, как правило, набором разных элементов.
Процессы диффузионного обмена бывают заторможены и тогда, когда сталь не подвергается полиморфным превращениям. Поэтому в качестве жаропрочных сталей очень часто используют сложнолегированные чисто ферритные или аустенитные стали.
Стали ферритного класса до последнего времени использовали лишь как жаростойкие. Однако в последнее время разработали и успешно внедряют и жаропрочные ферритные стали, например сталь 12Х2МВ8ФБ (ЭП503), упрочненную частицами интерметаллидной фазы FeW.
Значительно более высокая жаропрочность свойственна аустенитным сталям. Особенно широко применяют аустенитные стали (12-20% Сr) с использованием в качестве аустенитообразующего элемента никеля (7—30%). Никель сам по себе относится к коррозионностойким металлам и повышает коррозионную стойкость сталей в растворах солей и щелочей, а также в слабоокисляющих средах. При его содержании до 20—30% он повышает жаропрочность железохромистых сплавов.
В связи с высокой стоимостью никеля в некоторых жаропрочных сталях его частично или полностью заменяют другим аустенитообразующим элементом — марганцем. Действие марганца как аустенитообразующего элемента значительно слабее, особенно при высоком содержании хрома, поэтому вместе с марганцем целесообразно вводить небольшие количества никеля (2—4%) или азота. Для получения высокой жаропрочности рекомендуются присадки углерода с ванадием, молибденом, вольфрамом, ниобием и азотом.
Хромоникелевые, хромоникельмарганцевые и хромомарганцевые жаропрочные стали хорошо противостоят общей коррозии, но чувствительны к межкристаллитной коррозии, особенно после медленного охлаждения в интервале температур 500—850° С. Объясняется это выделением при этих температурах карбидов хрома, располагающихся по границам зерна. В растворах электролитов карбиды образуют с обедненными углеродом участками зерна гальванические пары. В результате структурной неоднородности границы зерен подвергаются более сильному коррозионному разъеданию.
Аустенитные стали становятся нечувствительными к интеркристаллитной коррозии, если содержание углерода в стали меньше предела растворимости его в аустените при комнатной температуре, т. е. менее 0,02—0,03%.
Производство жаропрочной стали с таким содержанием углерода в дуговых электропечах затруднительно. Поэтому при выплавке коррозионностойких аустенитных сталей верхний предел содержания углерода устанавливают обычно на уровне 0,08—0,12%, а дальнейшее понижение концентрации углерода в растворе осуществляется присадками сильных карбидообразующих элементов — титана или ниобия. Количество вводимого титана определяется содержанием углерода, и для достаточно полного связывания углерода количество титана должно минимум в пять раз превышать количество углерода:
[%Тi] = 5 ([%С] - 0,02).
Высокое содержание хрома и титана в сталях такого типа обусловливает интенсивное окисление металла при разливке с образованием в изложнице на поверхности металла корочки, богатой окислами и нитридами титана. Завороты корочки при наполнении изложницы приводят к многочисленным дефектам поверхности слитка жаропрочной стали, которые вынуждают подвергать слиток сплошной обдирке на глубину 10—20 мм.
Запутавшиеся в теле слитка скопления нитридов и окислов образуют краевую или общую неоднородность макроструктуры — так называемую титановую пористость. Степень развития этого дефекта жаропрочной стали возрастает с увеличением содержания титана в металле.
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО"
