Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные
К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, содержание железа в которых более 45%, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10%.
К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (никеля и железа в сумме более 65%).
К сплавам на никелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержание никеля не менее 55%).
В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяются на группы:
- I — коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
- II — жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;
- III — жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.
В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:
- мартенситный — стали с основной структурой мартенсита;
- мартенситно-ферритный — стали, содержащие в структуре кроме мартенсита не менее 10% феррита;
- ферритный — стали, имеющие структуру феррита (без α ↔ γ-превращений);
- аустенитно-мартенситный — стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно менять в широких пределах;
- аустенитно-ферритный — стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррит более 10%);
- аустенитный — стали, имеющие структуру аустенита.
Наименование марок сталей и сплавов состоит из обозначения элементов и следующих за ними цифр. Цифры, стоящие после букв, указывают среднее содержание легирующего элемента в процентах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах. Цифры перед буквенным обозначением указывают среднее или максимальное содержание углерода в стали в сотых долях процента.
Стали и сплавы, полученные специальными методами, дополнительно обозначают через дефис в конце наименования марки буквами: ВД — вакуумно-дуговой переплав, Ш — электрошлаковый переплав и ВИ — вакуумно-индукциоиная выплавка.
Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали.
Типичными представителями коррозионно-стойких (нержавеющих) сталей, широко используемых в технике, являются хромистые ферритно-мартенситного и мартенситного классов и хромо-никелевые стали аустенитиого класса.
Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества хрома и углерода. Все хромистые стали, в которых хрома более 12,5 %, коррозионно-стойкие. При содержании хрома 13, 17 и 25 % стали являются не только коррозионно-стойкими, но и жаростойкими. Стали, содержащие 13 % Сr, при нагреве и охлаждении претерпевают фазовое превращение γ↔αи поэтому могут упрочняться при помощи термической обработки. Прочность после закалки и отпуска тем больше, чем больше в стали углерода.
Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода, хрома и никеля. Большим достоинством этих сталей является хорошая технологичность в отношении обработки давлением и сварки. Однофазное закаленное состояние, при котором хром находится в твердом растворе, обеспечивает стали максимальную коррозионную стойкость в окислительных средах.
Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы.
Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газа при высоких температурах называют жаростойкостью.
Жаростойкость металла зависит от многих внешних и внутренних факторов. Внутренними факторами являются химический состав металла, структура и чистота обработки поверхности. Основным элементом, повышающим жаростойкость стали является хром, содержание которого может достигать 30 %.
Жаропрочные стали и сплавы.
Жаропрочностью называется способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению при повышенных температурах.
Жаропрочность важна при выборе материала, когда рабочие температуры деталей превышают 0,3Тпл (Тпл — температура плавления).
Основные группы жаропрочных материалов включают перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали, используемые при температурах 450 — 700 °С, и по масштабам применения занимают ведущее место. Ниже 450 °С вполне пригодны обычные конструкционные стали и нет необходимости заменять их жаропрочными сталями.
Сплавы на основе никеля или кобальта жаропрочнее сталей. Сплавы на основе никеля применяют при температурах 700 — 1000 °С, кобальтовые сплавы не получили широкого применения из-за дефицитности кобальта.