Мартенситные и мартенсито-ферритные хромистые стали

Хромистые стали, содержащие 13 % Сг, обладают достаточно высокой стойкостью против равномерной коррозии в атмосферных условиях, слабых растворах кислот и солей при комнатной темпе­ратуре и других слабоагрессивных средах. Стали этой группы, принадлежащие к мартенситному классу, используют в основном как материалы с повышенной твердостью для изделий, работающих на износ, в качестве упругих элементов или режущего инструмента; их применяют после закалки и отпуска на заданную твердость.

Самой низкой жаропрочностью обладают хромистый стали, содержащие более 13 % Сг. Эти стали нашли применение как жаростойкие материалы, особенности их структуры и свойств будут рассмотрены отдельно при анализе жаростойких мате­риалов.

Что касается высокохромистых сталей мартенситного и мартенсито-ферритного классов, то они характеризуются ком­плексом свойств, которые отвечают весьма широкому диапа­зону требований, К этим свойствам можно отнести следую­щие:

1. высокую жаропрочность и пластичность в условиях длитель­ной службы;

2. высокую стабильность структуры механических свойств при длительном старении под нагрузкой и без нее;

3. хорошую релаксационную стойкость;

4. высокий декремент затухания;

5. высокое значение коэффициента линейного расширения при высоких значениях теплопроводности;

6. высокую технологичность в условиях металлургического и машиностроительного производств.

В отличие от низколегированных сталей, содержащих до 2,5 % Сг, аустенит высокохромистых сталей более устойчив, и мартенситные превращения наблюдаются при охлаждении сталей из γ-областни на воздухе. При этом в сталях, содержащих до 8 % Сг, превращение аустенита наблюдается лишь в одной низкотемпературной области, в сталях, содержащих 8—12% Сг, — в двух областях. Первая об­ласть— высокотемпературная, в которой выделяется феррит, вто­рая — низкотемпературная, отвечающая мартенситному превраще­нию. При этом следует отметить, что мартенситное превращение в стали с 12 % Сг протекает при температуре на 100 °С ниже, чем в стали с 8 % Сг, благодаря чему структура в первом случае имеет больше дефектов и более упрочнена. В структуре сталей, охлажден­ных на воздухе, всегда присутствуют карбиды хрома. Стали с мар- тенсито-ферритной структурой имеют оптимальные свойства, когда содержание феррита не превышает 15 %.

Благодаря малой критической скорости закалки стали 20X13, 30X13 и 40X13 закаливают на мартенсит в большинстве случаев при охлаждении на воздухе. В закаленном состоянии они имеют близкую коррозионную стойкость. При отпуске закаленных на мартенсит сталей в интервале температур 200—370°С происходит только снятие внутренних напряжении, что не оказывает влияния на коррозионную стойкость. При более высоких температурах от­пуска наблюдается распад мартенсита на феррито-карбидную смесь с карбидами типа Сг₂₃С₆. Распад мартенсита сопровождается сни­жением коррозионной стойкости вследствие гетерогенизации струк­туры и обеднения ферритной составляющей хромом при выделении карбидной фазы. Степень обеднения определяется количеством углерода в стали, поэтому после отпуска мартенсита на феррито­карбидную смесь, коррозионная стойкость рассматриваемых ста­лей снижается в следующем порядке: 20X13, 30X13 и 40X13.

Наименьшую стойкость стали мартенситного класса имеют после отпуска при 550—600°С; при дальнейшем повышении температуры отпуска коррозионная стойкость несколько повышается за счет коагуляции карбидной фазы, не достигая, однако, исходного уровня.

В зарубежной практике стали этого класса в зависимости от со­держания углерода часто имеют переменное содержание хрома, например, стали, имеющие до 0,15 % С, легированы 12—14 % Сг; 0,20—0,40 % С до 13—15 % Сг и 0,6—1,40 % С до 14—15 % Сг.

Стали мартенситного класса, как правило, применяют после закалки и низкого (до 450 °С) или высокого (630—650 °С) отпуска.

Близкими по коррозионной стойкости к указанным мартенситным сталям являются стали 08X13 (ферритная) и 12X13 (мартенситно-ферритная). В связи с более низким содержанием углерода эти стали отличаются от мартенситных меньшей твердостью, но большей пластичностью, вязкостью и удовлетворительной свари­ваемостью.

Для сталей с 13 % Сг характерна пониженная стойкость против коррозионного растрескивания и питтинговой коррозии в средах, содержащих ионы хлора.