Сталь 12х18н10т легированная или углеродистая

Конструкционная криогенная сталь 12Х18Н10Т

Марка 12Х18Н10Т – назначение

Конструкционная криогенная сталь 12Х18Н10Т аустенитного класса используется для изготовления сосудов/ аппаратов, работающих в растворах кислот (фосфорной, уксусной, азотной), солей, щелочей при t до 350 0 С; деталей, работающих под давлением при t –196 + 600 0 С.

Как правило из марки стали 12Х18Н10Т изготавливают листы г/к нержавеющие, круги, полосы и т. д.. Надо отметить, что в основном трубы из нержавеющей стали Российского производства изготавливаются именно из стали 12Х18Н10Т. Марка стали 12Х18Н10Т одна из самых практичных и надежных сталей в нержавеющем металлопрокате. Листы из стали 12Х18Н10Т имеют большой сортамент толщин и широкий спектр обработки поверхности, что в свою очередь позволяет конечному потребителю уменьшить затраты на обработку поверхности нержавеющего листа.

Феррит (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой)
Аустенит (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой)
Цементит (карбид железа; Fe₃C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной тетрагональной решеткой)
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
Сорбит (дисперсный перлит)
Троостит (высокодисперсный перлит)
Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Нержавеющая сталь (коррозионно-стойкие стали, в просторечье «нержавейка») — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.

В 1820—1821 годах Майкл Фарадей и Пьер Бертье отметили способность сплава хрома с железом сопротивляться кислотной коррозии. Поскольку учёные ещё не знали о роли низкого содержания углерода, они не смогли получить сплав с высоким содержанием хрома [1] .

В 1913 году Гарри Брирли (англ. Harry Brearley ), экспериментировавший с различными видами и свойствами сплавов, обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии.

Нержавеющие стали делят на три группы:

• коррозионностойкие стали — от них требуется стойкость к коррозии в несложных промышленных и бытовых условиях (из них можно изготавливать детали оборудования для нефтегазовой, легкой, машиностроительной промышленности, хирургические инструменты, бытовую нержавеющую посуду и тару);
• жаростойкие стали — от них требуется жаростойкость — то есть стойкость к коррозии при высоких температурах в сильно агрессивных средах (например, на химических заводах);
• жаропрочные стали — от них требуется жаропрочность — то есть хорошая механическая прочность при высоких температурах.

Содержание

Химический состав [ править | править код ]

При выборе химического состава коррозионностойкого сплава руководствуются так называемым правилом N 8 <displaystyle <frac <8>>> : если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твёрдый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении 1 8 , 2 8 , 3 8 . . . N 8 <displaystyle <frac <1><8>>,<frac <2><8>>,<frac <3><8>>. <frac <8>>> моль второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Основной легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12—20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo).

Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.

В сильных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu и Si.

Повышенная атмосферная коррозионностойкость стали достигается, как правило, целенаправленным изменением её химического состава. Считается, что наиболее эффективно повышают сопротивление строительных сталей атмосферной коррозии небольшие добавки никеля, хрома и, особенно, фосфора и меди. Так, легирование медью в пределах 0,2—0,4 % повышает на 20—30 % стойкость против коррозии открытых конструкций в промышленной атмосфере.

Классификация [ править | править код ]

По химическому составу нержавеющие стали делятся на:

• Хромистые, которые, в свою очередь, по структуре делятся на;

• Мартенситные;
• Полуферритные (мартенисто-ферритные);
• Ферритные;

Хромоникелевые;

Аустенитные

Аустенитно-ферритные

Аустенитно-мартенситные

Аустенитно-карбидные

Хромомарганцевоникелевые [2] (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями).

Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и стабилизированные — с добавками Ti и Nb. Значительное уменьшение склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии достигается снижением содержания углерода (до 0,03 %).

Нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, после сварки, как правило, подвергаются термической обработке.

Широкое распространение получили сплавы железа и никеля, в которых за счёт никеля аустенитная структура железа стабилизируется, а сплав превращается в слабо-магнитный материал.

Мартенситные и мартенсито-ферритные стали [ править | править код ]

Мартенситные и мартенситно-ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. К этому виду относятся стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.

Ферритные стали [ править | править код ]

Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении.

Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся стали 400-й серии.

Аустенитные стали [ править | править код ]

Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность [2] [3] . Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. Теоретически изделия из аустенитных нержавеющих сталей при нормальных условиях — немагнитные, но после холодного деформирования (любой мехобработки) могут проявлять некоторые магнитные свойства (часть аустенита превращается в феррит).

Аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные стали [ править | править код ]

Преимущество сталей этой группы — повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость.

Аустенито-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.

Потребности современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

Сплавы на железоникелевой и никелевой основе

При изготовлении химической аппаратуры, особенно для работы в серной и соляной кислотах, необходимо применять сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей используют сплавы на железноникелевой основе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никельмолибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.

Производство и применение [ править | править код ]

Согласно данным «International Stainless Steel Forum», мировой объём выплавки нержавеющей стали в 2009 году составил 24,579 млн тонн [4]

• Хромистые нержавеющие стали:

• Клапаны гидравлических прессов;
• Турбинные лопатки;
• Арматура крекинг-установок;
• Режущий инструмент;
• Пружины;
• Бытовые предметы;

Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые нержавеющие стали:

Бытовые предметы, в частности, столовая посуда (пищевые марки стали)

Ортопедическая стоматология (изготовление гильз для штампованных коронок)

Стабилизированные аустенитные нержавеющие стали:

Сварная аппаратура, работающая в агрессивных средах;

Изделия, работающие при высоких температурах — 550—800 °C;

Пищевая промышленность;

Ограждения и перила.

Нержавеющие стали используются как в деформированном, так и в литом состоянии.

Сварка нержавеющих сталей [ править | править код ]

Аустенитные нержавеющие стали вроде 12Х18Н9, 12Х18Н10 [прим. 1] (примерно из таких прокатывают листовую нержавейку) не переносят прокаливания. Прокаливание вызывает в них структурные изменения, из-за которых после прокаливания в стали начнётся межзерновая (межкристаллитная) коррозия. Межзерновая коррозия опасна ещё и тем, что не вызывает потерю товарного вида изделия, так что изделие/деталь из нержавейки, будучи по-прежнему красивым и блестящим, под нагрузкой может внезапно развалиться, расколоться, разрушиться.

Для защиты от межкристаллитной коррозии в такие нержавейки добавляют титан (Т) или ниобий (Б) в количестве 5C — 0,6 %. Легированные таким образом стали обозначаются: 12Х18Н9Т, 12Х18Н9Б, 12Х18Н10Т, 12Х18Н10Б [прим. 2] . Соответственно, аустенитные нержавейки для сварки годятся (если без последующей термообработки) те, которые с буквой «Т» или «Б» в конце.

Электросварку нержавейки можно осуществлять контактной сваркой, сваркой неплавящимся электродом (вольфрамовым электродом, с аргоном в качестве защитного газа), полуавтоматической сваркой в среде защитных газов (смесь аргона с углекислым газом), сваркой штучными (покрытыми) электродами.

Штучные (покрытые [прим. 3] ) сварочные электроды выпускаются не только из обычной («чёрной») стали (для сварки обычной стали), но и из нержавейки (например, «УОНИИ-13/НЖ» [прим. 4] ) — для сварки деталей из нержавейки. Электрическое сопротивление нержавейки больше, чем электрическое сопротивление обычной («чёрной») стали, поэтому сварочные электроды из нержавейки делают короче, чем электроды из обычной («чёрной») стали, так как слишком длинный нержавейковый электрод может расплавиться (сразу по всей длине) и обрушиться до того, как будет израсходован полностью.

Для приваривания детали из нержавейки к детали из обычной («чёрной») стали нужны т. н. переходные электроды. В этом случае к сварке предъявляется требование, что сварочный шов должен быть из нержавейки, поэтому нержавейка, из которой сделаны переходные электроды, имеет в своём составе повышенное (примерно в полтора раза [прим. 5] ) содержание легирующих элементов (например, «Х25Н18…»; «Х23Н15…»). Переходные электроды имеют зелёное покрытие.

Сварочные электроды с голубым покрытием — для сварки пищевой нержавейки (баки, цистерны, трубопроводы, лопасти мешалок и т. п. для пищевой промышленности).

Проблемой большинства металлов можно назвать высокую восприимчивость к воздействию повышенной влажности. По этой причине были предприняты успешные попытки изменения свойств металлов, повысив коррозионную стойкость. Рассмотрим легированную сталь с повышенной коррозионной стойкостью 12×18н10т. Она обладает довольно большим количеством особенностей, которые и определили область ее применения.

Расшифровка маркировки

Рассматривая расшифровку по стандартам ГОСТ (12×18н10т имеет зарубежные аналоги, маркировка которых проводится по несколько иному принципу), следует отметить следующие моменты:

1. Основным химическим элементом принято считать углерод, который определяет особенности кристаллической решетки металла. У этой марки около 0,12% углерода.
2. Коррозионная стойкость достигается путем добавления большого количества хрома (от 17 до 19%).
3. Для повышения характеристик в состав включается никель в концентрации от 9%до 11%.
4. Титан является одним из самых распространенных элементов на земле, его концентрация в рассматриваемой стали около 0,8%.

Расшифровка 12×18н10т стали не позволяет определить концентрацию других элементов, но принято считать, что у металлов этой группы в составе есть сера, кремний, марганце, фосфор и углерод. Некоторые из них считаются вредными примесями, и показатель их концентрации доводится до десятых или сотых долей процента.

Основные характеристики

Особенности химического состава определяют основные характеристики 12×18н10т. Примером назовем нижеприведенные моменты:

1. Именно высокая концентрация хрома определяет коррозионную стойкость металла. Поэтому он применяется при создании деталей и материалов, которые эксплуатируются в сложных условиях.
2. Включение в состав большого количества никеля позволяет перевести металл в класс аустенитов. За счет этого существенно расширяется технологичность металла. Именно из-за никеля такие стали хорошо прокатывать в холодном и горячем состоянии. Никель определяет повышенную устойчивость к агрессивным средам, в число которых относится серная кислота.
3. Склонность к межкристаллической коррозии была снижена путем добавления в состав титана. За счет реакции с углеродом создается тугоплавкий карбид.
4. Кремний становится причиной повышения плотности. Во многие составы кремний добавляется для того чтобы повысить плотность и увеличить прочность, предел текучести. Стоит учитывать, что кремний становится причиной снижения пластичности. Поэтому его высокая концентрация может существенно усложнить процесс проката.
5. Марганец вводится в состав для получения мелкозернистой структуры, которая обладает более высокой устойчивостью к механическому и иному воздействию.

При производстве легированной стали уделяется внимание концентрации фосфора. Это вещество существенно ухудшает эксплуатационные качества материала. Поэтому качественная легированная сталь в своем составе имеет не более 0,035% фосфора.

Достоинства и недостатки

К достоинствам рассматриваемого сплава можно отнести:

1. Высокую ударную вязкость.
2. Пластичность.

Основным недостатком назовем снижение коррозионной стойкости при эксплуатации материала в среде с высокой концентрацией ионов хлора. Кроме этого, коррозионная стойкость теряется в случае воздействия серной или соляной кислоты.

Область применения

Характеристики стали 12×18н10т определяют следующее ее применение:

1. Машиностроительная область.
2. Химическая промышленность.
3. Пищевая промышленность.
4. Энергетический сектор.
5. Сфера перегона и переработки нефтепродуктов.

В химической промышленности металл применяется для изготовления различных емкостей, которые могут работать при высоком давлении. Кроме этого, проводится производство устройства для выработки жидкого кислорода. Из стали 12×18н10т производят трубы, предназначенные для транспортировки растворов с повышенной химической агрессивностью. Примером можно назвать вещества с повышенной концентрацией уксусной или фосфорной кислоты.

Легированная сталь с повышенной концентрацией хрома и никеля применяется при производстве криогенной техники, которая может эксплуатироваться при температуре до -270 градусов Цельсия. Особенности состава определяют то, что он может выдержать воздействие температуры до 600 градусов Цельсия. Поэтому сталь подходит для изготовления различных деталей, которые предназначены для производства проволоки, кругов и листов, печной арматуры и патрубков.

В заключение отметим, что исключительное сочетание эксплуатационных качеств определяет распространение материала практически во всех отраслях промышленности. Практически все получаемые изделия характеризуются высоким сроком эксплуатации.

Нержавеющая сталь
Фазы железоуглеродистых сплавов
Структуры железоуглеродистых сплавов