Сталь 12х18н10т легированная или высоколегированная

Высоколегированные стали обладают рядом уникальных характеристик и свойств, благодаря чему сфера применения этих материалов столь широка. Готовой продукции характерны следующие эксплуатационные параметры: прочность, пластичность, деформационная и коррозионная стойкость.

В сравнении с углеродистыми сталями легированные обладают большей пластичностью. Все легированные сплавы обладают пригодностью к сварке и свойствами свариваемости. Машиностроительные материалы также обладают немагнитностью, тепловой закаленностью, упругостью. Высокая прочность достигается путем термической обработки обрабатываемого состава.

Классификация

Легированная сталь — это железоуглеродистый сплав, в состав которого кроме рядовых компонентов введены специальные примеси для изменения основных физических или механических свойств готового продукта металлургии. Вводимые в сплав элементы называют легирующими. Чаще всего используют такие элементы как никель, ванадий, медь, хром и многие другие.

В зависимости от процентного содержания легирующих добавок различают следующие виды стали:

1. Низколегированную (в состав входит до 2,5 % легирующих компонентов);
2. Среднелегированную (добавок от 2,5 до 10 %);
3. Высоколегированную (свыше 10 до 50 %).

Различают несколько видов высоколегированных сталей и их сплавов, каждый из которых подходят только для определенных условий эксплуатации. По свойствам различают два основных вида сталей:

1. Коррозионно-стойкие;
2. Жаропрочные, жаростойкие.

В зависимости от того какого легирующего компонента больше, различают следующие виды сталей:

1. Хромистые;
2. Хромоникелевые;
3. Хромомарганцевые.

Основная сфера применения

Высоколегированная сталь и ее сплавы — важные материалы. Их широко применяют в разных сферах человеческой деятельности. Наибольший спрос в нефтяной промышленности, энергетическом машиностроении, для химической индустрии, а также для изготовления специальных конструкций, которые работают в условиях агрессивной среды (широкий разбег рабочей температуры и ее перепады). Высоколегированная сталь в некоторых направлениях применяется как хладостойкий элемент. При легировании удается добиться определенных механических свойств.

Наибольшим спросом пользуются аустенитные высоколегированные стали. Это сплав на основе железа, легированный до 55%. В состав также входят два основных компонента: никель (не более 8%) и хром (содержание 18%). Подбор легирующих компонентов для такого сплава определяет его служебное предназначение и ключевые свойства.

Для газовой среды и условий эксплуатации продукта в щелочных кислотах применяют коррозионно-стойкие легированные стали. Характерное отличие — это сниженное содержание углерода в основном составе — всего 0,12%. При дальнейшем легировании и специальной термической обработке получают стойкий сплав, способный противостоять разрушающему действию жидкометаллической или газовой среде.

Стали с содержанием молибдена или вольфрама по 7% (компоненты относятся к группе упрочнителей), а также бора (присадка позволяет измельчать зерна) могут эксплуатироваться длительное время в средах с высокими температурами до 1100 градусов. Для специальных условий сплав легируется алюминием или кремнием, что повышает окалиностойкость продукта. Элементы могут применяться в печах или в качестве нагревательных элементов.

ООО Промэкс произведет комплекс у слуг по обработке высоколегированной стали:

Высоколегированная сталь, кроме основных составляющих — железа и углерода, также содержит в своем составе ряд дополнительных добавок, их общее количество превышает 10%. Легирующие добавки, которые вводят в состав таких сталей, предназначены для того, чтобы значительно улучшить физические, а также механические свойства базового сплава.

Высоколегированная сталь обладает отличными антикоррозийнными свойствами

Виды сталей с легирующими добавками

Согласно положениям соответствующего ГОСТ (5632-72), высоколегированные стали подразделяют на две большие категории: сплавы на никелевой и железноникелевой основе. Сплавы первой категории имеют основу, в которой присутствует не менее 50% никеля. Кроме никеля в структуре таких сплавов, которые представляют собой, по сути, твердый раствор, содержится хром, а также другие элементы. Основу структуры железноникелевых сталей составляют железо и никель, которых в сплаве содержится суммарно более 65%, а также в него входят твердые растворы хрома и ряд других улучшающих добавок. Количество никеля и массовая доля железа в сплавах второй категории находится в приблизительном соотношении 1:1,5.

Классифицируют высоколегированные сплавы также по основным характеристикам, которыми они обладают. Так, различают:

• окалиностойкие стали, также называемые жаростойкими; отличительной особенностью таких сталей, изделия из которых эксплуатируются в ненагруженном либо в слабонагруженном состоянии, является их повышенная устойчивость против химического разрушения их поверхностного слоя при температуре внешней газообразной среды, превышающей 550 градусов;
• коррозионностойкие стали, их также называют нержавеющими, они отличаются высокой устойчивостью к различным видам коррозии: межкристаллитной, солевой, кислотной, щелочной, атмосферной, химической, электрохимической, а также коррозии, развивающейся под действием электрического напряжения;
• жаропрочные, которые отличаются от жаростойких тем, что изделия из данных высоколегированных сталей способны оговоренное время эксплуатироваться при высоких температурах внешней среды в нагруженном состоянии.

Основные свойства распространенных жаропрочных сталей

Стали с повышенным содержанием в своем составе легирующих элементов также делят на несколько категорий, в зависимости от характера их внутренней структуры. Так, в зависимости от характеристик базовой внутренней структуры, их относят к следующим классам:

• мартенситные, основную структуру которых формирует мартенсит;
• мартенситно-ферритные: в их структуре содержится мартенсит и, соответственно, феррит (не менее 10%);
• ферритные: их структуру формирует феррит;
• аустенитно-мартенситные: количественное содержание аустенита и мартенсита, формирующих структуру таких высоколегированных сталей, может варьироваться;
• аустенитно-ферритные: их структуру формируют аустенит и феррит, которого в них содержится более 10%;
• аустенитные: структуру формирует только аустенит.

Следует иметь в виду, что классификация высоколегированных сталей по характеру их структуры является достаточно условной, и ее даже не используют для отбраковки стальных изделий, если в их структуре имеются отклонения от нее.

К тому или иному структурному классу высоколегированную сталь относят в зависимости от того, какая в ней сформировалась базовая структура после того, как изделие из нее нагрели до высокой температуры и охладили на открытом воздухе.

Таблица соответствия российских и зарубежных стандартов — ГОСТ (Россия), EN (Европа), AISI (США) (нажмите для увеличения)

Свойства отдельных видов высоколегированных сталей

Благодаря своим уникальным характеристикам, которые можно формировать, меняя химический состав сплава, стали с повышенным содержанием легирующих добавок нашли широкое применение практически во всех отраслях современной промышленности. Среди большого разнообразия видов высоколегированных сплавов наибольшее распространение получили стали, основу внутренней структуры которых составляет аустенит. Базовыми элементами химического состава таких сталей являются никель, которого в них содержится не менее 8%, а также хром, содержание которого превышает 18%. За счет варьирования в составе подобных сталей количества других легирующих добавок получают марки сплавов с требуемыми характеристиками.

Химический состав некоторых легированных сталей

Жаропрочные стали, в составе которых дополнительно содержатся вольфрам и молибден (до 7%), а также бор, необходимый для измельчения зерна их внутренней структуры, не изменяют первоначальные механические характеристики даже при длительном нахождении в нагретом состоянии.

Отличительной особенностью марок высоколегированных сталей, относящихся к категории коррозионностойких или нержавеющих, является незначительное содержание углерода в их химическом составе (до 0,12%). Такие стали, кроме легирования соответствующими добавками, подвергают специальной термической обработке. Благодаря этому технологическому приему и свойствам элементов, которые формируют состав сталей, они становятся очень устойчивыми к воздействию агрессивных сред: кислотных, солевых, щелочных, газовых и др.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Жаростойкие стали, которые способны выдерживать повышенные температуры внешней среды в ненагруженном состоянии, получают свои свойства благодаря тому, что в их состав дополнительно вводят алюминий (до 2,5%) и кремний, за счет чего на поверхности изделий из таких сплавов формируются плотные и прочные оксиды. Такие оксиды становятся своеобразной пленкой, надежно защищающей поверхность стального изделия от взаимодействия с нагретой газовой средой.

Чтобы сформировать у изделий из высоколегированных сталей требуемые механические характеристики (прочность и пластичность), их подвергают специальной термической обработке, которая состоит из двух этапов:

• закалки, предполагающей нагрев сплава до температуры 1150 градусов и его последующее быстрое охлаждение в воде;
• стабилизирующего отпуска, который предполагает нагрев высоколегированной стали до температуры 850 градусов и ее последующее охлаждение на открытом воздухе до комнатной температуры.

Конечные свойства изделия из определенной марки высоколегированной стали зависят как от ее химического состава, так и от режимов проведения и видов используемой термической обработки.

Высоколегированная конструкционная сталь

Сферы применения изделий

К наиболее популярным маркам высоколегированных сплавов, относящихся к различным классам по своей структуре, следует отнести:

• мартенситные, которые характеризует следующий химический состав: хром — 8-19%, марганец — не более 1,2%, кремний — 0,6-3%, углерод — 0,12–0,7%; это 07Х16Н4Б, 20Х17Н2, 65Х13, 13Х11Н2В2МФ, 25Х13Н2, 20Х17Н2, 11Х11Н2В2МФ, 40Х10С2М, 30Х13, 15Х11МФ, 40Х9С2 и др.;
• ферритные сплавы, отличающиеся следующим составом: хром — 12–30%, марганец — до 0,8%, кремний — 0,8–2%, углерод — 0,07–0,15%; это 08Х18Тч, 12Х17, 15Х28, 10Х13СЮ, 15Х25Т, 08Х17Т, 08Х13 и др.;
• мартенситно-ферритные, имеющие следующий химический состав: хром — 11–18%, марганец — 0,5–0,9%, кремний 0,4–0,8%, углерод — 0,12–0,22%; это 12Х13, 14Х17Н2, 15Х12ВНМФ и др.;
• аустенитно-мартенситные, состав которых содержит: хром — 14–18%, марганец и кремний — до 0,8%, углерод — 0,05–0,9%; это 07Х16Н6, 08Х17Н5М3, 08Х17Н6Т, 09Х15Н8Ю1 и др.;
• аустенитно-ферритные, содержащие в своем составе следующие элементы: хром — 19–25%, марганец — 0,5–9%, кремний — 0,8–4,5%, углерод — 0,08–0,2%; это 15Х18Н12С4ТЮ, 12Х21Н5Т, 03Х22Н6М2, 03Х23Н6 и др.;
• аустенитные, в состав которых входят: хром — 10–19%, никель — 2,8–25%, марганец — 0,6–15%, кремний — 0,4–0,8%, углерод — 0,05–0,21%; это 12Х18Н12Т, 20Х25Н20С2, 31Х19Н9МВБТ, 45Х14НМВ2М, 08Х10Н20Т2, 12Х25Н16Г7АР и др.

Для понимания того, насколько большое значение в современной промышленности имеют стали с высоким содержанием легирующих элементов, можно привести примеры сфер применения отдельных марок таких сплавов.

Сталь популярной марки 12Х17 широко используется для производства кухонной посуды и предметов домашнего обихода. Ограничением использования такой стали является то, что изделия из нее нельзя соединять при помощи сварки.

Физические характеристики стали марки 12Х17

Из высоколегированных сталей марок 12Х13, 08Х13 и 20Х13 изготавливают детали гидравлических устройств, изделия, подвергающиеся в процессе эксплуатации ударным нагрузкам и работающие в условиях слабоагрессивных сред.

Сталь марки 95Х18 отлично противостоит износу, поэтому из нее производят элементы шарикоподшипников для ответственных установок, втулки, ножи и другие инструменты.
30Х13 и 40Х13 — марки высоколегированных сталей, из которых изготавливают компрессорные клапанные пластины, детали автомобильных карбюраторов, пружины различного назначения, измерительный и медицинский инструмент.

Это лишь небольшой перечень сфер применения, в которых без использования высоколегированных сталей благодаря их уникальным характеристикам просто не обойтись.

Классификация и краткая характеристика высоколегированных сталей

К высоколегированным сталям относятся сплавы на основе железа с общим содержанием легирующих элементов (хрома, никеля, марганца и др.) от 8 до 65%.

По существующим стандартам высоколегированные стали классифицируют в зависимости от их структуры, свойств и системы легирования.

В зависимости от структуры, получаемой при охлаждении на воздухе после высокотемпературного нагрева, высоколегированные стали подразделяют на следующие классы: мартенситный, мартенситно-ферритный, аустенитно-мартенситный, аустенитно-феррнтный, ферритный и аустенитный.

Большинство выпускаемых аустенитно-феррнтных сталей, кроме марки 0Х23Н13, содержат 40% и более феррита, поэтому их правильнее называть ферритно-аустенитнымн в отличие от аустенитно-ферритных сталей зарубежных марок и сварных швов, содержащих от 3 до 20% феррита.

К мартенситному классу относятся стали 2X13, 1Х17Н2, 1X13H3 и др.,

к мартенситно-ферритному — 1Х12ВНМФ (ЭИ802), 2Х12ВМБФР (ЭИ993), 1Х12В2МФ (ЭИ756), 1Х11МФБ, 1X13,

к ферритному —0X13, Х14, Х17, 0Х17Т, 0Х17М2Т, 1Х18Т1, Х25Т, Х28,

к аустенитно-мартенситному —Х17Н7Ю, 2Х17Н2, Х16Н6 (СН2А), Х17Н5МЗ (СНЗ),

к ферритно-аустенитному — 0Х21Н5Т (ЭП53), 0Х21НЗТ (ЭП214), 1Х21Н5Т (ЭИ811) 0Х21Н6Б, Х28АН, 0Х21Н6М2Т (ЭП54), 0Х18Н2Г8Т, 0Х23Н13 (аустенитно-ферритная) и др.,

к аустенитному — 00Х18Н10 (ЭИ842), 0Х18Н10, 0Х18Н10Т, Х18Н10Т, Х14Г14Н, Х14Г14НЗТ (ЭИ711), Х17Н4АГ9 (ЭИ878), 0Х17Н5Г9АБ (ЭП55), Х17Н13М2Т, X17H13M3T, 0Х17Н16МЗТ (ЭИ580), Х17АГ14 (ЭП213), 0Х23Н28М2Т (ЭИ628), 0Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ943), 0Х23Н18, Х25Н20С2 и др.

По свойствам высоколегированные стали подразделяют на нержавеющие (корроэионностойкие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные.

Группу коррозионностойких (нержавеющих) составляют ста¬ли, содержащие до 15% Сr м стойкие против коррозии в атмосферных условиях. К кислотостойким (стойким против коррозии в условиях контактирования с растворами различных кислот) относятся стали, содержащие от 16 до 30% и более хрома.

Жаростойкими до температуры 900° С являются нержавеющие стали марок Х17, 0Х17Т, Х12ЮС; до температуры 1100°С — Х25Т, Х28, Х25Н20С2 и др.

К жаропрочным относятся стали, сохраняющие прочностью (сопротивление ползучести) и вместе с тем достаточную окалиностойкость и сопротивление коррозии при высоких температурах.

Жаропрочными при температурах до 585—610°С являются стали марок 1Х12В2МФ, 2Х12ВМБФР, 1Х12ВНМФ, 1Х11МФБ и им подобные, при температурах до 650°С — стали Х18Н9Т и Х18Н10Т (бывшая 1Х18Н9Т) и до 800°С —X17H13M3T, Х14Н14В2М и др.

По системе легирования стали делят на хромистые, хромоникелевые, хромоникельмарганцевые, хромомарганцевые, хромомарганцеазотистые, а также перечисленные стали с добавками специальных легирующих элементов (молибдена, вольфрама, ванадия и др.) и карбидообразующих (титана, ниобия), часто называемых стабилизаторами структуры.