Общая характеристика хромистых сталей (сталей хромистого класса)

Хромистые стали не являются дефицитными в отношении легирования материалами и находят широкое применение для изготовления различного рода техники, работающей при высоких давлении и температуре в условиях воздействия агрессивных сред.

Легирование хромом не только обеспечивает коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и определяет их структуру, механические свойства, жаропрочность, технологические свойства. Образуя с железом непрерывный ряд твердых растворов при концентрациях до 12%, хром затем способствует замыканию γ-области, что является основной причиной формирования в хромистых сталях различной структуры и многообразия их свойств.

В соответствии с диаграммой Fe - Cr (рис. 1) γ-область ограничена справа двумя линиями, замыкающими гетерогенный участок:

Хром сильно влияет на положение критических точек, отмечающих α→γ-превращение. Вначале увеличение содержания хрома при водит к понижению точки А3. При концентрациях до 8 % хром относится к элементам, способствующим устойчивости аустенита и расширению его температурной области. Большие концентрации хрома повышают точку А3. У сплавов с α→γ-превращением легирование хромом значительно снижает также критическую скорость охлаждения.

В результате этого при низком содержании углерода у хромистых сталей возможно формирование однофазной мартенситной структуры. Наглядным примером этого является формирование мартенсита в структуре стали Х9М при охлаждении от 800 °C даже с весьма низкой (~1 °С/с) скоростью.

В безуглеродистых сплавах γ-область замыкается при 11-12% Сr. При более высоком содержании хрома аустенит встречается только в сплавах с высоким содержанием углерода (рис. 2). При содержании 12% Сr у низкоуглеродистых сталей после охлаждения наряду с мартенситом в структуре обнаруживается некоторое количество ферритной составляющей. При >12% Сг все безуглеродистые сплавы являются ферритными.

Хром эффективно повышает коррозионную стойкость сталей при концентрациях >12%. Поэтому менее легированные хромистые стали применяют в основном как конструкционный материал для высоконагруженного энергетического и нефтехимического оборудования. Из сталей с ≥13% Сг изготовляют оборудование для работы в агрессивных жидких и газовых средах (морской воде, кислотах, продуктах сгорания топлива и т.п.).

Обладая высокой коррозионной стойкостью, высоколегированные хромистые стали ферритного класса не пригодны для оборудования, работающего в условиях высокотемпературной ползучести. Это связано с низкой жаропрочностью, обусловленной ферритной структурой высокохромистых сталей.

Совместное легирование хромом и никелем способствует получению в сталях однородных и гетерофазных структур, формированию наряду с мартенситом и ферритом также аустенитной составляющей, количество которой зависит от концентрации указанных выше элементов. Структура хромистых сталей, дополнительно легированных никелем, может быть оценена с помощью диаграммы Шеффлера (см. на странице Аустенитные стали рисунок 1). Эта диаграмма позволяет также рассчитать влияние на структуру других легирующих элементов.

В соответствии с ГОСТ 5632-72 высоколегированные стали подразделяются на группы: коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

В зависимости от структуры хромистые стали могут быть отнесены к различным классам: мартенситному, мартенситно-ферритному, ферритному, аустенитно-мартенситному и аустенитно-ферритному.