Загальна характеристика хромистих сталей (сталі хромистого класу)

Хромисті сталі не є дефіцитними щодо легування матеріалами і знаходять широке застосування для виготовлення різноманітних техніки, що працює при високих тиску і температурі в умовах впливу агресивних середовищ.

Легування хромом не тыльки забезпечує корозійну стійкість сталей в окисних середовищах, а й визначає їх структуру, механічні властивості, жароміцність, технологічні властивості. Утворюючи з залізом безперервний ряд твердих розчинів при концентраціях до 12%, потім хром сприяє замиканню γ-області, що є основною причиною формування в хромистих сталях різної структури і різноманіття їх властивостей.

Відповідно до діаграми Fe - Cr (мал. 1) γ-область обмежена праворуч двома лініями, що замикають гетерогенну ділянку:

Хром сильно впливає на положення критичних точок, що відзначають α→γ-перетворення. Спочатку збільшення вмісту хрому призводить до зниження точки А3. При концентраціях до 8% хром відноситься до елементів, що сприяють стійкості аустеніту та розширенню його температурної області. Великі концентрації хрому підвищують точку А3. У сплавів з α→γ-перетворенням легування хромом значно знижує також критичну швидкість охолодження.

Внаслідок цього при низькому вмісті вуглецю у хромистих сталей можливе формування однофазної мартенситної структури. Наочним прикладом цього є формування мартенситу у структурі сталі Х9М при охолодженні від 800 °C навіть із дуже низькою (~1 °С/с) швидкістю.

У безвуглецевих сплавах γ-область замикається при 11-12% Сr. При більш високому вмісті хрому аустеніт зустрічається лише у сплавах із високим вмістом вуглецю (мал. 2). При вмісті 12% Сr у низьковуглецевих сталей після охолодження поряд з мартенситом у структурі виявляється деяка кількість феритної складової. При >12% Сг усі безвуглецеві сплави є феритними.

Хром ефективно підвищує корозійну стійкість сталей за концентрацій >12%. Тому менш леговані хромисті сталі застосовують переважно як конструкційний матеріал для високонавантаженого енергетичного та нафтохімічного обладнання. Зі сталей з ≥13% Сг виготовляють обладнання для роботи в агресивних рідких та газових середовищах (морській воді, кислотах, продуктах згоряння палива тощо).

Маючи високу корозійну стійкість, високолеговані хромисті сталі феритного класу не придатні для обладнання, що працює в умовах високотемпературної повзучості. Це по`язано з низькою жароміцністю, обумовленої феритної структурою высокохромистых сталей.

Спільне легування хромом і нікелем сприяє отриманню в сталях однорідних і гетерофазних структур, формуванню поряд з мартенситом і феритом також аустенітної складової, кількість якої залежить від концентрації зазначених елементів. Структура хромистих сталей, додатково легованих нікелем, може бути оцінена за допомогою діаграми Шеффлер (див. на сторінці Аустенітні сталі малюнок 1). Ця діаграма дозволяє розрахувати вплив на структуру інших легуючих елементів.

Відповідно до ГОСТ 5632-72 високолеговані сталі поділяються на групи: корозійностійкі, жаростійкі та жароміцні.

Залежно від структури хромисті сталі можуть бути віднесені до різних класів: мартенситного, мартенситно-феритного, феритного, аустенітно-мартенситного та аустенітно-феритного.