Аустенитные стали. Аустенитная сталь что это такое?

При сварке аустенитных сталей в зоне нагрева наблюдается рост зерна. Это происходит более плавно, чем в случае с нелегированными конструкционными сталями. Однако если карбидная фаза является барьером, то рост зерна в зоне термического влияния не происходит.

Какие стали относятся к аустенитным, и какими свойствами они обладают

Аустенит представляет собой однофазный раствор углерода с содержанием y-Fe до 2 %. Его главной характеристикой является порядок расположения атомов, то есть структура кристаллической решетки. Существуют два типа решеток:

  1. BCC a-железо (объемно центрированное — один атом находится в каждом из 8 углов куба и один в центре).
  2. HCC y-железо (гранецентрированное — один атом находится в каждой из 8 вершин куба и по одному в каждой из 8 граней, всего 16 атомов).

Проще говоря, аустенит — это структура или состояние металла, определяющее его технические свойства, которые не могут быть достигнуты в любом другом состоянии, поскольку металл меняет свои свойства за счет изменения своей структуры. Без аустенита закалка невозможна и является наиболее распространенной, дешевой, технически доступной и в некоторых случаях единственной технологией упрочнения металла.

аустенит

При определении толщины металла учитываются две основные характеристики, которые влияют на рабочие параметры сауны:

  • Горящий стальной лист — если для топки используется тонкостенный лист, печь потребует ремонта после шести месяцев эксплуатации. Обычная сталь толщиной 4 мм быстро нагревает кабину сауны, но служит недолго. По этой причине производители изготавливают камеру печи из нержавеющей, жаропрочной, хромированной стали AISI 430 толщиной 4-6 мм.
  • Теплопроводность — температура, при которой нагревается сауна, напрямую зависит от толщины стенок камеры сгорания. Может показаться, что проще построить печную камеру толщиной 10 мм или более и таким образом предотвратить горение, но такой подход непрактичен по ряду причин. Чем толще металл, тем больше тепловой энергии и времени требуется для его нагрева и поддержания нужной температуры. Система обжига становится нерентабельной. Оптимальная толщина металла в сауне должна составлять 6-8 мм.

Минимальная толщина стали в топочной камере составляет 4 мм, только при использовании AISI 430 и 08X17T. В других случаях требуется толщина металла не менее 6 мм. Большинство мастеров рекомендуют использовать конструкционную сталь толщиной 8 мм для строительства собственной сауны.

Какими электродами надо варить банную печь

Для сварки нагревателя нужны электроды, которые выбираются в зависимости от стали, используемой в производстве. Нержавеющая сталь сваривается методом аргонодуговой сварки. Подходящими электродами являются CL 11 и D4.

После сварки необходимо удалить чешую и повязку. Таким образом можно избежать коррозии в сварном шве.

Электроды НИАТ-5, ЭА-112/15, ЭА-981/15 и ЭА-981/15 для сварки стальных конструкций при пожаре. Толщина выбирается в зависимости от плотности металла и температуры его нагрева.

Построить каменку своими руками несложно, если есть специальные навыки и грамотный подбор деталей и расходных материалов.

Применение сплавов

Аустенитные стали используются при высоких температурах от 200 °C и выше: Парогенераторы, роторы, турбины и сварочные механизмы. Недостатком использования аустенита в этих механизмах является низкая прочность металла. Когда черные сплавы находятся в контакте с различными гидроксидами в течение длительного периода времени, может произойти дополнительное растрескивание, приводящее к разрушению рабочих поверхностей оборудования. Этот недостаток можно устранить, добавив в раствор железа дополнительные химические элементы: Ванадий и ниобий. Они образуют карбидную фазу, которая повышает прочность стали.

Аустенитные нержавеющие стали используются в областях, которые подвержены сложным условиям эксплуатации и большим колебаниям температуры. Они широко используются при сварке коррозионностойких труб. Во время этого процесса между крепежными элементами образуется соединение. Когда трубы из аустенитной нержавеющей стали нагреваются до температуры плавления, в них образуется монолитная структура, которая защищает металл от процессов окисления и высоких температурных колебаний.

Аустенитные стали также обладают высокой устойчивостью к электромагнитному излучению. По этой причине он используется в производстве электронных компонентов. Аустенит повышает стойкость радиомеханики и не теряет своих свойств при изменении структуры магнитного поля. По этой причине радиоприемники могут принимать необходимые сигналы без каких-либо проблем.

Аустенитные сплавы железа широко используются в производстве механизмов, работающих в водной среде. Нержавеющая сталь устойчива к коррозии. Используется в качестве защитного материала. При правильном соотношении хрома и никеля аустенит может образовывать тонкий слой, который уменьшает воздействие водной среды на рабочую поверхность металлической детали. Результат — меньший износ детали. Однако если никель сильно вымывается, материал полностью теряет свою коррозионную стойкость.

Аустенитные стали с высоким пределом текучести также используются в современных корпусах турбин. Они предотвращают деформацию блока и улучшают его прочностные характеристики. Благодаря своей крупнозернистой структуре аустенитная сталь с высоким пределом текучести также может быть использована для усиления конструкции ротора турбины. Недостатком этой технологии является то, что стоимость механизмов значительно возрастает из-за большого количества дорогостоящей аустенитной стали.

За 1,5-2 часа до сварки рекомендуется прокалить электроды с фторидом кальция при низкой температуре (200-300°C). Это позволяет свести к минимуму риск образования пор в электроде.

Аустенитные стали

Аустенит представляет собой однофазный раствор углерода с содержанием y-Fe до 2 %. Его главной характеристикой является порядок расположения атомов, то есть структура кристаллической решетки. Существуют два типа решеток:

  1. BCC a-железо (объемно центрированное — один атом находится в каждом из 8 углов куба и один в центре).
  2. HCC y-железо (гранецентрированное — один атом находится в каждой из 8 вершин куба и по одному в каждой из 8 граней, всего 16 атомов).
Это интересно:  Чем обработать древесину от влаги и гниения на улице. Чем пропитать дерево от влаги и гниения своими руками

Проще говоря, аустенит — это структура или состояние металла, определяющее его технические свойства, которые не могут быть достигнуты в любом другом состоянии, поскольку металл меняет свои свойства за счет изменения своей структуры. Без аустенита закалка невозможна и является наиболее распространенной, дешевой, технически доступной и в некоторых случаях единственной технологией упрочнения металла.

аустенит

Свойства аустенитных сталей и где их используют

Состояние железа в Y-фазе (аустенит) уникально, поскольку делает металл жаропрочным (+850ºC), хладостойким (-100ºC и ниже), коррозионностойким, электрохимически стойким и обладает другими важными свойствами, без которых многие технологические процессы в промышленности были бы невозможны.

  • Нефтеперерабатывающая и химическая промышленность,
  • медицинский,
  • аэрокосмическая промышленность и авиастроение,
  • электротехника.

Жаропрочность — это свойство стали не изменять свои технические свойства при критических температурах с течением времени. Ухудшение происходит, когда металл не в состоянии противостоять ползучести, которая представляет собой смещение атомов на молекулярном уровне. Постепенно происходит размягчение, и процесс старения металла начинает ускоряться. Это происходит со временем при низких или высоких температурах. Поэтому степень расширения этого процесса с течением времени является мерой способности металла противостоять нагреву.

Коррозионная стойкость — это способность металла сопротивляться разрушению (дислокационной ползучести) не только с течением времени и при низких и высоких температурах, но и под воздействием агрессивных сред, т.е. при взаимодействии с веществами, активно реагирующими с одной или несколькими составляющими. Различают 2 вида коррозии:

  1. Химический — окисление металла в таких средах, как газ, вода, воздух,
  2. Электрохимический — растворение металла в кислой среде, содержащей положительно или отрицательно заряженные ионы. При наличии разности потенциалов между металлом и электролитом неизбежно возникает поляризация, приводящая к частичному взаимодействию между двумя веществами.

Холодостойкость — это способность сохранять структуру при криогенных температурах в течение длительного периода времени. Структура хладостойкой стали может приобретать структуру обычных низколегированных сталей из-за деформации структуры кристаллической решетки, но при очень низких температурах. Недостатком хладостойких сталей является то, что их свойства становятся полностью эффективными только при температурах ниже нуля; t ≥ 0 для хладостойких сталей недопустимо.

Полуфабрикаты, в виде которых выпускается сталь, следующие:

  • Листы толщиной 4-50 мм с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.
  • Поковки. Из-за сложной обработки этих сталей сваркой некоторые компоненты являются, по сути, готовыми изделиями на стадии литья. Это роторы, диски, турбины и трубы двигателя.

Методы аустенитного соединения:

  • Сварка — очень ограничена при использовании металлов с температурой t выше 250°C,
  • Сварка — возможна в инертной атмосфере (газ, флюс) с последующей термообработкой.
  • Механическое соединение — болты и другие крепежные элементы из аналогичного материала.

Аустенитные стали являются одними из самых дорогих инженерных сталей, и их применение ограничено узкой специализацией.

При сварке аустенитных сталей предварительный подогрев не является необходимым с конструктивной точки зрения. Однако в некоторых случаях для уменьшения внутренних напряжений проводится предварительный нагрев до 200 °C.

Аустенитная сталь

Аустенитная сталь

Нержавеющие стали известны не только своей высокой прочностью и устойчивостью к механическим повреждениям. Они также являются отличными проводниками тепла и обладают антикоррозийными свойствами. Эти виды металлов, несомненно, занимают первое место в списке материалов, используемых для изготовления инструментов, оборудования и деталей машин. Одним из самых популярных и широко используемых материалов в этой группе является аустенитная сталь. Он используется во многих отраслях промышленности благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Что же такое аустенитная сталь и чем она отличается от мартенситной и ферритной сталей?

Существует несколько типов сплавов нержавеющей стали с различными свойствами и прочностью. Чаще всего аустенитную сталь сравнивают с ферритной. Однако последний обладает гораздо меньшей коррозионной стойкостью, поскольку в структуре сплава содержится меньше хрома. Кроме того, аустенитные стали имеют относительное удлинение почти в два раза больше, чем ферритные. Поскольку феррит, в отличие от аустенитных сплавов, устойчив к межкристаллитной коррозии, вызываемой хлорид-ионами, эти два сплава часто комбинируют. Результатом такого сочетания является двойная или аустенитно-ферритная сталь. Сплавы Мартенса — это аустенитные стали, которые в процессе производства охлаждаются и фактически закаляются. Полученная структура намного тверже и имеет более высокую износостойкость и прочность, но также обладает лучшими магнитными свойствами и менее устойчива к коррозии.

Аустенитные стали относятся к категории труднообрабатываемых металлов. Следующие виды термической обработки используются для улучшения основных свойств аустенита и изменения его структуры:

Отжиг. Отжиг производится при температуре от 1000 до 1200o C в течение определенного времени, после чего металлический сплав охлаждается в таких средах, как маслянистые жидкости, воздух или вода. Отжиг повышает стойкость к окислению и пластичность.

Это интересно:  Заправка газгольдера сжиженным газом. Сколько стоит заправить газгольдер в московской области?

Двойная закалка. Аустенитный сплав сначала нормализуется при температуре 1200 градусов Цельсия, а затем снова закаляется при температуре 1000 градусов Цельсия. Результатом двойной закалки является улучшение пластичности металла и повышение стойкости при высоких температурах.

Аустенитные стали — это легированные стали, в которые могут быть добавлены следующие компоненты в различных пропорциях:

  • Никель: понижает точку аустенитного превращения, ускоряет и упрощает процесс закалки и увеличивает его глубину. Он не образует карбидов, а растворяется в аустените и феррите, повышая их твердость и вязкость. Он способствует графитизации (осаждение графита в железоуглеродистых сплавах) и увеличивает скорость схватывания цементита (агломерация частиц в более крупные агрегаты). Он входит в состав нержавеющих и конструкционных сталей.
  • Хром: вызывает измельчение зерна и повышает прокаливаемость. Он повышает прочность сплавов, поэтому широко используется при производстве специальных и инструментальных сталей (в первых даже до 30%).
  • Марганец: снижает температуру аустенитного превращения и стабилизирует аустенитную структуру на уровне выше 15% при нормальных температурах. Уже при содержании от 0,8 % до 1,4 % значительно повышается устойчивость к растяжению, ударам и истиранию.
  • Вольфрам: увеличивает размер мелких зерен сплава, что повышает его прочность и стойкость к истиранию. Высокое содержание вольфрама от 8 до 20 % повышает стойкость металла к механической обработке. Он является важным компонентом быстрорежущих сталей и повышает сопротивление ползучести суперсплавов.
  • Молибден: Повышает твердость, прочность и коррозионную стойкость металла. Уменьшает хрупкость и увеличивает сопротивление ползучести.
  • Ванадий: Увеличивает тонкость стального сплава и значительно повышает его твердость.
  • Кобальт: добавка, которая образует аустенит и увеличивает диапазон аустенита. Вместе с ванадием он увеличивает мелкозернистость, твердость и износостойкость. Он встречается в высокотемпературных сплавах, а также в специальных сплавах с особыми магнитными свойствами.
  • Титан: его добавление в сплав предотвращает развитие межкристаллитной коррозии и делает сталь более прочной и устойчивой к поверхностным напряжениям и колебаниям температуры. Образование специальных нитридов значительно повышает функциональную прочность металла.
  • Азот: используется в качестве заменителя углерода в тех случаях, когда углерод не может быть добавлен в сплав по той или иной причине, например, когда изделие должно быть устойчиво к электрохимическому воздействию.
  • Ниобий: подобно титану, является элементом, образующим феррит и карбид. Она измельчает аустенитные зерна и предотвращает межкристаллитную коррозию в нержавеющей стали.
  • Бор: Добавка для повышения пластичности. Его добавляют в сплав в количестве около 0,003 %, поскольку он значительно повышает прокаливаемость до содержания углерода 0,6 %. При более высоких значениях закаливаемость стали снижается, а тенденция к образованию аустенитных зерен увеличивается, поскольку бор снижает поверхностную энергию границ зерен. Он увеличивает активность углерода в аустените и препятствует диффузии по границам зерен.
  • Медь: имеет схожие физические свойства с чистым железом, но гораздо более устойчива к коррозии. Более 0,20 % в сплаве повышают устойчивость к атмосферной коррозии. Более 1 % повышает устойчивость аустенитных сталей к серной и соляной кислоте и увеличивает их устойчивость к коррозии под напряжением.

Благодаря своей устойчивости к механическим повреждениям и атмосферным воздействиям аустенитные стали используются во многих областях человеческой деятельности. Они в основном используются в химической и нефтехимической промышленности, в производстве оборудования для производства, хранения и транспортировки азотной кислоты, в производстве теплообменников, коррозионностойких труб и т.д.

Детали радиоэлектронного оборудования изготовлены из аустенитной стали. Этот материал не боится электромагнитного излучения. Когда магнитное поле изменяет структуру, свойства сплава полностью сохраняются. Таким образом, радиостанция может принимать все сигналы без проблем и отлично работает в любых условиях, даже очень сложных.

Аустенитная сталь: особенности и характеристики

Применение стали

Аустенитные стали имеют некоторые особые преимущества и могут использоваться в очень агрессивных рабочих средах. Эти сплавы незаменимы при строительстве электростанций, в нефтяной и химической промышленности.

Аустенитные стали — это высоколегированные стали, которые при кристаллизации образуют однофазную систему, характеризующуюся кристаллической решеткой с центральной гранью. Этот тип решетки не изменяется даже при воздействии очень низких температур (около 200 градусов Цельсия). В некоторых случаях присутствует другая фаза (объем в сплаве составляет не более 10%). В этих случаях решетка объемно центрирована.

Обработка материала

Жаропрочные и огнеупорные марки могут быть подвергнуты различным видам термической обработки для улучшения их эксплуатационных свойств и изменения уже существующей зерновой структуры. К ним относятся количество и принцип распределения дисперсных фаз, размер слитка, размер зерна и т.д.

Отжиг этой стали помогает снизить твердость сплава (что иногда важно для использования) и устранить чрезмерную хрупкость. Механическая обработка включает в себя нагрев металла до 1200ºC в течение 30-150 минут, а затем максимально быстрое охлаждение. Сплавы с высоким содержанием легирующих элементов обычно закаливают в масле или на открытом воздухе, в то время как более простые сплавы закаливают в чистой воде.

Часто проводится двойная закалка. Сначала составы нормализуются при температуре 1200 градусов, затем проводится вторая нормализация при температуре 1100 градусов для улучшения пластичности и термостойкости.

Жаростойкость и механическая прочность могут быть улучшены путем двойной термической обработки (закалка и старение). Все жаропрочные сплавы перед использованием искусственно состариваются (т.е. закаляются дисперсией).

Помимо никель-хромовых композиций, в производстве могут встречаться сплавы, относящиеся к подкатегории дисперсионного упрочнения. Можно добавить твердосплавные или интерметаллические уплотнения. Они придают материалу эффект упрочнения.

Свойства

Классификация аустенитной стали также описывает ее свойства. Например, существуют следующие аустенитные сплавы.

  • Аустенитные (или дуплексные, двухфазные) ферритные сплавы содержат большое количество хрома и лишь небольшое количество никеля. Материал может быть дополнительно легирован молибденом, титаном и ниобием. Феррит и аустенит присутствуют примерно в равных количествах. Сталь обладает более высокой прочностью и особенно устойчива к коррозионным трещинам.
  • Аустенитно-мартенитная — содержит не так много хрома, но больше углерода. И обычно они применяются в термообработанном состоянии со шлифованной или полированной поверхностью. Такие стали используются для изготовления лопастей турбин, бритвенных лезвий и даже столовых приборов.

В дополнение к никель-хромовым композициям, производство может также включать сплавы, которые относятся к подкатегории закалки осадком. Можно добавить твердосплавные или интерметаллические уплотнения. Они укрепляют материал.

Когда металл производится на производстве, образовавшиеся пустоты классифицируются с точки зрения их структурных свойств. Обычно эксперты наблюдают за тем, как меняется структура металла, наблюдая за процессом изготовления самого металла. Термообработка также является частью этого наблюдения. Аустенит, кстати, будет одной из таких ситуаций. Если закалить металл дальше, то можно получить либо мартенсит, либо перлит и так далее.

Это интересно:  Перекрытия: разновидности, их преимущества и возможные недостатки. Что такое перекрытие в строительстве.

Наиболее важным документом для аустенитных сталей является ГОСТ 5632-2014, в котором указаны требования для каждого типа металла. Если вы посмотрите на маркировку, то увидите, что она содержит как буквенный, так и цифровой элемент. Буквы указывают на добавку, которая в данном случае имеет более высокий процент. Если примесей очень мало, они не будут указаны в маркировке, но должны быть указаны в паспорте металла. В начале маркировки имеется только цифровое обозначение, указывающее на сантиметры углерода. Далее следует литература по добавлению сплавов с указанием процентного соотношения.

Примером является 06Cr18Ni11, где содержание углерода составляет 0,06%, содержание хлора — 18%, а содержание никеля — 11%. Другими словами, каждая марка расшифровывается как код, указывающий на легирующие элементы, их процентное содержание в составе и содержание углерода.

По этой причине криофильные сплавы используются для производства специальных машин и оборудования для регионов с очень холодным климатом. Они также используются в производстве аэрокосмических деталей, изделий и оборудования.

Как сваривается

Нержавеющая аустенитная сталь: характеристики, особенности, применение

Для соединения аустенитных сталей требуется сварка. Применяются различные технологии, такие как сварка поперечной фаской или электролитическая шлаковая сварка. Реже материал сваривается в среде инертного газа. Каждый метод имеет свои особенности. Их может учесть только опытный специалист, знакомый с характеристиками оборудования и свойствами самой заготовки.

Сварка требует особого алгоритма. Это связано с тем, что при трансформации аустенитная сталь изменяется и приобретает нежелательные формы. Если металл сваривается неправильно и по неправильной технологии, сварной шов будет низкого качества. На прочность такого соединения рассчитывать не приходится.

Как химические элементы воздействуют на аустенит

В состав этой стали входят различные легирующие элементы. Свойства аустенитных сталей зависят от их характеристик. Добавляются следующие легирующие элементы:

  • Хром. При добавлении большого количества хрома на поверхности материала образуется оксидный слой, который защищает от коррозии. Это возможно только при низком содержании углерода. В противном случае происходит реакция между двумя элементами и образование карбида,
  • никель. Он повышает пластичность стали и часто присутствует в больших количествах. Уменьшает зернистую структуру, способствует высокой прочности,
  • Углерод. Он добавляется в очень малых количествах.

Существуют и другие вещества. Например, хром заменяется азотом для повышения химической и электрической прочности. Марганец и кремний стабилизируют свойства аустенита и повышают прочность. Тугоплавкие сплавы содержат важные добавки в виде ниобия и титана.

Аустенит — один из самых востребованных и популярных видов сплавов. Он подходит для изготовления различных деталей и оборудования. Однако при его обработке необходимо учитывать множество аспектов, чтобы не нарушить первоначальные свойства.

Аустенитные стали образуются в процессе формирования зерен и развития исходной микроструктуры металлического изделия. Образование аустенита происходит на границе раздела между ферритом и карбидом. Карбидные частицы постепенно растворяются в твердом растворе аустенита.

В итоге. Аустенитная сталь — это особый тип стального сплава. Основное отличие этой стали от других материалов — наличие особой кристаллической структуры, называемой аустенитом. Физически аустенитные стали обладают следующими свойствами: отсутствие магнитных свойств, высокая прочность, отличная коррозионная стойкость и химическая инертность.

Аустенитные стали широко используются для производства различных видов специального оборудования, такого как турбины, радиоэлектронные компоненты, космическое оборудование, дуговые печи и т.д.

Основным компонентом аустенитных сталей является железо и различные легирующие добавки (никель, хром, алюминий, вольфрам, ниобий и другие). В зависимости от состава существуют различные типы аустенитных сталей — жаропрочные, хладостойкие, коррозионностойкие и другие.

Сварка используется для соединения деталей из аустенитной стали. Разрешены все основные методы сварки — дуговая, в среде защитного газа, плазменная и другие. При сварке необходимо учитывать температуру аустенита (иначе можно получить сварной шов низкого качества с трещинами).

Структура, маркировка и состав аустенитных сталей регламентируются нормами ГОСТа. Согласно национальным нормам, содержание железа в сплаве может быть проверено двумя методами — металлографией или магнитной технологией.

Оцените статью
Build Make