Рис. 10.1. Диаграмма состояния сплавов Fe—Сг

Хром относится к легирующим элементам, стабилизирующим в железных сплавах а-фа-зу и уменьшающим область существования у-фазы (рис. 10.1). Введение в железохромистые сплавы других ферритостаби-лизирующих элементов (Мо, Ш, V, Л, Б1 и др.) еще больше сужает у-область, в то же время аустенитостабилизирующие элементы (С, Мп, №, Си) ее расширяют. Углерод, кроме того, приводит к образованию карбидов хрома, обедняя хромом твердый раствор.

О фазовом и структурном состоянии сплавов железо — хром и высокохромистых сталей с разным количеством хрома и содержащих углерод и другие легирующие элементы, можно судить по диаграмме на рис. 10.1.

Хромистые стали, претерпевающие «у сс-превращение, т. е. находящиеся в пределах концентраций существования у-фазы, относятся к мартенситным в связи с очень небольшой критической скоростью охлаждения сталей, содержащих более 5 % Сг, даже при небольшом содержании углерода. Мартенситные высокохромистые стали — это основная группа высоколегированных хромистых сталей. Они содержат 8—14 % Сг и 0,06—0,4 %С, а для придания специальных свойств и другие легирующие элементы. Наличие в сталях углерода при высоком содержании хрома позволяет получать сочетание коррозионной стойкости и различной степени упрочнения при мартенситном превращении.

В связи с наличием полиморфного превращения эти стали можно подвергать термической обработке. Чем выше в стали содержание углерода, тем более высокую прочность можно получить как после закалки, так и после нормализации. Только сталь с содержанием углерода менее 0,05 % практически не закаливается и является ферритной. Твердость стали после нагрева выше Ас3 (до у-состояния) и охлаждения как в масле, так и на воздухе одинаковая, что свидетельствует о том, что при охлаждении в широком интервале скоростей структура стали в основном мартенситная, хотя при более медленном охлаждении в стали может сохраняться определенное количество феррита.

Повышение содержания углерода в сталях с 13 % Сг снижает сопротивление коррозии. Особенно заметно увеличивается скорость коррозии при повышении содержания углерода более 0,3 %. Объясняется это тем, что при отжиге при наличии углерода в стали образуются карбиды хрома, в основном СгазС6. При этом твердый раствор существенно обедняется хромом, что ухудшает электрохимический потенциал стали и ее коррозионную стойкость. Таким 244

образом, процесс образования карбидов в высокохромистых сталях неблагоприятно влияет на их коррозионную стойкость.

Хромистые стали рассматриваемой группы помимо высокой коррозионной стойкости обладают и другими важными свойствами — повышенными жаропрочностью и жаростойкостью. Повышенная жаропрочность высокохромистых сталей даже без дополнительного легирования связана с высоким содержанием хрома в твердом растворе; отношение Cr/С в этих сталях значительно выше критического. Кроме того, при достаточном содержании углерода в таких сталях они закаливаются на мартенсит даже при охлаждении на воздухе. Характерно, что мартенситный распад в этих сталях происходит при довольно низкой температуре (150— 250 °С), что обусловливает значительное искажение и напряженность структуры с повышенной плотностью дислокаций. В дополнение к этому наличие в такой стали карбида хрома, устойчивого и относительно трудно коагулируемого (типа Ме23С6) при содержании в стали ~12 % Сг и более, приводит к дополнительному упрочнению мартенсита за счет блокирования частицами карбида имеющихся дислокаций.

Такое упрочнение оказывается устойчивым и при высокой температуре в связи с устойчивостью при нагреве высокохромистого мартенсита и повышенной устойчивостью против коагуляции карбидной фазы.

Дополнительное повышение жаропрочности высокохромистых мартенситных сталей достигается введением карбидообразующих— вольфрама, молибдена, ванадия, ниобия. Эти элементы увеличивают дисперсность карбидной фазы и устойчивость ее против коагуляции и тем самым увеличивают эффект упрочнения и сохранения прочности при нагреве. Кроме того, при наличии этих элементов в стали образуется особая интерметаллидная фаза Fea (W, Мо) в высокодисперсной форме. Ее выделение происходит по дефектам кристаллического строения в мартенсите, что при нагреве дает дополнительное устойчивое упрочнение.

Наряду с положительным влиянием молибдена, ванадия и вольфрама на жаропрочность необходимо считаться с тем, что эти элементы стабилизируют сс-фазу, способствуя сужению у-об-ласти. Поэтому они могут способствовать увеличению количества феррита в стали, делая ее ие полностью мартенситной, а мартен-ситно-ферритной. Появление в таких сталях феррита более 20 % способствует снижению прочности и жаропрочности.

Дтя повышения устойчивости у-фазы, расширения у-области и уменьшения количества феррита в легированные стали иногда вводят небольшое количество никеля. Это позволяет одновременно уменьшить критическую скорость охлаждения и снизить температуру мартенситного распада, получая некоторое повышение прочности. В табл. 10.1 приведен состав некоторых коррозионно-стойких и жаропрочных мартенситных и мартенситно-ферритных сталей^ легированных 10—14 %.