10.4. ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНЫЕ И МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫЕ СТАЛИ

Высоколегированные хромоникелевые коррозионно-стойкие стали послужили основой для создания высокопрочных сталей, обладающих одновременно и высокой ударной вязкостью. По принципу упрочнения эти стали можно подразделить на две группы — мартенситно-стареющие и аустенитно-мартенситные (промежуточные). Стали первой группы условно подразделяют на две подгруппы — низкоуглеродистые и безуглеродистые (по данным Я. М. Потака).

Низкоуглеродистые мартенситно-стареющие стали по своему химическому составу относятся к сталям мартенситного класса. При закалке таких сталей с температуры аустенитизации ~ 1000 °С их структура должна состоять из мартенсита и небольшого количества остаточного аустенита (~ 10 %), поскольку температура начала и конца мартенситного превращения выше 20 °С (по данным Я. М. Потака у стали 08Х15Н5Д2Т Ми = 130 °С, Мк = = 30 °С). Наличие в стали небольшого количества остаточного аустенита способствует повышению ударной вязкости стали, а мартенситная основа — повышению прочности. Если количество аустенита после закалки оказывается слишком большим и отрицательно сказывается на прочности, оно может быть снижено путем охлаждения закаленной стали — обработкой холодом (при температуре до —70 °С).

Дополнительное повышение прочности закаленной стали достигается при старении — отпуске на температуру ~450 °С, когда достигается максимальная прочность. Упрочнение при старении происходит в результате выделения интерметаллидных фаз (№Т1, №А1, №зТ1, №3А1 и др.), т. е. главным образом соединений, содержащих титан и алюминий. Значение легирования титаном состоит и в том, что титан, связывая углерод в карбиды, уменьшает его содержание в мартенсите (в виде перенасыщенного раствора) и тем самым способствует повышению ударной вязкости стали. Повышению вязкости этих сталей после старения способствует наличие значительного количества никеля, увеличивающего способность дислокаций к перемещению (по данным Я. М. Потака).

Безуглеродистые хромоникелевые мартенситно-стареющие стали содержат до 0,03 % С. Это определяет, с одной стороны, возможность сохранения мартенситом вязкости, а с другой — эффективность развития процесса старения, связанного с наличием в стали титана. В стали также должно быть определенное количество молибдена для предотвращения чрезмерного охрупчивания при старении. После закалки стали становятся почти полностью мартенситными (количество остаточного аустенита ~ 3 %) в связи с низким содержанием в них углерода. Эти стали наряду с высокой прочностью имеют хорошие кислотостойкость, хладостойкость и высокий предел упругости.

Стали переходного класса — аустенитно-мартенситные приобретают такое состояние после охлаждения из аустенитной области в связи с тем, что определяемая составом температура начала их мартенситного превращения находится вблизи нормальной (20—60 °С). Достаточно быстрое охлаждение может зафиксировать почти полностью аустенитное состояние стали, но аустенит должен быть нестабильным и распадаться при пластической деформации с образованием мартенсита. Такой же распад нестабильного аустенита достигается обработкой холодом при —50 -т-

_70 °С. Отпуск стали, обработанной на мартенситно-аусте-

нитную структуру, как и сталей рассмотренных типов, приводит к остариванию мартенсита и повышению прочности стали. Содержание углерода в' этих сталях может быть более высоким, чем в мартенситно-стареющих, так как наличие значительного количества аустенита обеспечивает получение достаточной ударной вязкости.

Коррозионно-стойкие высокопрочные стали вполне технологичны. Их следует обрабатывать в состоянии до старения. После нагрева до аустенитного состояния и неполного охлаждения (выше 200 °С), когда стали остаются аустенитными, они хорошо деформируются (табл. 10.7).

Несмотря на сложный химический состав, высокое содержание легирующих элементов и в некоторых случаях сложность фазовых и структурных изменений, хромоникелевые высоколегированные стали различного назначения можно отнести к удовлетворительно, а иногда и хорошо свариваемым. Однако сварка этих сталей и обеспечение требуемых свойств сварных соединений часто требуют принятия специальных мер. Важные исследования по сварке высоколегированных хромоникелевых сталей были проведены в ИЭС им. Е. О. Патона Б. И. Медоваром, Н. И. Каховским, К. А. Ющенко и др.

Сложность сварки хромоникелевых высоколегированных сталей во многом определяется их структурным классом и состоянием, фазовыми превращениями, которые могут протекать при сварочном нагреве и охлаждении, и специфическими требованиями к свойствам, которыми должны обладать сварные соединения жаропрочных, хладостойких, кислотостойких и высокопрочных сталей.

Основные трудности сварки связаны со склонностью к образованию горячих трещин в швах и околошовных зонах (аустенит-ные стали) и склонностью к образованию холодных трещин в ЗТВ (мартенситные и аустенитно-мартенситные стали), с появлением после сварочного нагрева в высокотемпературной зоне б-феррита, выделением карбидов из аустенита в определенных участках ЗТВ и ухудшением в этих местах стойкости против межкристаллитной коррозии (МКК) и других свойств. Определенные осложнения вносит повышенное, по сравнению, с железом, сродство хрома к кислороду и вследствие этого его повышенная окисляемость и возможная в связи с этим загрязненность металла шва. В аусте-