Хрупкость коррозионностойких сталей

Коррозионностойкие стали часто проявляют склонность к хрупкому разрушению. Появление хрупкости связывают с фазовыми превращениями: выделением карбидов, образованием мартенсита, выделениемs - фазы, упорядочением и др.

Аустенитные коррозионностойкие стали подвержены хрупкости, связанной в основном с образованием карбидов и s - фазы. Помимо этого пластические характеристики аустенитных сталей снижаются при чрезмерном росте аустенитного зерна. Кроме того, в сталях аустенитного класса может присутствовать заметное количество d - феррита и образовываться мартенситные фазы, что также значительно влияет на сопротивление хрупкости этих сталей. В двухфазных аустенито – ферритных сталях соотношение фазовых составляющих феррита и аустенита меняется в широких пределах, поэтому проблемы хрупкости для этих сталей также весьма актуальны.

Наиболее подвержены различным видам хрупкости хромистые стали ферритного класса.

Виды хрупкости сталей ферритного класса:

- хладноломкость, которая проявляется при испытаниях на ударную вязкость (хладноломкость – это склонность металлов к появлению хрупкости при понижении температуры. Хладноломкость - явление перехода стали или сплава от вязкого к хрупкому разрушению при понижении температуры);

- хрупкость после низкого отпуска, проявляется после длительного отпуска или замедленного охлаждения в интервале 450 – 500 ^оС;

- хрупкость после длительных выдержек при температурах 600 – 800 ^оС.

Хладноломкость хромистых сталей проявляется в падении ударной вязкости при испытании образцов с надрезом. У сталей промышленных плавок переход в хрупкое состояние происходит при температурах, близких к комнатной, с увеличением содержания хрома переход в хрупкое состояние смещается в сторону более высоких температур.

Хладноломкость этих сталей усиливается их склонностью к чрезмерному росту зерна при нагреве выше температур 850 – 900 ^оС, причем крупнозернистость не устраняется последующей термической обработкой, так как в сталях данной группы отсутствуют фазовые превращения.

Сильное влияние на хладноломкость ферритных сталей оказывают элементы внедрения – C и N, а также такие примеси, как O, S, P, Mn и Si.

При высокотемпературном нагреве происходит растворение карбидных фаз в феррите и одновременно очень быстро растет зерно. После быстрого охлаждения феррит пересыщен углеродом, который неравномерно распределен в решетке, что приводит к возникновению значительных напряжений и является причиной хрупкости. Помимо этого C, N и другие элементы при нагреве могут скапливаться в приграничных зонах, что сопровождается образованием аустенита и мартенситным превращением при охлаждении.

Отжиг сталей при 730 – 780 ^оС не устраняет крупнозернистость, но уменьшает хрупкость благодаря образованию и коагуляции хромистых карбидов и карбонитридов.

Введение сильных карбидообразующих элементов (титана, ниобия) способствует образованию специальных карбидов и препятствует росту зерна и развитию хладноломкости ферритных сталей. Положительно влияет также применение специальных методов выплавки: вакуумного, электро – шлакового переплава, которые позволяют резко снизить содержание вредных примесей.

Хрупкость после низкого отпуска проявляется в резком снижении пластичности и вязкости сталей при одновременном повышении твердости и прочности. Развитие хрупкости в интервале температур 450 – 500 ^оС связывают с процессами упорядочения (появления сверхструктуры Fe₃Cr) и расслоения a - твердого раствора.

Высокотемпературная хрупкость возникает как следствие образования s - фазы и сопровождается уменьшением магнитной проницаемости, изменением объема, ударной вязкости и интенсивным повышением твердости. s - фаза хрупкая и обладает высокой твердостью, при ее выделении происходит обеднение феррита хромом, что снижает коррозионную стойкость стали. Легирование стали кремнием, марганцем, молибденом, титаном расширяет область существования s - фаз как по концентрации хрома, так и по температуре образования. Увеличение содержания никеля в сталях сдвигает образование s - фазы к более высокому содержанию хрома.

Увеличение содержания хрома в сталях способствует образованию s - фазы и одновременно смещает область ее существования к более высоким температурам.

Предварительная холодная пластическая деформация способствует выделению s - фазы.

Скорость образования s - фазы из феррита значительно больше, чем из аустенита, поэтому ферритные и аустенито – ферритные стали более подвержены хрупкости, связанной с сигматизацией.

Механизм образования s - фазы: d - феррит может распадаться при изотермической выдержке с образованием вторичного аустенита и s - фазы, рост частиц которой приводит к обеднению феррита хромом и d - g - превращению.

В аустенитных сталях образование s - фазы объясняется выделением из аустенита карбидных фаз типа Ме₂₃С₆, которые могут превратиться в s - фазу, или возможностью непосредственного образования этой фазы из аустенита.