12.02.2018

Элементы, образующие твердые растворы внедрения: углерод и азот в нержавеющих сталях


Углерод присутствует во всех сталях, однако, в отличие от углеродо-марганцовистых и низколегированных конструкционных, в нержавеющих сталях желательно содержание углерода ниже 0,1 %. Исключением являются мартенситные стали, в которых углерод необходим для упрочнения, В растворе углерод обеспечивает эффект упрочнения, особенно при повышенных температурах. В большинстве сплавов углерод, соединяясь с другими элементами, образует карбиды, что было рассмотрено выше. В случае образования карбидов M23C6, обогащенных хромом, может произойти понижение коррозийной стойкости. По этой причине производят низкоуглеродистые стали (с маркировкой L) с содержанием углерода менее 0,04 %. Необходимо отметить, что карбиды M23C6 содержат почти в четыре раза больше атомов металла (в основном — хрома), чем атомов углерода, а атом хрома более чем в четыре раза тяжелее атома углерода. Поэтому при образовании карбида M23C6 из твердого раствора выносится в 16 раз больше хрома, чем углерода.

Во многих нержавеющих сталях азот обычно представлен как примесь, но его намеренно добавляют к некоторым аустенитным сталям и почти во все дуплексные. Подобно углероду, азот сильно упрочняет твердый раствор, и даже добавка азота менее 0,15 % может значительно увеличить прочность аустенитных сталей. Эффект упрочнения аустенита азотом особенно эффективен в условиях криогенных температур. К дуплексным нержавеющим сталям азот добавляют, чтобы увеличить прочность, но важнее усилить защиту от питтинговой и щелевой коррозий. Некоторые дуплексные стали содержат азота до 0,3 %. Как было отмечено ранее, растворимость азота в нержавеющих сталях относительно низкая, особенно в феррите. Добавление марганца к аустенитным нержавеющим сталям увеличивает растворимость азота. В ферритных и дуплексных сталях, если превышен предел растворимости азота, то Cr2N будет выпадать в виде дисперсных выделений в ферритной фазе, что может наблюдаться в металлах швов и ЗТВ таких сталей, и если при охлаждении с температур выше 1100 °C (2010 °F) аустенита недостаточно.

Углерод и азот являются наиболее мощными элементами — аустенизаторами. Поэтому, если требуется точный баланс микроструктуры, то необходимо тщательное регулирование уровня содержания этих элементов. Как отмечено ранее, можно регулировать уровень содержания каждого элемента в сплаве или добавлять элементы, образующие карбиды (Nb, Ti) или нитриты (Ti, Al), которые эффективно нейтрализуют влияние углерода и азота в растворе. Если газовая зашита в процессе дуговой сварки не отвечает требованиям технологии, то азот из атмосферы может попасть в сварочную ванну и вызвать отклонения от желаемой микроструктуры. В высокоазотистых аустенитных и дуплексных сталях потеря азота во время сварки может привести к осложнениям. Для дуплексных нержавеющих сталей азот иногда добавляют к защитному газу, чтобы поддержать уровень содержания азота в металле шва.





Яндекс.Метрика