Аустенитно-мартенситные системы легирования нержавеющих сталей

Граница между аустенитом и мартенситом тоже исследовалась, хотя не так широко, как граница аустенит—аустенит + феррит. Большинство исследований относилось к аустенитным сталям системы Fe-Mn-Ni с низким содержанием хрома (на диаграмме Шеффлера) они размещены в левой части). Металл шва этих сталей с содержанием хрома менее 18 % состоит из различных долей аустенита и мартенсита. Авторы работы первыми изучили влияние легирования на температуру начала мартенситного превращения Ms в нержавеющих сталях. Они установили, что для сталей с содержанием хрома от 10 до 18 % можно подсчитать температуру Ms в градусах Фаренгейта, используя уравнение

Предположив, что представляющая интерес температура начала образования мартенсита равна 20 °C (68 °F), и преобразовав это уравнение, получили

Следует отметить, что отношение марганца к никелю в этом уравнении равно примерно 0,5, что соответствует значению, первоначально предложенному Шеффлером. Оно отличалось от этого значения в уравнении, предложенном автором работы, которое было разработано для того, чтобы прогнозировать положение границы аустенито-мартенситной структуры системы Fe-Mn-Ni в металле шва с содержанием хрома менее 5 %:

Если в качестве температуры начала мартенситного превращения принять 20 °C (68 °F), аустенито-мартенситная граница описывается уравнением

В этом случае марганец был вдвое более эффективным аустенитно-стабилизирующим элементом, чем никель, и фактически в четыре раза — по сравнению с коэффициентом Шеффлера. Авторы работы нашли, что при содержании хрома примерно 9 % влияние марганца и никеля на стабилизацию аустенита почти одинаково.

Авторы работы также сообщили о приближении к наилучшему критерию полностью аустенитных швов, содержащих хром в пределах от 0 до 16 %. Соответствующее соотношение имеет вид

Эти исследователи также построили диаграмму, упростив критерии стабильности аустенита, изменив переменные и используя результаты собственных исследований, а также оригинальные данные Шеффлера. Диаграмма представлена на рис. 3.15.

Авторы работы, используя регрессионный статистический анализ данных 16 различных исследований, получили уравнение для температуры начала образования мартенсита как функции состава сплава. Это уравнение имеет вид

Линии начала аустенито-мартенситной границы, вычисленные как функции температуры, согласно, представлены на рис. 3.16. Следует обратить внимание на большой "сдвиг" этой границы при температурах, приближающихся к криогенным.

При изучении металла швов системы Fe-Ni-Co-Mo-Ti-Si авторы работы расширили концепцию структурной диаграммы авторов работы для определения количества мартенсита, аустенита и фазы Лавеса. Рис. 3.17 иллюстрирует диаграмму, на которой нанесены параметры:

Если ву20 = 0, это уравнение описывает границу между мартенситом и мартенсит-аустенитом при температуре приблизительно 20 °C (68 °F).

Значение ве1400 может быть расценено как мера приближения сплава к насыщенности при температуре примерно 1400 °C (2552 °F), а для закаленных сталей при такой же температуре это может быть расценено как степень супернасыщенности твердого раствора. Степень насыщенности связана с количеством формирования фаз Лавеса.

Автор работ исследовал формирование мартенсита в металлах различных химических составов с помощью диаграммы WRC-1992, Он разработал серию границ при содержании марганца 1, 4 и 10 %, которые разделяют аустенитные и аустенито-феррнтные композиции, свободные от мартенсита и выдерживающие испытание на изгиб по ASME 2Т в отличие от тех, которые содержат значительное количество мартенсита и не выдерживают испытание на изгиб по ASME 2Т. Так как марганец не входит в никель-эквивалент диаграммы WRC-1992, то отдельные границы необходимы для каждого его уровня. При данном уровне марганца хром-эквивалент и никель-эквивалент не требуют изменений для концентрации молибдена или азота. Однако при содержании углерода более 0,1 % при расчете никель-эквивалент необходимо действовать так, как если бы концентрация углерода составляла 0,1% для более точного прогнозирования наличия или отсутствия мартенсита. Эта модификация диаграммы WRC-1992 показана на рис. 3.18.