12.02.2018

Баланс фаз аустенит-феррит в дуплексных нержавеющих сталях


Дуплексные нержавеющие стали основаны на системе Fe-Cr-Ni-N. Химический состав этих сталей был подобран таким образом, чтобы микроструктура основного металла номинально состояла из 50 % феррита и 50 % аустенита в соответствии с термином “дуплексные”. Однако все дуплексные стали кристаллизуются практически как 100%-ный феррит, а указанный ранее баланс микроструктуры зависит от частичного превращения в твердой фазе. Азот обычно добавляют как легирующий элемент для ускорения образования аустенита и его стабилизации, а также повышения стойкости к питтинговой коррозии. Молибден, вольфрам и/или медь добавляют в некоторые стали для повышения коррозионной стойкости. Вследствие более высокого содержания легирующих элементов и особенно более трудной и тщательной обработки катаных заготовок, дуплексные стали более дороги в производстве, чем аустенитные нержавеющие стали.

Основной металл дуплексных нержавеющих сталей имеет большее отношение содержания элементов-ферритизаторов к содержанию элементов-аустенизаторов, чем в аустенитных нержавеющих сталях. Это объясняется тем фактом, что дуплексные нержавеющие стали кристаллизуются практически как 100%-ный феррит. Рис. 7.1 характеризует стали, у которых эквивалент хрома в соответствии с WRC-1992 примерно в 1,85 раза и более больше, чем эквивалент никеля, и они будут кристаллизоваться как 100%-ный феррит. Для основного металла дуплексных сталей такое соотношение обычно составляет от 2,5 до 3,5. При высоких температурах (выше сольвуса феррита) стали остаются полностью ферритными. Аустенит может быть только в виде зародышей, которые растут при температурах ниже сольвуса феррита. Отжиг и горячая обработка этих сталей обычно выполняются при температурах ниже сольвуса феррита, когда феррит и аустенит могут сосуществовать в равновесии. Регулируя температурой обработки и скоростью охлаждения, можно управлять содержанием и распределением феррита и аустенита в катаных изделиях из указанных сталей.
Несмотря на то что линии перехода структур на псевдобинарной диаграмме (см. рис. 7.1) не могут быть построены достаточно точно, в отожженных сталях или после их горячей обработки при температурах, близких к сольвусу феррита с последующей закалкой, можно ожидать преимущественно ферритную структуру лишь с малым содержанием аустенита по границам зерен. По мере снижения температуры отжига или горячей обработки равновесная микроструктура будет содержать все больше аустенита и меньше феррита. В условиях равновесия имеет место разделительная диффузия легирующих элементов, в связи с чем элементы-ферритизаторы (хром, молибден и вольфрам) будут концентрироваться в феррите. В то же время элементы - аустенизаторы (никель, углерод, азот и медь) будут концентрироваться за счет диффузии в аустените. В работе проиллюстрирован этот эффект (рис. 7.2). С понижением температуры равновесный химический состав феррита и аустенита непрерывно меняется в соответствии с положением точек линии, разделяющей аустенит и феррит. В то же время с понижением температуры замедляется диффузия. При некоторой температуре на стадии охлаждения диффузия "не успевает" за равновесным составом обеих фаз, а химический и фазовый составы, которые имелись в рассматриваемый момент времени при соответствующей температуре, фиксируются в стали так, как если бы произошла закалка с той же температуры.
Такая концепция эффективной температуры закалки была предложена авторами работы. В дуплексных нержавеющих сталях при высокой температуре закалки (вблизи температуры на линии сольвуса феррита диаграммы) фазовый баланс будет обогащен ферритом. Если эффективная температура закалки существенно ниже температуры сольвуса феррита, то в микроструктуре будет больше аустенита. Горячая обработка ускоряет диффузию. Более низкую температуру закалки легче получить для катаных дуплексных нержавеющих сталей, чем для литых сталей или металла шва. Микроструктуру литых дуплексных нержавеющих сталей при температуре окружающего воздуха получают за счет отжига при температуре 1040 °C (1900 °F) или свыше с последующей закалкой. На практике температуру закалки или горячей обработки выбирают, возможно, более низкую, но достаточно высокую для перехода дисперсионных фазовых выделений в твердый раствор. Такой подход минимизирует остаточное содержание азота в феррите.





Яндекс.Метрика