Дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали

Первая коммерческая дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь приписывается авторам работ. Эта сталь была представлена на рынок компанией US Steel Corporation под торговой маркой Stainless W. Эта сталь содержала примерно 17 % хрома, 7 % никеля и 0,7 % титана и, как известно в настоящее время, была наиболее близка по химическому составу к стали марки 635 (UNS S17600). Титан в составе указанной стали был легирующим, обеспечивающим дисперсионное твердение. В дальнейшем определили, что алюминий, медь и бериллий производят аналогичный эффект. Сталь, содержащая бериллий, с номинальным содержанием: 19 % хрома, 10 % никеля, 3 % кремния, 3 % молибдена, 2 % меди и 0,15 % бериллия, известная под маркой V2B, производилась только в литом виде и полностью вышла из употребления в наши дни, прежде всего, вследствие вредного влияния бериллия на здоровье.

В течение ряда лет считали, что дисперсионные выделения можно получить в нержавеющих сталях с мартенситной либо ферритной структурой, но спустя 10 лет, после того как была представлена первая дисперсионно-твердеюшая нержавеющая сталь, автор работы отметил разработку двух дисперсионно-твердеющих аустенитных нержавеющих сталей. Одна, известная под маркой 17-10Р, номинально содержала 17 % хрома, 10 % никеля и 0,25 % фосфора. Дисперсионное твердение достигалось вследствие образования фосфидов, но проблема кристаллизационных трещин привела к тому, что этот состав был не признан. Также не используется сегодня и другая сталь марки 3311 с номинальным химическим составом: 22 % хром, 23 % никель и 3,25 % алюминий.

Дисперсионно-твердеющие (PH) нержавеющие стали названы так, поскольку они получают значительную часть своей прочности в результате реакций дисперсионных выделений. Они входят в состав одной группы, так как содержат элементы, которые образуют мелкодисперсные выделения при термической обработке. Упрочнение большинства таких сталей также происходит за счет образования мартенсита. Дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали, часто имеющие приставку PH, могут классифицироваться также по превалирующей микроструктуре в стали. Дополнительная классификация подразделяет стали на мартенситные, полуаустенитные и аустенитные. Автор работы отмечал, что не используемая в настоящий момент литейная сталь V2B имеет дуплексную феррито-аустенитную смешанную микроструктуру, но такая микроструктура, по-видимому, не применяется сегодня в коммерчески доступных дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталях.

Для некоторых марок дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей достижима высокая прочность при растяжении, более 1520 МПа (220 ksi), В дополнение к прочности, указанные стали в условиях применения правильной термической обработки приобретают хорошие пластические свойства, включая ударную вязкость. Рабочие температуры обычно ограничены величиной 315 °C (600 °F) при длительной эксплуатации, хотя аустенитные марки дисперсионно-твердеющих сталей могут использоваться при температурах 650 °C (1200 °F) или даже выше. Коррозионная стойкость большинства дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей приближается к стойкости стали марки 304. Условия термической обработки влияют на коррозионную стойкость и должны тщательно контролироваться, если важна коррозионная стойкость,

Чаще всего, мартенситные марки подобных сталей используют для изготовления клапанов, шестерен, шпонок и валов. Полуаустенитные дисперсионно-твердеющие стали применяют для изготовления сосудов, работающих под давлением, рам самолетов и хирургического инструмента. Корпуса и некоторые другие детали газотурбинных двигателей, а также турбинные лопатки изготавливают из аустенитных дисперсионно-твердеющих сталей. Например, многие детали двигателей космического челнока Space Shuttle изготовлены из аустенитной стали марки А-286, также известной под маркой 660.

Несмотря на сочетание высоких прочности и коррозионной стойкости, дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали используют не так широко, как другие марки нержавеющих сталей. Многие мартенситные и полуаустенитные марки таких сталей используют все шире в космической области и в оборонной промышленности. Например, баллоны высокого давления (рабочие баллоны) привода крыльев, руля и других управляющих органов самоуправляемых ракет изготавливают из дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей. Трубы ракетных аппаратов ядерных подводных лодок изготавливают из данных сталей (обычно марки 17-4РН). Это связано с требованиями прочности и коррозионной стойкости.

Поскольку многие из указанных сталей являются одновременно и мартенситными и дисперсионно-твердеющими, они плохо обрабатываются по сравнению с другими марками нержавеющих сталей и требуют специальной термической обработки. Например, некоторые марки таких сталей должны быть обработаны холодом после сварки и перед послесварочной термической обработкой для обеспечения полного превращения остаточного аустенита, В связи со сложностью обработки и малотоннажного использования, указанные стали в общем дороже по сравнению с другими марками нержавеющих сталей. Наиболее часто их используют там, где высокопрочные конструкционные стали не обеспечивают достаточную коррозионную стойкость.