ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аустенитные нержавеющие стали из "Достижения науки о коррозии и технология защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов" Аустенитные нержавеющие стали существенно отличаются по своим свойствам от рассмотренных выше ферритных и мартенситных сталей. Они имеют кристаллическую решетку г. ц. к., и всему этому классу сталей свойственна, помимо стойкости против общей коррозии, относительная невосприимчивость к водородному охрупчиванию и некоторым типам КР. Однако будет показано, и это совпадает с выводами других работ, что аустенитные нержавеющие стали значительно различаются между собой по свойствам,, поэтому нет смысла делать широкие обобщения о классе в целом. Сразу отметим, что для этих сплавов, как и для рассмотренных выше, важную роль играют факторы состава и микроструктуры. [c.66] Аустенитные нержавеющие стали по существу представляют собой тройные сплавы Fe—Сг—Ni. Основные легирующие элементы содержатся в количестве, % Сг 15—25 и Ni 7—25 (табл. 3). Никель и хром действуют совместно (хотя обычно считается, что никель является стабилизатором аустенита, а хром — стабилизатором феррита) хром стремится предотвратить образование мартенсита в присутствии никеля и тем самым расширяет область существования метастабильного аустенита. Если соотношение Сг Ni становится большим, то появляется тенденция к сохранению б-феррита (высокотемпературной ферритной фазы). На рис. И показано примерное соотношение различных фаз при комнатной температуре [65]. Необходимо отметить, что это не равновесная, а скорее мета-стабильная диаграмма. [c.66] Мы полагаем, что тип скольжения, который в рассматриваемых сплавах может контролироваться посредством ЭДУ, является одной из важных характеристик, определяющих, каким образом никель и хром влияют на стойкость стали против водородного охрупчивания и КР (по крайней мере, в хлоридных средах). Были предложены и другие объяснения эффектов, связанных с содержанием никеля и хрома в аустенитных сталях. Согласно одной модели, например, никель влияет на электрохимические процессы у верщины трещины, изменяя скорость локальной катодной реакции [77]. Однако подобным представлениям трудно придать универсальную форму, которая объясняла бы и наблюдающиеся параллели между данными по КР и результатами испытаний в газообразном водороде. [c.68] Имеются также доказательства того, что планарность скольжения не является достаточным условием для восприимчивости к КР [66, 70]. Все же отмеченное выше сходство, во-первых, позволяет предположить, что процесс КР в рассматриваемых сталях содержит вклад водородного охрупчивания так же, как и вклад анодного растворения, и, во-вторых, показывает, что как при КР, так и при водородном охрупчивании металлургические факторы играют важную роль. Дальнейшее рассмотрение этого вопроса мы отложим до общего обсуждения. [c.70] К другим элементам, обычно входящим в состав аустенитных нержавеющих сталей, относятся Мп (1—2 %), С (0,03—0,25%), N (0,02—0,30%) и Si (1—3%), Р (часто присутствует как загрязняющая примесь). Влияние марганца на стойкость аустенитных сталей против КР может быть различным. Наименее сом1штель-ные эксперименты [66] не показали никакого эффекта. [81], но за пределами обычного диапазона 1—2% наблюдались случаи как положительного, так и отрицательного влияния марганца [66, 68, 69, 82]. Есть данные о том, что при испытаниях во влажных условиях концентрации марганца 3% снижают стойкость против КР [83]. Эксперименты в газообразном водороде при еще более высоком содержании марганца в стали показали явный отрицательный эффект [39, 84]. Добавки марганца, часто предназначенные для замещения никеля, вводятся с целью повышения растворимости азота и, следовательно, потенциальной упрочняемости сплава. Поэтому наблюдаемые эффекты могут быть отчасти связаны с усилением планарности скольжения, вызываемым азотом, как будет показано ниже. Кроме того, марганец повышает ЭДУ в меньшей степени, чем никель. Очевидно, необходимы дополнительные исследования влияния марганца на стойкость аустенитных сталей против как КР, так и водородного охрупчивания. [c.70] Поведение азота отличается от поведения углерода тем, что любые добавки азота ускоряют КР [66—69, 80, 82, 85—87]. Это ускорение несколько усиливается в результате низкотемпературного старения [88], что может быть результатом взаимодействия с углеродом [69, 85]. Подобным же отрицательным образом наличие азота отражается и на стойкости против водородного охрупчивания, что показано на рис. 13 для сплавов 309 5 и 21 Сг—6 N1—9 Мп. Оба сплава представляют стабильные аустениты, т. е. не образуют мартенсит при деформации и имеют очень близкие значения ЭДУ (-35 мДж/м2) [68]. [c.71] На рис. 17 показан пример протяженных дислокационных узлов в сплаве 21 Сг—б N1—9 Мп. Однако, как видно из рис. 13, этот сплав более чувствителен к охрупчиванию при наводорожи-вании, чем сталь 309 5, очевидно, из-за наличия добавки —0,3% Ы, которую вводят для улучшения прочностных свойств. Отрицательное влияние с очевидностью демонстрируют также данные, представленные на рис. 14. [c.71] Было установлено, что присутствие азота приводит к планарному расположению дислокаций в нержавеющих сталях [78]. [c.71] Однако это влияние осуществляется не посредством изменения значения ЭДУ, а связано, по-видимому, с образованием кластеров атомов азота. Планарное скольжение обусловлено дислокационным вырезанием кластеров [68(, 78], что облегчает последующее скольжение плоскости и ингибирует поперечное скольжение. Такая интерпретация согласуется с упомянутым выше эффектом старения [88], так как при старении могут образовываться кластеры. Согласуется она таюке с данными об уменьшении влияния азота в сплавах, где очень легко происходит поперечное скольжение [80], и об увеличении потерь пластичности (уменьшение относительного сужения) при возрастании планарности скольжения (см. рис. 14). [c.71] Элементы ЫЬ и Т1 вводят в сплав для повышения стойкости к сенсибилизации, поскольку они образуют карбиды. Однако присутствие таких добавок уменьшает стойкость против КР в хлоридных средах [66, 67, 81, 82, 89]. Установлено [94], что в малых количествах как ниобий, так и титан уменьшают ЭДУ нержавеющей стали. В то время как малые добавки титана снижают стойкость против КР [81, 82, 87], введение 2% Ti дало положительный эффект [91]. Таким образом, может существовать некоторое значение его концентрации, при котором стойкость против КР достигает минимума. Как и в случае кремния, положительное влияние больших добавок титана может быть связано со стабилизацией б-феррита. В работах [66, 91] для объяснения положительного влияния больших добавок Т1, 51, V и А1 предполагается, что уже 5%-ная объемная доля б-феррита способна вызывать притупление трещин, распространяющихся в аустените. Этот вопрос будет рассматриваться в дальнейшем, а здесь еще раз следует отметить, что титан и ниобий в таких количествах, которые заведомо остаются в растворе, отрицательно влияют на стойкость сталей. [c.73] Как отмечалось для ферритных сталей, при наличии в составе сплава нескольких легирующих добавок их трудно считать независимыми и пытаться оценить влияние каждого элемента в отдельности. В этом отношении очень наглядным примером являются приведенные выше данные о поведении фосфора. Поэтому большой интерес могли бы представить систематические детальные эксперименты по оптимизации сплавов на основе рассмотренных выше общих положений. Результаты таких исследований могут в каких-то отношениях изменять сделанные здесь выводы, а иногда и противоречить им. [c.74] Аустенитные стали имеют, как правило, однофазную микроструктуру. Основными исключениями являются присутствие б-феррита (при наличии в достаточном количестве стабилизирующих его элементов, таких как хром, кремний или титан) и образование (в некоторых сталях) индуцированного деформацией мартенсита. Мартенсит может быть представлен или о, ц. к. а -фазой, или г. п. у. 8-фазой, или обеими фазами вместе в зависимости от стали. Согласно некоторым данным присутствие б-фазы повышает стойкость против КР [66, 91, 96], хотя этот вывод мог быть более однозначным, если бы одновременно были исследованы и стали без феррита [66, 91]. При испытаниях в водороде, где основным эффектом является уменьшение параметра относительного сужения, наличие 6-феррита влияет на морфологию разрушения растрескивание происходит по границам аустенита и б-фазы [97]. В сталях 3041 и 3095 такое изменение морфологии разрушения не сопровождалось дополнительным уменьшением относительного сужения по сравнению со сплавом без феррита [72, 97, 98]. Можно предположить, что б-феррит способен оказывать влияние на распространение трещины либо как менее растрескивающаяся фаза, либо как фаза, в которой затруднен процесс электрохимического заострения вершины трещины (этот процесс будет более подробно рассмотрен в дальнейшем) [60, 64]. Поскольку при испытаниях в водороде этот процесс не происходит, в этих условиях (потери вязкости) роль б-феррита должна быть другой. [c.75] Образование а и -мартенсита часто предлагалось считать определяющим признаком восприимчивости аустенитных сталей к )астрескиванию под воздействием среды. Однако еще в обзоре 99] были приведены убедительные доводы против того, чтобы отводить мартенситу слишком важную роль в КР. Аналогичным образом считаются преувеличенными и предположения о большом значении мартенсита при водородном охрупчивании [39, 72, 74, 84, 100, 101]. Существует довольно общая корреляция между стабильностью аустенита и склонностью к КР и разрушению, индуцированному водородом, хотя известно и много исключений. [c.75] Важной микроструктурной особенностью является также выделение карбидов на границах зерен, или сенсибилизация. [c.76] В аустенитных нержавеющих сталях текстура после умеренной деформации или отжига бывает выражена слабо, поэтому не приходится ожидать существенного влияния этого фактора на поведение материала. Размер зерна [116] может иметь значение. При уменьшении размера зерна отмечено некоторое ослабление растрескивания при динамическом нагружении [105], а также при испытаниях под нагрузкой, составляющей определенную долю предела текучести (статистические данные) [101, 106]. Есть предварительные указания на наличие такого же эффекта при водородном охрупчивании стали 304L [107]. [c.77] Вернуться к основной статье