Страница 8: ДСТУ EN 10088-1:2008. Сталі нержавкі. Частина 1. Перелік нержавких сталей (61635)

ДСТУ EN 10088-1:2008

ДОДАТОК В (довідковий)

КЛАСИФІКАЦІЯ МАРОК
НЕРЖАВКИХ СТАЛЕЙ

Нержавкі сталі класифікують за трьома принципами:

• властивостями, які використовують; стандарти на матеріали;

• мікроструктурою; таблиці в стандартах;

• основними легувальними елементами; типи марок в таблицях.

Вони можуть додатково розділятися на стандартні та спеціальні марки.

Спеціальні марки відповідають певному призначенню з обмеженим застосуванням. Деякі лего­вані сталі в межах визначення нержавкої сталі класифікують відповідно до їх призначення як інстру­ментальні або клапанні сталі.

Корозійнотривка сталь — це сталь, що має підвищений опір до загальної та місцевої корозії в навколишньому середовищі. Захист забезпечується завдяки самочинному утворенню плівки оксиду хрому за наявності не менше ніж 10,5 % Сг. Навколишнім середовищем може бути атмосфера з пев- ною температурою (внутрішня, сільська, міська, промислова, морська) або розчин, який створює електрохімічний стан.

EN марки позначають цифровими номерами сталей (EN 10027-2) за групами:

Жаротривка сталь — це сталь, головним чином феритна або аустенітна, що має підвищений опір окисленню і впливу гарячих газів і продуктів згоряння за температури вище ніж 550 °С. В окислю­вальній атмосфері на поверхні сталі утворюється захисний окисний шар з хрому, кремнію і алюмінію. Цей оксид також зменшує корозію, пов’язану з сіркою. У відновній атмосфері, коли оксиди не утво­рюються, підвищений вміст нікелю зменшуватиме навуглецювання і азотування, але збільшуватиме чутливість до сірчаної корозії.

EN марки позначають цифровими номерами сталей за групами:

Сталь, тривка до повзучості — це переважно мартенситна та аустенітна сталь з високою трив­кістю до деформації під дією тривалого механічного навантаження за температур вище ніж 500 °С. Декілька аустенітних марок є варіантами марок у В.2.1 і В.2.2 зі спеціальним мінімальним вмістом вуг­лецю.

EN марки позначають номерами сталей в групі 1.49хх.

Ферит (а-залізо, a-Fe) має об’ємноцентровану кубічну (о.ц.к.) атомну решітку. Він магнітний і крихкий нижче за температури перетворення. Дельта-ферит (3) є залишковою о.ц.к. структурою після процесу твердіння і має такі ж характеристики.

Феритні сталі відпалюють за температур від 750 °С до 950 °С, не допускаючи утворення аусте­ніту. Термічна обробка за більш високих температур (типовий приклад, зони дії нагріву під час зварю­вання) може привести до утворення аустеніту, який перетворюється на мартенсит за охолоджування, і може також викликати крихкість, обумовлену огрублениям зерен. Ці ефекти зменшуються завдяки стабілізації вмісту С і N титаном, ніобієм або цирконієм.Як правило, феритні сталі мають погану зварюваність, що обумовлює їх чутливість до міжкрис- талітної корозії і крихкість в зоні впливу нагрівання.

У стандартах ASTM феритні марки входять в серію 400.

Мартенсит утворюється з аустеніту під час термічної обробки або холодної деформації. Він має високу міцність і є магнітним.

За температур вище ніж 900 °С і до 1000 °С ці сталі мають аустенітну структуру з високою роз­чинністю вуглецю. Під час охолоджування аустеніт перетворюється на пересичений твердий розчин вуглецю в а'-матриці з тетрагональною решіткою, тобто у мартенсит, який є стабільним за кімнатної температури.

Якщо структура містить велику кількість фериту, то сталі називаються «мартенситно-ферит- ними» або «напівферитними». Прикладом таких марок сталей є марки 1.4005 та 1.4006.

Традиційні мартенситні сталі мають високий вміст вуглецю в межах від 0,08 % до 1 %. Вони зміцнюються на повітрі під час охолоджування, але їх механічна міцність може бути збільшена гарту­ванням. Вид охолодження (повітря, олива або вода) вибирають для кожної марки. Пластичність поліп­шують за допомогою відпуску перед застосуванням. За вмісту вуглецю > 0,20 % вони погано зварю­ються.

Мартенситні сталі також одержують з низьким вмістом вуглецю (макс. 0,06 %) і від 3 % до 6 % Ni. Ці сталі мають збалансований склад, що збільшує стабільність аустеніту після зміцнення і нагрівання, їх називають «мартенситно-аустенітними» або «нікель-мартенситними». Ці сталі мають відносно задовільну зварюваність. Прикладами таких марок є 1.4313 та 1.4418.

Тип сталей з низьким вмістом вуглецю одержав подальший розвиток як супермартенситні сталі. Типовим складом є від 11 % до 13 % Сг, від 2 % до 6 % Ni, від 0 % до 3 % Мо і макс. 0,030 % С та N. їх висока міцність поєднується з підвищеними ударною в’язкістю і зварюваністю. Прикладом є сталь 1.4415 (X2CrNiMoV13-5-2).

У стандартах ASTM мартенситні сталі відносять до серії 400.

Після відпалу і гартування на твердий розчин виділення інтерметалевих з’єднань, карбідів, нітридів або фаз з міддю з мартенситною структурою приводять до підвищення міцності.

Особливі умови термічної обробки можуть регулюватися залежно від необхідного рівня механічних властивостей; режими обробки забезпечуються виробником. Прикладом марок є 1.4568,1.4542 та 1.4594.

Аустеніт (гамма-залізо, y-Fe) має гранецентровану кубічну (г.ц.к) атомну решітку. Він є немагніт­ним і пластичним в широкому температурному інтервалі від криогенних до температур повзучості. Аустеніт не проявляє крихкого зламу. Міцність на розрив висока за низьких температур. За допомо­гою холодної обробки аустеніт може бути неклепаний до високого рівня міцності.

Аустенітні сталі є розчином під час нагрівання в інтервалі температур від 1000 °С до 1200 °С. Аустеніт не зміцнюється за термічної обробки. Аустенітоутворювальні елементи, такі як Ni, С та N, забезпечують аустенітну структуру, тоді як феритоутворювальні Сг, Мо та Si забезпечують феритну структуру. Загальноприйняті аустенітні сталі можуть містити невеликі кількості дельта фериту, які збільшують зварюваність. Легування елементами проникнення, зазвичай N, підвищує міцність.

Стабільність аустенітної структури залежить від кількості аустенітоутворювальних елементів. Сталі з вмістом їх на нижньому рівні можуть перетворюватися на мартенситні під час пластичної де­формації та /або під час охолоджування до низької температури. Вони називаються «метастабільні аустенітні». Типовими прикладами є марки 1.4310 та 1.4318.

Невеликі кількості фериту та високий вміст хрому і молібдену можуть сприяти виділенню сигма- фази (о), яка є крихкою. Критичним інтервалом температур виділення цієї та інших інтерметалідних фаз є діапазон температур від 600 °С до 900 °С.

Стабільні аустенітні марки без фериту називаються «повністю аустенітними» і потребують особ­ливої обережності під час гарячої обробки і зварювання. Типовими прикладами є марки 1.4466 та 1.4539.

Марки з підвищеною тривкістю в агресивних навколишніх середовищах до корозії, обумовленої високим вмістом хрому, молібдену і азоту, можуть називатися «супераустенітними». Типовими прикла­дами є марки 1.4547 та 1.4652.Металеві матеріали, згруповані в CR ISO 15608, визначають окрему групу 8.2 аустенітних ста­лей з типовим вмістом хрому вище ніж 19 %. Ця група включає всі супераустенітні і більшість по­вністю аустенітних сталей.

У стандартах ASTM аустенітні марки з вмістом марганцю, рівним або нижче ніж 2 %, відносять до серії 300.

Ці сталі мають добре збалансовану двофазну структуру з вмістом фериту між ЗО % та 50 %. Властивості щодо міцності вищі, ніж у аустенітних сталей, отже, для холодної деформації потрібна велика потужність. Ці сталі мають підвищену тривкість проти утворення корозійних тріщин за напру­ження.

Сигма-фаза й інші фази, які мають можливість знижувати ударну в’язкість і корозійну тривкість, можуть швидко утворитися в інтервалі температур від 600 °С до 900 °С в основному з фериту. Отже, гаряче штампування треба виконувати вище за ці температури і з подальшим швидким охолоджен­ням. Під час зварювання необхідне швидке охолодження в цьому інтервалі.

Металеві матеріали, згруповані в CR ISO 15608, визначають окрему групу аустенітно-феритних сталей 10.2 з вмістом хрому вище ніж 24 %. Ця група включає «супердуплексні» марки з високим вмістом хрому, молібдену і азоту. Типові приклади — це марки 1.4410,1.4507 або 1.4501.

У стандартах ASTM аустенітно-феритні марки відносять до серії 300.

Хром і нікель є основними легувальними елементами в нержавкій сталі і визначають основний порядок класифікації в стандартах EN. «Сг-сталь» — традиційний термін для феритних марок, тоді як термін «CrNi-сталь» може бути використаний для аустенітних марок.

Молібден покращує корозійну тривкість, особливо проти хлоридів, що викликають пітинг. Моліб­ден є шкідливим у разі окислювальних кислот, подібних азотній кислоті, і в окислювальній атмосфері за високих температур.

Аустенітні марки з Мо вище ніж 2 % можуть називатися «CrNiMo-сталь». Вони раніше називалися «кислотостійкі», що обумовлювалося їх тривкістю у разі обробки суспензією бісульфату.

Марганець додають як замінник нікелю для утворення аустеніту і підвищення розчинності азоту. Металеві матеріали, згруповані в CR ISO 15608, визначають окрему групу аустенітних сталей з вмістом марганцю від 2 % до 9 %.

У стандартах ASTM аустенітні сталі із вмістом марганцю вище ніж 2 % відносяться до серії 200.

Карбіди хрому можуть виділятися по межах зерен під час повільного охолодження після терміч­ної обробки або зварювання і викликати міжкристалітну корозію за контакту з корозійним середови­щем. Інтервал критичної температури від 600 °С до 800 °С. Сучасним методом уникнення міжкриста- літної корозії є виробництво сталі з вмістом вуглецю < 0,030 %, так звані LC-сталі (низький вуглець), в яких увесь вуглець залишається в твердому розчині й не з’єднується з хромом, утворюючи виді­лення карбіду хрому. Традиційний метод вказано в В.4.6.

ВА.бАзот

Азот, який є сильним аустенітно-утворювальним елементом, додають в сталь як замінник нікелю для утворення аустеніту і для підвищення міцності і опору точковій корозії.

Введення титану, ніобію та/або цирконію запобігає виділенню хромистих карбідів за подальшої термічної обробки та/або в процесі зварювання. Стабілізація була переважним методом у 1960-х ро­ках до того, як успіхи в технології дозволили виробляти низьковуглецеві сталі дешево і надійно. Ста­білізовані марки показують хороші властивості щодо міцності приблизно до температури 600 °С.

Сірка покращує відділення стружки в операціях механічної обробки і значно покращує здатність до механічної обробки. Таким чином, марки з вмістом від 0,15 % до 0,35 % S з феритною, мартенсит­ною і аустенітною мікроструктурою легко ріжуться. Проте додавання сірки знижує ударну в’язкість і опір корозії.ДОДАТОК С
(довідковий)

ЕМПІРИЧНІ ФОРМУЛИ
ДЛЯ КЛАСИФІКАЦІЇ МАРОК СТАЛІ
ЗА МІКРОСТРУКТУРОЮ

Формули, надані в таблиці С.1, використовують для характеристики марок і класифікації за гру­пами. Вони можуть бути модернізовані та гармонізовані з іншими формулами під час використання. Традиційні групи феритних, мартенситних, аустенітних сталей доповнюють перехідними групами, відміченими жирним шрифтом. Підставою для цього є середній хімічний склад для марки, тобто (мін. + макс.72). Сталі згруповані подібно групуванню металевих матеріалів в CR ISO 15608.

Формули так само можуть бути використані у виробництві сталі для статистичного контролю­вання процесу і оптимізації властивостей в межах складу.

Таблиця С.1. — Емпіричні формули для класифікації марок сталей за мікроструктурою