Нержавеющая сталь используется в виде сортового, трубного и листового проката для производства деталей, узлов и готовых изделий, которые сочетают коррозионную стойкость и высокую прочность. Они стали востребованными в разных отраслях, от пищевой и химической промышленности до энергетики, авиа- и машиностроения. Чтобы улучшить механические свойства и получить изделия с заданными характеристиками, применяют разные способы термообработки нержавеющей стали. Выбор зависит от марки материала и поставленных задач.
Виды и характеристики нержавейки
Нержавеющая сталь представляет собой сплав железа с различными добавками, вид и доля которых влияют на физико-механические характеристики и определяют условия обработки и эксплуатации. Легирующими компонентами служат углерод, титан, ниобий и другие элементы. Антикоррозионные свойства получают путем добавления хрома. Благодаря никелю материал становится жаропрочным и пластичным, улучшается качество соединений при сваривании и уменьшается скорость распространения коррозии.
Марки, химический состав и другие особенности нержавейки регламентирует ГОСТ 5632-2014. Согласно ему коррозийно-стойкие стали разделяются классы и могут иметь следующую структуру:
- Аустенита. Такой металл применяют в химической, судостроительной и пищевой отрасли, при выпуске бытовой техники и для производства посуды. Он отличается высоким содержанием хрома и никеля, что обеспечивает максимальную коррозионную стойкость, пластичность и прочность. При этом магнитные свойства почти не выражены.
- Феррита. Материал относительно недорогой, имеет хорошие магнитные свойства и пластичность. За счет структуры становится более стойким к коррозии, кислотным растворам и другим агрессивным средам. Используется в нефтегазовой отрасли и тяжелой промышленности, при производстве труб и отопительного оборудования.
- Мартенсита. Внутренняя структура обеспечивает стойкость к агрессивным веществам после закалки и отпуска, значительную прочность, максимальную твердость и жаропрочность. Стали применяют для изготовления режущего инструмента, ответственных конструкций и деталей, которые подвергают воздействию высоких температур и нагрузок.
В сферах, где необходимо наличие специфических характеристик, применяют дуплексные нержавеющие стали. Они сочетают две структуры и объединяют свойства разных классов, поэтому стали востребованы в промышленном производстве, строительстве и машиностроении.
| Класс | Описание |
|---|---|
| Аустенит | Высокая коррозионная стойкость, пластичность и прочность. Применяется в пищевой, химической промышленности. |
| Феррит | Хорошие магнитные свойства, низкая цена. Подходит для нефтегазовой отрасли и тяжелых условий эксплуатации. |
| Мартенсит | Максимальная прочность, твердость и жаростойкость. Используется для изготовления режущего инструмента и ответственных конструкций. |
| Дуплекс | Объединяет свойства двух структур. Подходят для промышленного производства, строительства и машиностроения. |
Каждый класс нержавейки имеет свои особенности проведения термообработки. Способ, вид и режим теплового воздействия подбирают с учетом структуры и состава материала.
Варианты термообработки
В основе любого вида термообработки – последовательное выполнение трех операций. Сначала металл нагревают разными способами до определенной температуры и выдерживают. Затем охлаждают. Скорость и среду подбирают с учетом типа термической обработки, состава и структуры нержавеющей стали, требуемых свойств готовой продукции.
Закалка
При таком способе термообработке заготовки и детали из нержавейки нагревают температуры, при которой исходная структура меняется и после выдержки и быстрого охлаждения. Благодаря такому эффекту материал становится более износостойким, твердым и прочным. Для снижения температуры стальных заготовок в процессе закалки применяют разные охлаждающие среды, которые имеют свои достоинства и недостатки. К таким веществам относятся:
- Вода. Она наиболее доступна, стоит недорого и обеспечивает быстрое охлаждение за счет низкой температуры кипения. Основные недостатки водной среды заключаются в увеличении хрупкости металла и формировании крупных вкраплений, которые могут стать причиной микротрещин на поверхности. Такое охлаждение нельзя применять при закалке листового проката и тонкостенных изделий.
- Масло. Минеральные масляные составы имеют высокую температуру закипания, что снижает вероятность укрупнения структуры металла и возникновения дефектов. Такая среда используется по технологическим требованиям, поскольку увеличивает стоимость проведения закалки и склонна к возгораниям.
- Щелочи. Взаимодействие с охлаждаемыми деталями аналогично закалке с применением воды, однако компоненты раствора придают поверхностному слою при остывании дополнительные свойства. Температура снижается более равномерно, поэтому среда может использоваться при закаливании тонкостенных изделий и листового проката.
Для охлаждения также применяют инертные газы и воздух. Главное отличие закалки заготовок из нержавейки от углеродистых сталей обусловлено показателями термостойкости и заключается в нагреве до температуры минимум +980…+1010 °C.
Отпуск
После процесса закаливания многих марок нержавеющей стали заготовки становятся хрупкими и менее стойкими к ударам и механическим повреждениям. Отпуск позволяет получить мелкозернистую структуру материала. Термообработка проводится обычно после закаливания и предусматривает нагревание до умеренных показателей температуры, продолжительную выдержку и медленное охлаждение. Отпуск позволяет:
- снизить внутренние напряжения в металле;
- увеличить ударную вязкость;
- повысить износостойкость, прочность и твердость.
При выборе режима нагрева и способа охлаждения учитывают назначение и условия эксплуатации деталей и готовой продукции. Низкий отпуск с повышением температуры заготовок до +200…+250 °C и остыванием в масляных или солевых растворах применяют для термообработки измерительных и режущих инструментов.
Средний предусматривает нагрев в пределах +400-450 °C и охлаждение под воздействием воздушных масс. Такой режим приводит к увеличению вязкости и незаменим для узлов и деталей, которые многократно подвергаются деформациям. Высокий отпуск нагреванием до +600-700 °C применяют для изделий из нержавеющей стали с эксплуатацией в условиях повышенной влажности.
Отжиг
Цель такого метода при термообработке разных марок нержавейки заключается в перекристаллизации внутренней структуры. При нагревании, выдержке и медленном охлаждении металл становится более однородным, снимаются напряжения, уменьшается твердость, повышается пластичность и вязкость. Отжиг способствует снижению хрупкости и упрощает дальнейшую обработку заготовок из нержавейки путем штамповки или резания. Уменьшает вероятность появления различных дефектов, включая разрывы и трещины.
Показатели температуры нагрева, длительность выдержки, скорость остывания и вид охлаждающей среды при отжиге подбирают с учетом состава металла и заданных характеристик готовых изделий.
Особенности применения термообработки
Для нержавеющих сталей применяют и другие варианты термообработки. Нормализация способствует появлению более однородной структуры по сравнению с закалкой и охлаждением в водной среде или в минеральных маслах. Чтобы повысить прочность материала, можно использовать старение. Нужный эффект достигается за счет осаждения внутри мелких частиц, процесс термообработки проводится при строгом контроле показателей температуры.
При выборе из востребованных способов теплового воздействия учитывают класс и тип структуры нержавейки. Чтобы обеспечить баланс коррозионной стойкости и прочности у дуплексных сталей, необходимы особые режимы. Нержавейка со структурой мартенсита подвергается закалке в сочетании с низким или средним отпуском и становится более твердой. Для класса аустенита применяют т отжиг. После такой термообработки пластичность материала существенно увеличивается.
Правильный выбор термической обработки с учетом особенностей разных марок нержавеющей стали позволяет получить детали и готовые изделия с нужными механическими и эксплуатационными свойствами.
Комментарии к статье
Пока нет комментариев. Будьте первым!