Влияние температуры испытаний на механические свойства хромоникелевых аустенитных сталей

Криогенные стали

К криогенным относятся стали, используемые в машинах и оборудовании для получения, хранения и транспортирования сжиженных газов с температурой кипения от -80 до -260 ^оС. Криогенные стали следует отличать от сталей северного исполнения, предназначенные для работы при температурах до – 70 ^оС.

Основным требованием, предъявляемым к криогенным сталям, является гарантированный запас пластичности и вязкости разрушения при рабочих температурах. Материал в условиях низких температур не должен обладать склонностью к хрупкому разрушению, т.е. интервал рабочих температур должен находиться выше порога хладноломкости стали. В общем случае, чем больше разница между температурой эксплуатации и порогом хладноломкости, тем выше запас вязкости материала.

В большинстве случаев в качестве криогенных материалов применяют аустенитныеCr – Ni, Cr – Mn, Cr – Ni – Mn стали, а также ферритные стали, легированные никелем.

Аустенитные хромоникелевые стали

Нержавеющие хромоникелевые стали, содержащие 18 – 20 % Cr и 8 – 12 % Ni сохраняют аустенитную структуру при охлаждении вплоть до криогенных температур, однако аустенит таких сталей нестабилен, т.е. способен претерпевать под влиянием пластической деформации мартенситное превращение, в результате которого в структуре могут возникать мартенситные фазы. Увеличение содержания хрома и никеля в составе сталей приводит к снижению температурного интервала мартеситного превращения и уменьшает интенсивность мартенситных превращений при деформации. Аустенитные хромоникелевые стали имеют невысокую прочность при комнатной температуре. Хромоникелевые стали для службы при криогенных температурах упрочняют холодной пластической деформацией, однако повышение прочностных характеристик в результате деформации сопровождается снижением пластических свойств, особенно сильно у сталей с нестабильным аустенитом, содержащим 8 – 10 % Ni.

В процессе холодной пластической деформации хромоникелевых аустенитных сталей наряду с образованием a - мартенсита возникает e - мартенсит с ГПУ – решеткой.

Если требуется сохранить высокие механические свойства вплоть до температуры абсолютного нуля в отсутствие ферромагнитных фаз, применяют хромоникелевые стали с содержанием 18 -25 %Cr и 14 – 25 % Ni. Высокое содержание хрома и никеля в этих сталях делает аустенит стабильным, полностью подавляя мартенситные превращения в процессе холодной пластической деформации и эксплуатации.

Влияние температуры испытаний на механические свойства хромоникелевых аустенитных сталей

В стали 08Х18Н20 со стабильным аустенитом наблюдается примерно одинаковый темп возрастания значений условного предела текучести (s_0,2) и временного сопротивления (s_в) при понижении температуры испытаний. Иной характер температурной зависимости присущ стали 08Х18Н10, претерпевающей в ходе низкотемпературной пластической деформации g e a - превращение. Значения условного предела текучести (s_0,2) при понижении температуры в стали 08Х18Н10 изменяется примерно так же, как и в стали 08Х18Н20, а значение временного сопротивления (s_в) растет значительно быстрее в стали 08Х18Н10 благодаря сильному влиянию a- и e - мартенситных фаз. Несмотря на монотонное снижение значений ударной вязкости хромоникелевых аустенитных сталей они сохраняют вязкий излом и значения KCU не менее 1,0 МДж/ м² вплоть до температуры – 269 ^оС. Вследствие высокого сопротивления хрупкому разрушению аустенитные хромоникелевые стали применяют до температуры – 269 ^оС.