Разновидность железа с высокими параметрами легирования, легко сохраняющая все характеристики даже при на очень сильном холоде, морозе – это аустенитная сталь. Представляет собой прочный материал, устойчивый к сильному нагреву и большим нагрузкам. Кристаллизуясь, образует гранецентрированную решетку, которая не трансформируется даже при резком снижении температуры до -200 градусов. Делится на несколько групп – та, где содержится много железа, на никелевой или железоникелевой базе.

Никель в аустенитной стали более пластичен, увеличивает стойкость материала к интенсивному нагреву и его технологичность. Хром добавляет жаростойкости, усиливает сопротивляемость ржавчине. Для легирования используют ферритизаторы и аустенизаторы. К первым относятся разные вещества вроде молибдена или кремния. Аустенизаторы – это углерод, азот, марганец.

Основные свойства

Нержавеющая аустенитная сталь: характеристики, особенности, применение

Здесь все зависит от классификации материала. Сплавы делятся на аустенитно-ферритные и аустенитно-мартенситные. В структуре первых много хрома и меньше никеля. Как писалось выше, используют и ферритизаторы, вроде молибдена, для дополнительного легирования. В итоге, сталь обладает повышенной устойчивостью к коррозии, не растрескивается, отличается отменной прочностью.

В аустенитно-мартенситных сплавах много углерода, а вод содержание хрома снижено. Такой материал применяют после термической обработки, его поверхность дополнительно шлифуется или полируется. Этот тип аустенита часто становится основой для бритвенных лезвий, лопастей турбин. Нередко из них делают ложки или вилки. Бывают и дисперсионно-твердеющие составы с уплотнителями.

Какие есть разновидности

Среди всех существующих разновидностей железа стали аустенитного класса стоят дороже всех. Так получилось потому, что в них добавляют хром и никель, реализуемые по высоким ценам. Дополнительные легирующие компоненты тоже увеличивают стоимость материала, ведь с их помощью создают сплавы, обладающие особыми характеристиками. Добавляются и другие ингредиенты, в зависимости от сферы применения.

В зависимости от преобладающих характеристик, аустенитная сталь делится на несколько разновидностей. Каждый тип имеет свои особенности.

Жаропрочные

Материал, характеристики которого остаются неизменными при критическом повышении температуры. Выдерживает нагрев до 1100 градусов, имеет ГЦК решетку. Самый распространенный легирующий компонент – хром. Он усиливает жаропрочность и жаростойкость. Сплавы с высокой устойчивостью к критическому, интенсивному нагреву, особенно хороши для производства элементов печей, турбинных роторов электростанций и прочего оборудования, для работы которого нужен дизель.

Жаропрочная модификация железа содержит и дополнительные примеси. Это такие элементы как молибден, ванадий и другие. Химические вещества в составе значительно повышают стойкость к нагревам. Этот материал хорош и для производства запчастей, которые долго работают при повышенных нагрузках.

Нержавеюшие или коррозионностойкие

Нержавеющая аустенитная сталь: характеристики, особенности, применение

Длительное время противостоят разрушению при контакте с агрессивными средами, сильных нагревах или охлаждениях. Аустенитная нержавеющая сталь очень прочная и не портится даже в составе, вступающем в непосредственную реакцию с ее ингредиентами. Этот материал не боится химической и электрохимической коррозии. Большая часть его состава на никелевой основе, также присутствует хром и углерод.

Высоколегированная коррозионностойкая сталь часто применяется в промышленном производстве. Так как углерода в ней мало, она выдерживает очень высокие температуры. Хром, которого большинство, создает на поверхности плотную защитную пленку, обеспечивающую стойкость к коррозии. Так, материал не портится после контакта с азотом или водой.

Хладостойкие

Хладостойкостью называется способность долго сохранять структуру в условиях криогенной температуры. Из-за искаженной кристаллической решетки строение стали может становиться таким же, как у малолегированной стандартной. В составе этого материала много никеля и хрома. Правда, полноценные свойства он приобретает только на морозе. При комнатной температуре характеристики хладостойкой стали ослабевают.

В качестве легирующих добавок чаще всего используют марганец и вольфрам. Эти вещества усиливают способность аустенита сопротивляться сильному охлаждению. Такой материал наиболее востребован при производстве спецтехники. Из него делают станки, оборудование для предприятий, работающих на Крайнем Севере и прочих холодных регионах. Задействованы хладостойкие сплавы и в космической промышленности.

Что можно получить

Этот класс сплавов с дополнительными легирующими примесями образует разные структурные контролируемые превращения. Это, например:

  • феррит. Получается в случае, когда состав разогревают и он достигает очень высокой температуры;
  • перлит. Распространенная структура металла, выглядит, как пластины или зерна небольшого размера. Всегда образуется тогда, когда заготовка медленно остывает вместе с самой печью, в которой находится, до 730 градусов. В этом случае происходит эвпектоидный распад, вызывающий трансформацию кристаллической решетки. Этот процесс называется также превращением, из-за него в составе становится больше феррита и цементита;
  • мартенсит. Пластинчатая структура из тонких реек и иголок. Получается после резкого охлаждения изделия, например, когда его вынимают из горячей среды и сразу кладут в холодную – например, опускают в воду.

Возможна также межкристаллическая коррозия, которая, по возможности, не должна развиваться. Она разрушает структуру материала изнутри, затрагивая не только поверхность, но и внутренние слои. Если железо разогреть до 900 по Цельсию и выше, в нем повышается количество карбидов. Именно они провоцируют развитие коррозии.

Любое преобразование аустенитной стали легко предусмотреть и реально контролировать. Нужно следить за температурой в процессе разогрева или охлаждения материала. Чем меньше примесей в сплаве, тем быстрее он кристаллизуется.

Какая бывает маркировка

Разобравшись, какие стали относятся к аустенитным сталям, стоит также рассмотреть, как их маркируют на предприятиях. Как правило, марка определяется в зависимости от того, какие вещества присутствуют в структуре материала. Изменение последней строго контролируется специалистами в процессе металлообработки. Аустенит – это одно из состояний при термической обработке. В случае дальнейшего закаливания получается перлит, мартенсит и прочие виды.

ГОСТ на аустенитные стали четко определяет требования к каждой марке. Маркировка состоит из цифр и букв. По последним определяют примеси – указывают ту, которой больше всего в процентном соотношении. Если добавок мало, их прописывают только в техническом паспорте на материал. Цифры в маркировке есть всегда, по ним определяют количество углерода в сотых долях. Затем указывают процентное соотношение легирующих компонентов.

Как получают

Для производства аустенита необходимо появление и рост зерен в первичной структуре. При возникновении карбидов сначала заметно повышается зернистость поверхности, со временем заготовка полностью меняется по толщине. Есть и второй способ изготовления, когда перлитную модификацию нагревают до 900 градусов. Тогда в материале присутствуют цементит и феррит. Чтобы это превращение состоялось, в стали должно быть не меньше 0,66% углерода.

Когда температура нагрева превышает 900 градусов, ферритная структура трансформируется в аустенитную. В итоге получается разновидность металла со своими характерными особенностями. Цементитная структура полностью исчезает. Выходит аустенитная нержавеющая сталь, устойчивая к коррозии, с прекрасными показателями прочности и плотности.

Еще один способ – использовать титановую смесь. Тогда заготовка из металла находится в индукционной печи с поддержанием вакуума. Сначала температура резко повышается до очень высокой, а потом долго поддерживается на этом уровне. Так, из сплава удаляются атомы азота. Это происходит быстро или медленно – все зависит от веса изделия. Позже для образования нитрида добавляют металлические и неметаллические компоненты, например, титан.

Основная методика

Нержавеющая аустенитная сталь: характеристики, особенности, применение

Главный способ производства предполагает создание высоколегированного сплава с содержанием хрома и никеля. Полученный со всех веществ раствор сильно нагревается и поддерживается в таком состоянии. В итоге материал приобретает следующие свойства:

  • стойкость к коррозии;
  •  жаростойкость, прочность;
  • повышенное количество карбидов.

Чтобы увеличить прочность и вязкость стали, добавляют также фосфор и молибден.

Где применяются

Аустенитная сталь востребована при производстве устройств, которые постоянно работают при высокой температуре, 200 градусов и выше. Это, к примеру:

  •  паровые генераторы;
  •  турбины;
  • механизмы для сваривания;
  • роторы.

Применение аустенитной стали имеет один важный нюанс, а точнее, недостаток. Такой металл имеет невысокую прочность. Если сплав железа слишком долго контактирует с гидроокисью, рабочие поверхности трескаются. Чтобы избежать этого, понадобятся добавки в виде химических элементов, таких, как ниобий или ванадий.

Нержавеющие аустениты хороши для производства механизмов, постоянно применяемых в сложных условиях. Например, чаще всего с их помощью сваривают коррозионностойкие трубы. Когда это происходит, между крепежами появляется шовное пространство. В случае нагрева такие трубы становятся монолитными, надежно защищенными от температурных перепадов и окисления.

Из аустенитной стали делают детали радиоэлектронных установок. Этот материал не боится электромагнитных излучений. Когда магнитное поле меняет структуру, характеристики сплава полностью сохраняются. Так, радиотехническое оборудование легко принимает любые сигналы и исправно работает в каких угодно условиях, включая очень сложные.

Кроме того, аустенитные стали используются:

  • для механизмов, которые во время работы постоянно находятся в воде;
  • в современных турбинных корпусах;
  •  для крепких конструкций роторов в турбинах.

Но при применении материала нужно готовиться к большим расходам, так как его стоимость высока.

Как происходит термообработка

Аустенитная сталь относится к категории труднообрабатываемых, несмотря на ее повышенную прочность и другие характеристики. Чтобы модифицировать структуру или изменить свойства материала, его подвергают отжигу или закалке. Можно использовать только один из этих двух способов термической обработки. Так, отжиг предполагает разогрев заготовки в течение 2-3 часов до 1200 градусов и последующее охлаждение. Путем такой обработки сплав становится более гибким и менее жестким.

Двойная закалка включает нормализацию сплава при температуре 1200 и повторную закалку при 1000 градусах. В итоге аустенит становится пластичным, легко выдерживает нагрев. Для повышения эффекта перед самой эксплуатацией прибегаю к методике старения.

На производстве сталь проходит механическую обработку на специализированных станках. Это мощное оборудование, которое легко выполняет подобные задачи. Если выбрать неподходящий станок, материал деформируется или образует очень длинную стружку. Это возникает потому, что сталь имеет высокие показатели вязкости.

Как сваривается

Нержавеющая аустенитная сталь: характеристики, особенности, применение

Сварка необходима для соединения аустенитных сталей. Прибегают к разным технологиям – например, часто используют луговую или электрошлаковую. Реже материал сваривают в среде защитных газов. Каждый отдельный процесс имеет свои особенности. Правильно учесть их сможет только опытный специалист, который разбирается в особенностях оборудования и свойствах самой заготовки.

Сварка требует особого алгоритма выполнения. Все потому, что при трансформации аустенитная сталь меняется и приобретает нежелательные формы. Если сваривать металл неправильно и по неподходящей технологии, шов получится некачественным. На прочность такого соединения рассчитывать не стоит.

Как химические элементы воздействуют на аустенит

В составе этой стали присутствуют различные легирующие примеси. От их характеристики зависят особенности аустенитных сталей. К ним добавляют следующие примеси:

  • хром. Если его много, на поверхности материала создается оксидная пленка, защищающая от коррозии. Это возможно только при низком содержании углерода. Иначе происходит реакция между этими двумя элементами, в результате которой образуется карбид;
  • никель. Повышает пластичность стали, часто присутствует в большом количестве. Уменьшает зернистость, способствует высокой прочности;
  •  углерод. Его добавляют совсем немного.

Присутствуют и другие вещества. Например, для химической и электрической стойкости хром заменяют азотом. Марганец и кремний стабилизируют свойства аустенита, повышают его прочность. В хладостойких сплавах обязательно присутствуют добавки в виде ниобия и титана.

Аустенит относится к очень востребованным и популярным разновидностям сплавов. Он подходит для изготовления разных деталей и оборудования. Но при работе с ним нужно учитывать множество разных моментов, чтобы не ухудшить начальные характеристики.