Углерод является одним из основных элементов промышленной стали. Эксплуатационные характеристики и структура стали во многом определяются содержанием и распределением углерода в стали. Влияние углерода особенно значительно в нержавеющей стали. Влияние углерода на структуру нержавеющей стали проявляется главным образом в двух аспектах. С одной стороны, углерод является элементом, стабилизирующим аустенит, и его эффект велик (примерно в 30 раз больше, чем у никеля), с другой стороны, из-за высокой степени сродства углерода к хрому. Большая степень сродства к хрому – сложный ряд карбидов. Поэтому с точки зрения прочности и коррозионной стойкости роль углерода в нержавеющей стали противоречива.
Учитывая закон этого влияния, мы можем выбирать нержавеющие стали с различным содержанием углерода в зависимости от различных требований к применению.
Например, стандартное содержание хрома в пяти марках стали 0Crl3~4Cr13, наиболее широко используемых в промышленности и наименее распространенных, установлено на уровне 12~14%, то есть учитываются факторы образования карбида хрома из углерода и хрома. Решающая цель состоит в том, чтобы после соединения углерода и хрома в карбид хрома содержание хрома в твердом растворе не было ниже минимального содержания хрома в 11,7%.
Что касается этих пяти марок стали, то из-за различий в содержании углерода их прочность и коррозионная стойкость также различаются. Коррозионная стойкость стали 0Cr13~2Cr13 лучше, но прочность ниже, чем у стали 3Cr13 и 4Cr13. Она в основном используется для изготовления конструкционных деталей.
Благодаря высокому содержанию углерода, эти два сорта стали обладают высокой прочностью и в основном используются при изготовлении пружин, ножей и других деталей, требующих высокой прочности и износостойкости. В качестве другого примера, для преодоления межкристаллитной коррозии хромоникелевой нержавеющей стали 18-8 содержание углерода может быть снижено до менее 0,03%, или может быть добавлен элемент (титан или ниобий), обладающий большей аффинностью, чем хром и углерод, для предотвращения образования карбидов. Например, при высоких требованиях к твердости и износостойкости, можно увеличить содержание углерода в стали, одновременно соответствующим образом повысив содержание хрома, чтобы удовлетворить требованиям к твердости и износостойкости, а также учесть определенную коррозионную стойкость. В промышленности, например, в подшипниках, измерительных инструментах и лезвиях из нержавеющей стали 9Cr18 и 9Cr17MoVCo, даже при высоком содержании углерода (0,85–0,95%), содержание хрома также увеличивается, что гарантирует необходимую коррозионную стойкость.
В целом, содержание углерода в нержавеющих сталях, используемых в настоящее время в промышленности, относительно низкое. Большинство нержавеющих сталей имеют содержание углерода от 0,1 до 0,4%, а кислотостойкие стали — от 0,1 до 0,2%. Нержавеющие стали с содержанием углерода более 0,4% составляют лишь небольшую долю от общего числа марок, поскольку в большинстве условий эксплуатации нержавеющие стали всегда имеют в качестве основного назначения коррозионную стойкость. Кроме того, более низкое содержание углерода также обусловлено определенными технологическими требованиями, такими как легкость сварки и холодной деформации.
Дата публикации: 27 сентября 2022 г.
