Сталь марки 12Х18Н10Т
Сталь марки 12Х18Н10Т
Марка: 12Х18Н10Т
Класс: Сталь конструкционная криогенная
Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист толстый ГОСТ 7350-77. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Лента ГОСТ 4986-79. Проволока ГОСТ 18143-72. Поковки и кованные заготовки ГОСТ 25054-81, ГОСТ 1133-71 Трубы ГОСТ 9940-81, ГОСТ 9941-81, ГОСТ 14162-79.
Использование в промышленности: детали, работающие до 600 °С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от —196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350 °С.; сталь аустенитного класса
Свойства и полезная информация:
Удельный вес: 7920 кг/м3
Термообработка: Закалка 1050 - 1100oC, вода
Температура ковки: начала 1200 °С, конца 850 °С. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе
Твердость материала: HB 10 -1 = 179 МПа
Свариваемость материала: без ограничений, способы сварки: РДС (электроды ЦТ-26), ЭШС и КТС. Рекомендуется последующая термообработка
Обрабатываемость резанием: в закаленном состоянии при HB 169 и σв=610 МПа, Кu тв. спл=0,85, Кu б. ст=0,35
Флокеночувствительность: не чувствительна
Жаростойкость: в воздухе при Т=650 °С 2-3 группа стойкости, при Т=750 °С 4-5 группа стойкости
Предел выносливости: σ-1=279 МПа, n=107
Характеристика и особенности элекрошлаковой сварки стали 12Х18Н10Т: хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение в промышленности ввиду возможности успешного использования ее в разнообразных эксплуатационных условиях. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии после сварочного нагрева, сравнительно мало охрупчивается в результате длительного воздействия высоких температур и может быть применена в качестве жаропрочного материала при температурах ~600° С. Будучи высокопластичной в условиях глубокого холода, эта сталь используется в установках для получения жидкого кислорода.
Сварные швы конструкций, работающих в контакте с агрессивными жидкостями, должны прежде всего обладать стойкостью против межкристаллитной коррозии.
Применяемые для электрошлаковой сварки пластинчатые электроды из горячекатаных листов содержат не менее 0,10% С. При таком содержании углерода ввиду замедленного охлаждения, характерного для электрошлаковой сварки, возможно появление склонности шва к межкристаллитной коррозии. Этому способствует также крупнокристаллическое строение металла шва.
При использовании фторидных флюсов окисление титана, содержащегося в электроде, невелико и не превышает 20%. Однако даже небольшое уменьшение концентрации титана в шве при содержании 0,1% С влечет за собой снижение коррозионной стойкости. Поэтому при электрошлаковой сварке рекомендуется применять электроды из сталей с пониженным содержанием углерода, с тем чтобы концентрация его в шве не превышала 0,08%. Если его концентрация в основном металле равна 0,12%, необходимо применять пластинчатый электрод, содержащий не более 0,03% С.
Рост зерна в околошовной зоне не снижает механических свойств сварного соединения, однако он крайне нежелателен с точки зрения коррозионной стойкости околошовной зоны, особенно на участке, непосредственно примыкающем ко шву. При нагреве свариваемого металла до температур, превышающих 1200-1250° С, карбиды титана растворяются в аустените. При последующем замедленном охлаждении, особенно в интервале критических температур (875-450° С), способных вызвать распад твердого раствора, происходит выпадение карбидной фазы по границам зерен аустенита и обеднение пограничных областей последних хромом. В результате свариваемый металл приобретает склонность к межкристаллитной коррозии. Для ее предотвращения при электрошлаковой сварке необходимо применять сталь 12Х18Н10Т со строго контролируемым химическим составом: содержание углерода в ней не должно превышать 0,06%, соотношение содержаний титана и углерода Ti/C должно быть не менее 7.
Другим средством устранения склонности к коррозии сварного соединения у линии сплавления служит нагрев в течение 3-4 ч при 850-900° С с охлаждением на воздухе.
Сталь и электрод в состоянии поставки (после закалки в воду. от 1100° С) обычно имеют почти чистоаустенитную структуру с очень небольшим количеством, не более 1%, б-феррита. Металл шва вследствие дендритной ликвации содержит до 7,5% б-феррита. Это приводит к резкому снижению ударной вязкости в условиях глубокого холода.
Сварные швы на стали 12Х18Н10Т заметно уступают основному металлу в пластичности, что объясняется дендритной ликвацией углерода. Причиной пониженной ударной вязкости сварных швов является недостаточная стабильность аустенита при сверхнизких температурах. В условиях глубокого холода возможен распад аустенита по схеме А - М или А - а + К", где А - аустенит, М - мартенсит, а - вторичный феррит, К" - вторичные карбиды. Наличие небольшого количества первичного феррита в данном случае не имеет решающего значения. Об этом свидетельствуют результаты следующих опытов. Часть образцов подвергли закалке на воздухе после часового нагрева при 1080°, С, благодаря чему была ликвидирована дендритная ликвация углерода, но сохранена ферритная составляющая. Ударная вязкость шва повысилась в 2 раза (данные ниже).
Наличие закалки шва после сварки (an (МДж/м2) при различной температуре °С):
Нет - при 20 °С = 1,81; при -196 °С = 0,54
Есть - при 20 °С = 3,5; при -196 °С = 1,03
Таким образом, повышение ударной вязкости сварного шва на стали 12Х18Н10Т можно достичь устранением дендритной ликвации углерода путем высокотемпературного нагрева. В данном случае может быть применена и местная термообработка швов.
Более простое средство повышения ударной вязкости металла шва - увеличение содержания никеля в шве до 12-14%, что обеспечивает стабильную аустенитную структуру. Чтобы получить шов с таким содержанием никеля, можно использовать электроды из стали типа Х23Н18. В этом случае сварные швы без термообработки сохраняют достаточно высокую ударную вязкость в условиях глубокого холода. В случае, когда сталь 12Х18Н10Т применяется в качестве жаропрочного материала, необходимо ограничивать содержание в шве первичного феррита 5%. Это предотвращает опасность превращения δ - σ в сварном шве и обеспечивается использованием пластинчатых электродов из стали 12Х18Н10Т. Наиболее высокие показатели жаропрочности швов достигаются при повышенном содержании углерода и карбидообразуюших элементов - титана и ниобия (таблица ниже).
В случае отсутствия стали с повышенным содержанием углерода применяют электроды с содержанием 0,07-0,08% С и дополнительно науглероживают металл шва, например, путем подачи крупки древесного угля или графита на поверхность шлаковой ванны тотчас после ее наведения. При сварке металла сечением 100 X 100 мм достаточно подать 1,7 г крупки размером 1-3 мм. Содержание углерода в шве может быть увеличено также за счет введения в шлаковую ванну 10% массы шлака смеси Na2C03 (82-86%) и SiC (14-18%) или применения составного электрода из сталей 12Х18Н10Т и углеродистой. Швы стали 12Х18Н10Т отличаются грубой столбчатой макроструктурой. Литой металл шва содержит ферритную составляющую, обусловленную дендритной ликвацией. Под воздействием глубокого холода в основном металле и сварном швевозрастает количество ферромагнитной составляющей. Так, например, в стали 12Х18Н10Т, имеющей в состоянии поставки 2,5 - 3% феррита после 30 мин пребывания в жидком азоте (-196° С), количество магнитной составляющей возрастает до 7-9% (при комнатной температуре), а в сварном шве соответственно 7,5 - 8,5 и 10-12%.
Интересно отметить, что после воздействия глубокого холода в околошовной зоне наблюдается более мелкая структура, чем после сварки. Закалка разрушает столбчатую микроструктуру сварных швов и способствует некоторому растворению ферритной составляющей. Типичная для аустенитных сварных швов столбчатая макроструктура сохраняется.
Марка: 12Х18Н10Т
Класс: Сталь конструкционная криогенная
Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист толстый ГОСТ 7350-77. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Лента ГОСТ 4986-79. Проволока ГОСТ 18143-72. Поковки и кованные заготовки ГОСТ 25054-81, ГОСТ 1133-71 Трубы ГОСТ 9940-81, ГОСТ 9941-81, ГОСТ 14162-79.
Использование в промышленности: детали, работающие до 600 °С. Сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от —196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350 °С.; сталь аустенитного класса
| Химический состав в % стали 12Х18Н10Т | ||
| C | до 0,12 |
 |
| Si | до 0,8 | |
| Mn | до 2 | |
| Ni | 9-11 | |
| S | до 0,02 | |
| P | до 0,035 | |
| Cr | 17 - 19 | |
| Cu | до 0,3 | |
| Ti | 0,4-1 | |
| Fe | ~67 | |
Свойства и полезная информация:
Удельный вес: 7920 кг/м3
Термообработка: Закалка 1050 - 1100oC, вода
Температура ковки: начала 1200 °С, конца 850 °С. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе
Твердость материала: HB 10 -1 = 179 МПа
Свариваемость материала: без ограничений, способы сварки: РДС (электроды ЦТ-26), ЭШС и КТС. Рекомендуется последующая термообработка
Обрабатываемость резанием: в закаленном состоянии при HB 169 и σв=610 МПа, Кu тв. спл=0,85, Кu б. ст=0,35
Флокеночувствительность: не чувствительна
Жаростойкость: в воздухе при Т=650 °С 2-3 группа стойкости, при Т=750 °С 4-5 группа стойкости
Предел выносливости: σ-1=279 МПа, n=107
| Механические свойства стали 12Х18Н10Т | |||||||||||||
| ГОСТ | Состояние поставки, режимы термообработки | Сечение, мм | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % |
|
||||||
| ГОСТ 5949-75 | Прутки. Закалка 1020-1100 °С, воздух, масло или вода. | 60 | 196 | 510 | 40 | 55 | |||||||
| ГОСТ 18907-73 | Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность. | - | - | 590-830 | 20 | - | |||||||
| Прутки нагартованные. | До 5 | - | 930 | - | - | ||||||||
| ГОСТ 7350-77 | Листы горячекатанные и холоднокатанные: |
|
|
|
|
|
|||||||
| (Образцы поперечные) | - закалка 1000-1080 °С, вода или воздух. | Св. 4 | 236 | 530 | 38 | - | |||||||
| ГОСТ 5582-75 |
|
До 3,9 |
|
|
|
|
|||||||
| (Образцы поперечные) | - закалка 1050-1080 °С, вода или воздух. |
|
205 | 530 | 40 | - | |||||||
|
|
|
До 3,9 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
- нагартованные |
|
- | 880-1080 | 10 | - | ГОСТ 25054-81 | Поковки. Закалка 1050-1100 °С, вода или воздух. | До 1000 | 196 | 510 | 35 | 40 |
| ГОСТ 18143-72 | Проволока термообработанная. | 1,0-6,0 | - | 540-880 | 20 | - |
|
||||||
| ГОСТ 9940-8 | Трубы бесшовные горячедеформированные без термообработки | 3,5-32 | - | 529 | 40 | - | |||||||
| Механические свойства стали 12Х18Н10Т при повышенных температурах | |||||
| Температура испытаний, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / см2) |
| Закалка 1050-1100 °С, охлаждение на воздухе | |||||
| 20 | 225-315 | 550-650 | 46-74 | 66-80 | 215-372 |
| 500 | 135-205 | 390-440 | 30-42 | 60-70 | 196-353 |
| 550 | 135-205 | 380-450 | 31-41 | 61-68 | 215-353 |
| 600 | 120-205 | 340-410 | 28-38 | 51-74 | 196-358 |
| 650 | 120-195 | 270-390 | 27-37 | 52-73 | 245-353 |
| 700 | 120-195 | 265-360 | 20-38 | 40-70 | 255-353 |
| Механические свойства 12Х18Н10Т при испытаниях на длительную прочность (ГОСТ 5949-75) | ||||
| Температура испытания, °С | Предел ползучести, МПа | Скорость ползучести %/ч | Предел длительной прочности, МПа, не менее | Длительность испытания, ч |
| 600 | 74 | 1/100000 | 147 | 10000 |
| 650 | 29-39 | 78-98 | ||
| Ударная вязкость стали 12Х18Н10Т KCU, (Дж/см2) | |||
| Т= +20 °С | Т= -40 °С | Т= -75 °С | Термообработка |
| 286 | 303 | 319 | Полоса 8х40 мм в состоянии покоя |
| Чуствительность стали 12Х18Н10Т к охрупчиванию при старении | ||
| Время, ч | Температура, °С | KCU, Дж/см |
| Исходное состояние | 274 | |
| 5000 | 600 | 186-206 |
| 5000 | 650 | 176-196 |
| Жаростойкость стали 12Х18Н10Т | ||
| Среда | Температура, ºС | Группа стойкости |
| или балл | ||
| Воздух | 650 | 2-3 |
| 750 | 4-5 | |
| Физические свойства стали 12Х18Н10Т | ||||||
| T (Град) | E 10- 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 1,98 |
|
15 | 7920 |
|
725 |
| 100 | 1,94 | 16,6 | 16 |
|
462 | 792 |
| 200 | 1,89 | 17 | 18 |
|
496 | 861 |
| 300 | 1,81 | 17,2 | 19 |
|
517 | 920 |
| 400 | 1,74 | 17,5 | 21 |
|
538 | 976 |
| 500 | 1,66 | 17,9 | 23 |
|
550 | 1028 |
| 600 | 1,57 | 18,2 | 25 |
|
563 | 1075 |
| 700 | 1,47 | 18,6 | 27 |
|
575 | 1115 |
| 800 |
|
18,9 | 26 |
|
596 |
|
| 900 |
|
19,3 |
|
|
|
|
Характеристика и особенности элекрошлаковой сварки стали 12Х18Н10Т: хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение в промышленности ввиду возможности успешного использования ее в разнообразных эксплуатационных условиях. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии после сварочного нагрева, сравнительно мало охрупчивается в результате длительного воздействия высоких температур и может быть применена в качестве жаропрочного материала при температурах ~600° С. Будучи высокопластичной в условиях глубокого холода, эта сталь используется в установках для получения жидкого кислорода.
Сварные швы конструкций, работающих в контакте с агрессивными жидкостями, должны прежде всего обладать стойкостью против межкристаллитной коррозии.
Применяемые для электрошлаковой сварки пластинчатые электроды из горячекатаных листов содержат не менее 0,10% С. При таком содержании углерода ввиду замедленного охлаждения, характерного для электрошлаковой сварки, возможно появление склонности шва к межкристаллитной коррозии. Этому способствует также крупнокристаллическое строение металла шва.
При использовании фторидных флюсов окисление титана, содержащегося в электроде, невелико и не превышает 20%. Однако даже небольшое уменьшение концентрации титана в шве при содержании 0,1% С влечет за собой снижение коррозионной стойкости. Поэтому при электрошлаковой сварке рекомендуется применять электроды из сталей с пониженным содержанием углерода, с тем чтобы концентрация его в шве не превышала 0,08%. Если его концентрация в основном металле равна 0,12%, необходимо применять пластинчатый электрод, содержащий не более 0,03% С.
Рост зерна в околошовной зоне не снижает механических свойств сварного соединения, однако он крайне нежелателен с точки зрения коррозионной стойкости околошовной зоны, особенно на участке, непосредственно примыкающем ко шву. При нагреве свариваемого металла до температур, превышающих 1200-1250° С, карбиды титана растворяются в аустените. При последующем замедленном охлаждении, особенно в интервале критических температур (875-450° С), способных вызвать распад твердого раствора, происходит выпадение карбидной фазы по границам зерен аустенита и обеднение пограничных областей последних хромом. В результате свариваемый металл приобретает склонность к межкристаллитной коррозии. Для ее предотвращения при электрошлаковой сварке необходимо применять сталь 12Х18Н10Т со строго контролируемым химическим составом: содержание углерода в ней не должно превышать 0,06%, соотношение содержаний титана и углерода Ti/C должно быть не менее 7.
Другим средством устранения склонности к коррозии сварного соединения у линии сплавления служит нагрев в течение 3-4 ч при 850-900° С с охлаждением на воздухе.
Сталь и электрод в состоянии поставки (после закалки в воду. от 1100° С) обычно имеют почти чистоаустенитную структуру с очень небольшим количеством, не более 1%, б-феррита. Металл шва вследствие дендритной ликвации содержит до 7,5% б-феррита. Это приводит к резкому снижению ударной вязкости в условиях глубокого холода.
Сварные швы на стали 12Х18Н10Т заметно уступают основному металлу в пластичности, что объясняется дендритной ликвацией углерода. Причиной пониженной ударной вязкости сварных швов является недостаточная стабильность аустенита при сверхнизких температурах. В условиях глубокого холода возможен распад аустенита по схеме А - М или А - а + К", где А - аустенит, М - мартенсит, а - вторичный феррит, К" - вторичные карбиды. Наличие небольшого количества первичного феррита в данном случае не имеет решающего значения. Об этом свидетельствуют результаты следующих опытов. Часть образцов подвергли закалке на воздухе после часового нагрева при 1080°, С, благодаря чему была ликвидирована дендритная ликвация углерода, но сохранена ферритная составляющая. Ударная вязкость шва повысилась в 2 раза (данные ниже).
Наличие закалки шва после сварки (an (МДж/м2) при различной температуре °С):
Нет - при 20 °С = 1,81; при -196 °С = 0,54
Есть - при 20 °С = 3,5; при -196 °С = 1,03
Таким образом, повышение ударной вязкости сварного шва на стали 12Х18Н10Т можно достичь устранением дендритной ликвации углерода путем высокотемпературного нагрева. В данном случае может быть применена и местная термообработка швов.
Более простое средство повышения ударной вязкости металла шва - увеличение содержания никеля в шве до 12-14%, что обеспечивает стабильную аустенитную структуру. Чтобы получить шов с таким содержанием никеля, можно использовать электроды из стали типа Х23Н18. В этом случае сварные швы без термообработки сохраняют достаточно высокую ударную вязкость в условиях глубокого холода. В случае, когда сталь 12Х18Н10Т применяется в качестве жаропрочного материала, необходимо ограничивать содержание в шве первичного феррита 5%. Это предотвращает опасность превращения δ - σ в сварном шве и обеспечивается использованием пластинчатых электродов из стали 12Х18Н10Т. Наиболее высокие показатели жаропрочности швов достигаются при повышенном содержании углерода и карбидообразуюших элементов - титана и ниобия (таблица ниже).
В случае отсутствия стали с повышенным содержанием углерода применяют электроды с содержанием 0,07-0,08% С и дополнительно науглероживают металл шва, например, путем подачи крупки древесного угля или графита на поверхность шлаковой ванны тотчас после ее наведения. При сварке металла сечением 100 X 100 мм достаточно подать 1,7 г крупки размером 1-3 мм. Содержание углерода в шве может быть увеличено также за счет введения в шлаковую ванну 10% массы шлака смеси Na2C03 (82-86%) и SiC (14-18%) или применения составного электрода из сталей 12Х18Н10Т и углеродистой. Швы стали 12Х18Н10Т отличаются грубой столбчатой макроструктурой. Литой металл шва содержит ферритную составляющую, обусловленную дендритной ликвацией. Под воздействием глубокого холода в основном металле и сварном швевозрастает количество ферромагнитной составляющей. Так, например, в стали 12Х18Н10Т, имеющей в состоянии поставки 2,5 - 3% феррита после 30 мин пребывания в жидком азоте (-196° С), количество магнитной составляющей возрастает до 7-9% (при комнатной температуре), а в сварном шве соответственно 7,5 - 8,5 и 10-12%.
Интересно отметить, что после воздействия глубокого холода в околошовной зоне наблюдается более мелкая структура, чем после сварки. Закалка разрушает столбчатую микроструктуру сварных швов и способствует некоторому растворению ферритной составляющей. Типичная для аустенитных сварных швов столбчатая макроструктура сохраняется.