9Cr18Mo: как регулировка легирующих элементов обеспечивает двойное улучшение износостойкости и коррозионной стойкости 

1.Влияние основных элементов на характеристики стали:

Углерод (C) 0,95%-1,10%

Твёрдость и износостойкость: Углерод — это ключевой элемент для образования карбидов (главным образом Cr23C6 и Cr7C3). Увеличение содержания углерода значительно повышает твёрдость и износостойкость после закалки и отпуска. Это основа для получения высоких твёрдостей этой стали.

Пластичность: Слишком высокий углерод может привести к снижению пластичности, увеличению хрупкости. Увеличение числа карбидов, их размеров или неравномерное распределение карбидов становится источником трещин.

Коррозионная стойкость: Углерод в сочетании с хромом образует карбиды, что расходует хром в стали. Повышение содержания углерода уменьшает эффективное содержание хрома в основной фазе, что снижает коррозионную стойкость стали, особенно к межкристаллитной коррозии.

Остаточный аустенит: Высокое содержание углерода увеличивает количество остаточного аустенита после закалки. Это снижает твёрдость и стабильность размеров, требуя дополнительного глубокого охлаждения или многократного отпуска для его трансформации в мартенсит.

Хром (Cr) 16,00%-18,00%

Коррозионная стойкость: Хром является основным элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость нержавеющих сталей. Он образует плотную пассивирующую пленку Cr2O3. Увеличение содержания хрома (в пределах разумного диапазона) значительно повышает коррозионную стойкость стали, особенно к окислительным средам, таким как воздух и азотная кислота. Снижение содержания хрома значительно ухудшает коррозионную стойкость.

Процесс закалки: Хром улучшает закаливаемость стали, позволяя ей образовывать мартенсит при относительно медленной скорости охлаждения, что особенно полезно для закалки крупных изделий.

Формирование карбидов: Хром является сильным образующим карбиды элементом. Чем выше содержание хрома, тем больше и стабильнее образуются карбиды, содержащие хром.

Пластичность: При слишком высоком содержании хрома (особенно при высоком углероде) может наблюдаться избыточное количество карбидов, которые становятся крупными или образуют сетку на границах зерен, что ухудшает пластичность и коррозионную стойкость (повышает склонность к межкристаллитной коррозии).

Молибден (Mo) 0,40%-0,70%

Коррозионная стойкость: Молибден значительно улучшает стойкость стали к точечной и щелевой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды, такие как морская вода и соляные растворы. Это является основным преимуществом 9Cr18Mo по сравнению с 9Cr18 (440B). Увеличение содержания молибдена усиливает этот эффект.

Вторичное упрочнение: Молибден в процессе отпуска способствует образованию мелких легирующих карбидов (например, Mo2C), что создает эффект вторичного упрочнения, улучшая твёрдость при высоких температурах, прочность и износостойкость.

Стабильность при отпуске: Молибден улучшает сопротивление стали к отпуску, что позволяет сохранять высокую твёрдость и прочность при отпуске на высоких температурах.

Процесс закалки: Молибден также немного улучшает закаливаемость стали.

Пластичность: Умеренное количество молибдена может слегка улучшить пластичность, улучшая зернистость. Однако слишком большое количество молибдена может привести к образованию межметаллических фаз (χ- и σ-фазы), что ухудшает пластичность и коррозионную стойкость.

Марганец (Mn) ≤ 0,80%

Окисление: Основное его применение — это раскислитель, который снижает содержание кислорода в стали.

Упрочнение ферритной фазы: Увеличивает прочность и твёрдость, но снижает пластичность.

Антикоррозийность: Повышает устойчивость стали к окислению при высоких температурах.

Хрупкость при отпуске: Может повысить чувствительность стали к отпускной хрупкости, хотя мартенситная сталь имеет к этому меньшую склонность.

Влияние на основные характеристики: В пределах стандартных концентраций его влияние на характеристики менее выражено, чем у углерода, хрома или молибдена. Слишком большое количество марганца может повысить хрупкость.

Кремний (Si) ≤ 0,80%

Окисление: Основное его применение — это раскислитель, как и марганец.

Упрочнение ферритной фазы: Повышает прочность и твёрдость, но снижает пластичность.

Антикоррозийность: Повышает устойчивость стали к окислению при высоких температурах.

Хрупкость при отпуске: Может повысить чувствительность стали к отпускной хрупкости.

Влияние на основные характеристики: В пределах стандартных концентраций влияние кремния на свойства стали менее значимо, чем у углерода, хрома и молибдена. Высокие концентрации могут повысить хрупкость.

Фосфор (P) и Сера (S): P ≤ 0,035%, S ≤ 0,030% (для высококачественной стали — P ≤ 0,025%, S ≤ 0,015%)

Вредные примеси: Оба элемента являются вредными примесями и должны быть минимизированы.

Термическая хрупкость (S): Сера образует низкоплавкий FeS, что может привести к трещинам при термической обработке, например, при прокатке и кованке.

Хрупкость при низких температурах (P): Фосфор имеет склонность к накоплению на границах зерен, что серьёзно снижает пластичность (особенно при низких температурах) и повышает склонность стали к хрупкости.

Нерудные включения: Образуют MnS, FeP и другие, которые снижают чистоту металла, его пластичность, усталостную прочность и коррозионную стойкость.