Мир стальных материалов гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Задумывались ли вы когда-нибудь, почему некоторые нержавеющие стали прочные и устойчивые к коррозии, а другие склонны к растрескиванию? Ответ кроется в критическом факторе: содержании феррита. Эта статья исследует «внутренний код», который управляет характеристиками нержавеющей стали, изучая, как содержание феррита влияет на свойства материала.

Феррит, кристаллическая структура в нержавеющей стали, является ключевым фактором, определяющим физические и механические свойства сплава. Представьте себе нержавеющую сталь как структуру, построенную из микроскопических «строительных блоков» — расположение этих блоков (микроструктура) напрямую определяет прочность, ударную вязкость и коррозионную стойкость материала. Феррит — один из этих основных строительных блоков.

В частности, феррит представляет собой объемно-центрированную кубическую решетчатую структуру железа, которая может растворять небольшое количество углерода и других легирующих элементов. В нержавеющей стали наличие феррита связано со следующими характеристиками:

• Высокая прочность: Феррит способствует увеличению прочности на растяжение и пределу текучести.
• Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением, вызванному хлоридами: Ферритные нержавеющие стали хорошо работают в агрессивных средах, таких как морская или химическая промышленность.
• Магнетизм: В отличие от аустенитной нержавеющей стали, феррит является магнитным — свойство, которое можно использовать для обнаружения содержания феррита.

Содержание феррита должно быть тщательно сбалансировано — ни слишком высоким, ни слишком низким — в зависимости от типа нержавеющей стали. Для дуплексных и супердуплексных нержавеющих сталей содержание феррита является важным показателем, влияющим на прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость и свариваемость.

• Свариваемость: Оптимальное содержание феррита снижает риск образования трещин при затвердевании во время сварки, что может поставить под угрозу целостность соединения.
• Коррозионная стойкость: Чрезмерное содержание феррита может снизить коррозионную стойкость в определенных средах.
• Механические свойства: Более высокое содержание феррита увеличивает прочность, но может снизить пластичность и ударную вязкость.

Точное измерение содержания феррита необходимо для оценки качества материала. Общие методы включают:

• Металлографическая микроскопия: Традиционный, но трудоемкий метод, включающий микроскопическое исследование.
• Магнитное тестирование: Феррископ измеряет магнитную проницаемость для оценки содержания феррита — быстрый, неразрушающий метод, идеально подходящий для полевых испытаний.
• Рентгеновская дифракция: Высокоточный, но дорогой и сложный.

В сталеплавильном производстве и сварке прогнозирование содержания феррита имеет важное значение. Диаграмма Делонга использует эквиваленты хрома и никеля (Cr _экв. и Ni _экв. ) для оценки образования феррита во время сварки. Хотя эта модель полезна, она не является окончательной — необходимо учитывать и фактические условия, такие как скорость охлаждения.

Нержавеющая сталь 304, широко используемая в пищевой промышленности, медицинских устройствах и строительстве, ведет себя по-разному в литой и кованой формах:

• Литая 304: Содержит 8–20% феррита для предотвращения трещин при затвердевании.
• Прокатная 304: Разработана с содержанием феррита 1–6% для предотвращения трещин при ковке; большая часть феррита растворяется после отжига с раствором.

Отжиг с раствором нагревает нержавеющую сталь выше 1000 °C с последующим быстрым охлаждением для повышения пластичности и ударной вязкости. Хотя этот процесс снижает содержание феррита, литая нержавеющая сталь сохраняет более высокие уровни из-за своего первоначального состава.

Для точных измерений лаборатории используют передовую микроскопию или высокочувствительные магнитные приборы, достигая точности в пределах 0,5–1%. После отжига аустенитные стали, такие как 304, 316L, 309 и 310, обычно содержат менее 2% феррита.

Супердуплексные нержавеющие стали сочетают в себе ферритную и аустенитную фазы (40–60% феррита) для обеспечения превосходной прочности, ударной вязкости и коррозионной стойкости. Эти сплавы идеально подходят для требовательных применений в суровых условиях.