Сталь 12Х18Н10Т — аустенитная коррозионностойкая Cr–Ni сталь, стабилизированная титаном (Ti≈5×C). Материал широко применяют в аппаратуре, трубопроводах, емкостях и сварных конструкциях, работающих в окислительных средах и при повышенных температурах. Особенность марки: она не упрочняется закалкой (нет мартенситного превращения) — термообработка ориентирована на восстановление коррозионной стойкости, снятие наклёпа и рисков сенсибилизации, а также на стабилизацию размеров после сварки/деформации.
Для кого материал и какие боли закрывает
- Технологи сварки: как избежать МКК после сварки и высокой погонной энергии, когда нужен стабилизационный отжиг.
- Металлурги и термисты: как выбрать температурный интервал, выдержку и среду охлаждения, чтобы не допустить выпадения σ-фазы и обеднения границ зерен хромом.
- Конструкторы: что ожидать по механическим/физическим свойствам после ТО и как согласовать требования к контролю (МКК, твердость, ферритное число шва).
- Производство: как проектировать техпроцессы под толщину/массу с учётом загрузки печи, атмосферы и скоростей охлаждения.
Нормативная база и область применения
Химический состав и продуктовые формы регламентируют профильные стандарты (напр., ГОСТ 5632, ГОСТ на лист/ленты/трубы и др.). Испытания стойкости к межкристаллитной коррозии выполняют по ГОСТ 6032 (методы АМ/АМУ и др.). Для сварных конструкций применяют стабилизированные присадки (типа 08Х19Н10Т/ER347) и контролируют ферритное число шва по ТЗ.
Структура и критические температурные зоны
12Х18Н10Т — аустенитная сталь с высокой склонностью к наклёпу и риском сенсибилизации при длительном пребывании в опасной зоне температур. Для термодизайна важны три зоны:
| Температурный диапазон, °C | Что происходит | Что учитывать в ТО |
|---|---|---|
| ≈425–815 | Сенсибилизация: выпадение карбидов/интерметаллидов по границам зерен, локальное обеднение Cr | Избегать длительных выдержек; для узлов, работающих >350–400 °C, применять стабилизационный отжиг |
| ≈600–900 | Риск σ-фазы при длительных выдержках | Не «держать» металл в зоне; при подозрении — растворяющий отжиг |
| ≈1050–1100 | Растворение карбидов/σ-фазы, восстановление коррозионной стойкости | Обязателен быстрый отвод тепла; недопустимо медленное охлаждение |
Режимы термообработки (цеховые ориентиры)
Фактические времена выдержки назначают по эффективной толщине/массе, габариту, загрузке печи и требуемому уровню стойкости к МКК. Ниже — проверенные диапазоны для типовых изделий.
| Операция | Назначение | Температура | Выдержка (ориентир) | Охлаждение | Комментарии |
|---|---|---|---|---|---|
| Растворяющий отжиг («закалка») | Снятие наклёпа, растворение карбидов/σ-фазы, восстановление коррозионной стойкости | 1050–1100 | Листы/ленты 15–60 мин; массивные детали 1–2 ч | Быстро: вода или интенсивный воздух | Для азотнокислых сред берут верхнюю границу; замедленное охлаждение запрещено |
| Стабилизационный отжиг | Фиксация углерода в TiC, снижение склонности к МКК при работе >350–400 °C и после сварки | 850–900 | Около 2–4 ч; правило — ~2 ч на 25 мм | Воздух | Рекомендуют после растворяющего отжига либо как PWHT для ответственных узлов |
| Снятие остаточных напряжений | Стабилизация размеров после мех/свар деформаций | 700–750 или 850–900 | 1–2 ч | Воздух | В зоне 700–750 °C есть риск сенсибилизации у нестабилизированного металла; предпочтительнее 850–900 °C |
ТО после сварки: что, когда и зачем
- Присадки — стабилизированные по Ti/Nb классы, близкие по составу к основному металлу; преднагрев обычно не требуется, межслойную <150 °C.
- PWHT для эксплуатации >350–400 °C: стабилизационный 850–900 °C (2–4 ч, воздух). При признаках сенсибилизации/σ-фазы — растворяющий 1050–1100 °C с быстрым охлаждением.
- Финиш: травление/пассивация, при необходимости контроль ферритного числа шва, обязательные испытания МКК по ГОСТ 6032.
Горячая и холодная деформация
| Операция | Диапазон температур | Рекомендации по режиму |
|---|---|---|
| Ковка/прокат (горячая) | Начало ~1200, окончание ~850 | Не задерживаться в 600–900 °C; после деформации — растворяющий отжиг |
| Холодная деформация | Без ограничений класса; сталь активно наклёпывается | После значительного наклёпа — растворяющий отжиг для восстановления пластичности/стойкости |
Свойства после ТО (ориентиры для ТЗ)
Механические (после растворяющего отжига)
| Показатель | Значение (типично) |
|---|---|
| Предел текучести, σ0.2, МПа | ≥196 |
| Временное сопротивление, σв, МПа | ≈510 и выше |
| Относительное удлинение, δ5, % | ≈40 |
| Твердость, HB | ~150–180 |
Физические (20 °C, ориентиры)
| Показатель | Значение (типично) |
|---|---|
| Плотность, г/см³ | ~7,9–7,92 |
| Теплопроводность, Вт/(м·К) | ~15–16 |
| Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·К) | ~500 |
| Линейное расширение 20–100 °C, 10⁻⁶ 1/К | ~16 |
| Удельное электросопротивление, мкΩ·м | ~0,73 |
Контроль качества после ТО
- МКК: методы АМ/АМУ по ГОСТ 6032 для контрольных образцов/выборочных испытаний на партиях после сварки/высоких температур.
- Поверхность: травление/пассивация для удаления окалины и восстановления пассивной пленки.
- Документация: акт ТО с фактическими T/τ/средой охлаждения; при необходимости — твердость, ферритное число шва, протокол МКК.
Типовые техпроцессы (шаблоны)
1) После сварки труб/аппаратуры для T>350–400 °C
- Растворяющий 1050–1080 °C (15–60 мин для тонких; до 1–2 ч для массивных) → быстрое охлаждение.
- Стабилизационный 850–900 °C (2–4 ч) → воздух.
- Травление/пассивация → МКК по ГОСТ 6032.
2) Листы/пруток после интенсивной ХДО
- 1050–1100 °C с выдержкой по толщине → вода/интенсивный воздух → контроль пластичности/твердости.
3) Ковка крупносекционных поковок
- Деформация 1200→~850 °C → охлаждение → растворяющий 1050–1100 °C → быстрое охлаждение.
Частые ошибки и как их избежать
- Длительная выдержка в 600–900 °C. Приводит к σ-фазе и сенсибилизации. Решение: минимизировать время в зоне, использовать растворяющий отжиг при подозрении.
- Медленное охлаждение после 1050–1100 °C. Теряется коррозионная стойкость. Решение: вода или интенсивный воздух; исключить «ленивое» охлаждение в печи.
- Отпуск 450–600 °C «по привычке». Для аустенитных — путь к сенсибилизации. Решение: стабилизационный 850–900 °C вместо низкотемпературного отпуска.
- Игнорирование PWHT у узлов для T>350–400 °C. Риск МКК. Решение: стабилизация 850–900 °C, контроль МКК.
Примечания к проектированию режима
- Выдержку-базу назначают по толщине/массе и загрузке печи; для листов достаточно 15–60 мин, для массивных деталей 1–2 ч и более.
- При эксплуатации в азотнокислых средах целесообразно верхнее плато 1080–1100 °C.
- Для ответственных узлов после сварки — стабилизационный отжиг, даже если выполнен растворяющий.
Источники
- ГОСТ 5632 — коррозионностойкие стали и сплавы: марки, химсостав, назначение.
- ГОСТ 6032 — методы испытаний на стойкость к межкристаллитной коррозии (АМ/АМУ и др.).
- Технические паспорта на AISI 321/321H (аналог 12Х18Н10Т): режимы растворяющего и стабилизационного отжигов.
- Справочники производителей и сервисные бюллетени по режимам ковки (начало ~1200 °C, конец ~850 °C) и ТО (1050–1100 °C, быстрое охлаждение).
- Обзоры по свойствам 12Х18Н10Т: механические и физические ориентиры после растворяющего отжига.