термическая обработка нержавеющих сталей

Когда говорят про термическую обработку нержавеющих сталей, многие представляют себе нечто стандартное: загрузил в печь, выдержал, охладил. Но это именно тот случай, где дьявол кроется в деталях. Самый частый промах — считать, что раз сталь ?нержавеющая?, то она как-то сама по себе после нагрева приобретёт нужные свойства. На деле же, неправильно подобранный режим для, скажем, аустенитной AISI 304 или ферритной 430-й марки может не просто не дать эффекта, а ухудшить коррозионную стойкость или механические характеристики. Это не теория, а то, с чем сталкиваешься на практике постоянно.

Отжиг: снятие напряжений — это не всегда просто

Возьмём, к примеру, отжиг после ковки. Казалось бы, отработанная операция. Но вот реальная ситуация с поковкой из стали 316L, которую мы делали для одного заказчика. После штамповки на прессе заготовка имела сложный профиль и, естественно, высокие внутренние напряжения. Задача — снять их, сохранив стойкость к межкристаллитной коррозии.

Здесь многие могут пойти по пути упрощения: взять температуру ?от балды?, скажем, 850°C, и выдержать. Но для этой марки критичен именно диапазон 925–1050°C с последующим быстрым охлаждением, чтобы избежать выпадения карбидов хрома по границам зёрен. Медленное охлаждение через эту опасную зону — и материал становится склонен к коррозионному растрескиванию. Пришлось очень точно контролировать и время выдержки, и скорость охлаждения в печи. Опытным путём, кстати, пришли к тому, что для массивных поковок лучше использовать ступенчатый отжиг.

В нашем цехе, на площадке ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство, для таких задач как раз задействуются печи отжига, которые позволяют программировать сложные температурные профили. Это не реклама, а констатация факта: без такого оборудования качественный отжиг нержавейки, особенно после электрошлакового переплава (ЭШП), который у нас тоже есть в арсенале, был бы просто невозможен. ЭШП даёт отличную плотную структуру, но и её потом нужно правильно ?успокоить? термически.

Закалка и отпуск (улучшение) для мартенситных классов

Совсем другая история с мартенситными нержавеющими сталями, типа 420 или 17-4 PH. Вот здесь уже идёт полноценная закалка на мартенсит с последующим отпуском. И вот тут-то и кроется масса нюансов. Температура закалки должна обеспечивать растворение карбидов, но не вызывать роста аустенитного зерна. Перегрев — и получаешь хрупкость.

Помню случай с партией изделий из 420-й стали. По технологии требовалась закалка с 1020°C в масло. Но в одной из печей был небольшой перепад температур по рабочему пространству. В итоге часть деталей оказалась недогретой. После отпуска твёрдость была ?пляшущей?, а ударная вязкость — ниже плинтуса. Пришлось всё отправлять на переделку. Это была ошибка, которая научила всегда проверять равномерность нагрева и калибровать термопары чаще, чем того требует регламент.

Отпуск — это отдельная наука. Подбираешь температуру под конкретную требуемую твёрдость и вязкость. Иногда делаешь двойной отпуск, чтобы стабилизировать структуру и снять остаточные напряжения от превращения мартенсита. Наше оборудование для улучшения, те самые электрические печи, позволяет выдерживать температуру с точностью до нескольких градусов, что критично. Потому что разброс в 20-30 градусов на отпуске — это уже разная твёрдость на готовой детали.

Аустенизация и закалка? Нет, это про другое

Здесь часто возникает путаница у новичков. Для аустенитных нержавеек (304, 316) классической закалки для упрочнения не существует. Их основной вид термической обработки нержавеющих сталей этого класса — это именно растворение карбидов (аустенизация или, чаще, просто ?закалка? в кавычках) с быстрым охлаждением. Цель — вернуть в твердый раствор углерод и хром, которые могли выпасть в карбиды при медленном охлаждении в процессе сварки или горячей обработки.

Ключевой параметр — скорость охлаждения. В идеале — вода. Но для сложных тонкостенных поковок или деталей после механической обработки прямое обливание водой — это риск коробления или даже появления трещин. Приходится идти на компромиссы: иногда используем полимерные закалочные среды, иногда просто воздух под давлением. Это всегда баланс между достижением нужной коррозионной стойкости и минимизацией деформаций.

На практике, после ковки на гидравлическом прессе, массивные заготовки из 316 часто охлаждаем на спокойном воздухе, а потом уже проводим финишную термообработку — нагрев до 1100°C и быстрое охлаждение. Но опять же, всё зависит от сечения и конечных требований по паспорту материала.

Промежуточные операции: снятие окалины и очистка

Момент, который часто недооценивают в теории, но который съедает кучу времени на практике. После высокотемпературного нагрева в печах на нержавейке образуется окалина. И если на углеродистой стали её можно сбить дробью, то с нержавеющей — нужно быть осторожнее, чтобы не забить поверхность частицами железа, которые потом вызовут ржавление.

Мы обычно используем травление в специальных растворах или пескоструйную обработку с последующей пассивацией. Это обязательный этап между термообработкой и финишной токарной обработкой на горизонтальных станках. Потому что подать на станок деталь, покрытую окалиной, — это убить резец за минуту и получить плохое качество поверхности. Это та самая ?кухня?, о которой в учебниках пишут одной строкой, а в цеху на это уходит целый технологический переход.

Иногда, если режим термической обработки был подобран идеально и нагрев шёл в защитной атмосфере (чего у нас, честно говоря, пока нет в полном объёме), окалины почти нет. Но это скорее исключение для особых заказов. В основном же, очистка — это значительная часть процесса.

Контроль: без него всё это бессмысленно

Можно сколь угодно правильно всё рассчитать, но если не контролировать результат, работа впустую. После каждой партии, прошедшей термообработку, мы обязательно проверяем твёрдость (по Бринеллю или Роквеллу, в зависимости от марки). Для ответственных деталей — вырезаем образцы-свидетели и отдаём на металлографию, чтобы посмотреть структуру под микроскопом, нет ли перегрева, обезуглероживания, правильный ли мартенсит образовался.

Был у нас опыт, когда для крупной поковки из стали Duplex 2205 требовалось обеспечить соотношение фаз аустенита и феррита примерно 50/50. Добились этого только после нескольких пробных нагревов и охлаждений на образцах, с постоянным контролем микроструктуры. Стандартный режим из справочника не подошёл — сказалась специфика нашей исходной заготовки после ЭШП и ковки. Вот здесь как раз и проявляется ?ремесло? — умение адаптировать книжные знания под конкретные условия производства, под конкретное оборудование, которое есть в ООО Цзиюань Юйбэй.

Итог прост: термическая обработка нержавеющих сталей — это не отдельная операция, а звено в цепочке. От качества переплава и ковки зависит, как материал поведёт себя в печи. А от качества термообработки зависит, как деталь будет работать у заказчика и как её будет обрабатывать токарь на финише. Пропустишь что-то — и вся предыдущая работа может пойти насмарку. Поэтому и подход нужен не шаблонный, а вдумчивый, с постоянным анализом и, что греха таить, с учётом прошлых ошибок.