Сталь 12Х18Н10Т — состав, свойства сорта и листа, жаростойкость, сварка и аналоги

Что это за сталь

По ГОСТ 5632-2014 12Х18Н10Т относится к сталям аустенитного класса — со структурой устойчивого аустенита (раздел 5). В таблице 1 у неё отмечены три назначения, и основное — коррозионно-стойкая:

• коррозионно-стойкая — стойкая к электрохимической и химической коррозии, в том числе межкристаллитной (п. 3.4);
• жаростойкая — стойкая к химическому разрушению поверхности в газовых средах выше 550 °C при работе без нагрузки или с небольшой нагрузкой (п. 3.5);
• жаропрочная — работает под нагрузкой при высоких температурах определённое время и при этом достаточно жаростойкая (п. 3.6).

Сравнение с 08Х18Н10 — в статье «08Х18Н10 или 12Х18Н10Т», место среди других нержавеющих марок — в статье «Нержавеющая сталь». Здесь — сама марка: какой состав допускает стандарт, какие свойства дают стандарты на сорт и лист, где её предел по температуре и чем её заменяют.

Химический состав по ГОСТ 5632-2014

Таблица 1 и связанные с ней пункты:

Нюансы, которые стоит знать при заказе:

• Нижний предел титана задан формулой 5 × C, где C — содержание углерода в стали (примечание 6). Чем больше углерода в плавке, тем больше нужно титана.
• Тонкий лист с непрерывных и полунепрерывных станов. ГОСТ 5582-75 для такого проката задаёт титан от 5 × (C − 0,02) до 0,7 % и отношение хрома к никелю не более 1,8 (примечание 2 к п. 3.2).
• Молибден. Остаточный — до 0,50 %; для авиационной промышленности и по заказу — не более 0,30 % (п. 6.7).
• Медь в аустенитных сталях по умолчанию не нормируют; по согласованию для 12Х18Н10Т её ограничивают 0,40 %, для атомного энергомашиностроения — 0,30 % (п. 6.4 в редакции Изменения № 1).

Титан и межкристаллитная коррозия — коротко

Титан связывает углерод в собственные карбиды раньше хрома, поэтому границы зёрен не обедняются хромом при нагреве в опасном интервале — прежде всего при сварке. Deutsche Edelstahlwerke пишет для аналога 1.4541: сталь сваривают независимо от толщины без опасности межкристаллитной коррозии, термообработка после сварки не нужна. Подробно механизм и испытание по ГОСТ 6032-2017 разобраны в статье «08Х18Н10 или 12Х18Н10Т».

Стандарты поставки превращают это свойство в обязательное требование: прутки 12Х18Н10Т должны выдерживать испытание на стойкость против межкристаллитной коррозии (п. 7.1.10 ГОСТ 5949-2018), толстый и тонкий лист не должны быть к ней склонны (п. 3.8 ГОСТ 7350-77, п. 3.9 ГОСТ 5582-75). Если в документе о качестве нет результата этого испытания — запросите его.

Свойства: сорт и лист

Марочный стандарт свойств не задаёт — их дают стандарты на продукцию, и нормы у них разные.

Что ещё из этих стандартов:

• Прутки. Сужение ψ — не менее 55 %, ударная вязкость не нормируется. Нормы относятся к прокату до 60 мм. Для 60–100 мм допускается снижение удлинения на 1 абс. % и сужения на 5 абс. %, для 100–150 мм — на 3 и 10 абс. % (примечание 1 к таблице 3).
• Толстый лист. По требованию потребителя в листе нормируют содержание альфа-фазы (п. 3.9).
• Тонкий лист. Горячекатаный — 1,5–3,9 мм, холоднокатаный — 0,7–3,9 мм (п. 2.1). Кроме термообработанного, его поставляют полунагартованным — σв не менее 740 Н/мм², δ5 не менее 25 % — и нагартованным — 880–1080 Н/мм², δ5 не менее 10 % (таблица 2 ГОСТ 5582-75). Нормы для термообработанного листа — в таблице 1 стандарта.

Для сравнения: по EN 10088-3 для 1.4541 в растворно-отожжённом состоянии DEW приводит Rp0,2 не менее 190 МПа, Rm 500–700 МПа, твёрдость не более 215 HB.

Магнитность. По DEW, 1.4541 намагничивается слабо; после закалки может слегка притягивать магнит, а с ростом холодной деформации намагничиваемость растёт. Нагартованный лист 12Х18Н10Т, притягивающий магнит, — не повод считать металл подменённым: марку подтверждают сертификатом или анализом состава.

Работа при высоких температурах

Приложение А ГОСТ 5632-2014 даёт два ориентира — отдельно для жаростойкости и жаропрочности:

• Жаростойкая сталь (таблица А.2): трубы, детали печной арматуры, теплообменники, муфели, реторты, патрубки и коллекторы выхлопных систем. Рекомендуемая максимальная температура длительной работы (до 10 000 ч) — 800 °C, начало интенсивного окалинообразования на воздухе — около 850 °C. В серосодержащих средах сталь неустойчива.
• Жаропрочная сталь (таблица А.3): детали выхлопных систем, трубы, листовые и сортовые детали. Рекомендуемая температура — 600 °C при весьма длительном сроке службы.

Числа для расчёта даёт справочное приложение Б ГОСТ 5949-2018. После закалки с 1050–1100 °C и старения при 800 °C 10 ч при 600 °C предел длительной прочности за 10 000 ч — не менее 147 Н/мм², за 100 000 ч — 108 Н/мм², предел ползучести (1 % деформации за 100 000 ч) — 73,5 Н/мм². Эти данные — для сведения заказчика, при поставке их не проверяют.

У DEW для 1.4541 предел длительной работы в окислительной атмосфере — 850 °C, а в серосодержащей окислительной — 750 °C. ГОСТ осторожнее и в серосодержащих средах сталь не рекомендует вовсе. Для проектирования берите более строгий ориентир.

Сигма-фаза. DEW предупреждает: интервал 600–900 °C при горячей деформации и термообработке нужно проходить быстро. Иначе образуются хрупкие интерметаллидные фазы, прежде всего сигма-фаза, которые снижают и вязкость, и коррозионную стойкость. Горячую деформацию DEW ведёт при 1200–900 °C, растворный отжиг — при 1020–1120 °C с быстрым охлаждением.

Сварка

По паспорту DEW 1.4541 сваривается всеми способами — с присадкой и без. Практические условия оттуда же:

• Присадка — однородная: 1.4316 или 1.4541 по EN. Отечественную проволоку и электроды подбирает технолог.
• Межваликовая температура — не выше 200 °C.
• Термообработка после сварки не нужна.
• Окалину и цвета побежалости удаляют механически или травлением, затем поверхность пассивируют, чтобы восстановить коррозионную стойкость.

Если к металлу есть требования по ферритной фазе, учтите приложение А ГОСТ 5632: при жёстком ограничении феррита рекомендуют 12Х18Н12Т — в ней ферритной фазы меньше, чем в 12Х18Н10Т. Подготовка кромок, защита корня и режимы — в статье «Сварка нержавеющей стали».

Обработка резанием, ковка, холодная деформация

Резание. DEW оценивает обрабатываемость 1.4541 как плохую: сталь склонна к наклёпу и плохо отводит тепло. Работают быстрорежущим инструментом с обильным охлаждением или твёрдым сплавом. Под автоматную обработку сталь не предназначена.

Ковка. Нагрев под ковку — 1150–1180 °C, ковка в интервале 1180–950 °C с охлаждением в воде или на воздухе. Перед нагревом заготовку очищают: по DEW, сера, фосфор, свинец и другие легкоплавкие металлы из маркировочных красок, термокарандашей, смазок и топлива повреждают металл при нагреве.

Холодная деформация. По DEW сталь пригодна для холодной деформации, в том числе для холодной высадки по EN 10263-5. Прочность при этом растёт из-за наклёпа — на этом основан нагартованный и полунагартованный тонкий лист по ГОСТ 5582.

Коррозионная стойкость и чем заменить

DEW оценивает стойкость 1.4541 в большинстве природных вод и в сельской и городской атмосфере как хорошую — если концентрации хлоридов, солей, азотной или органических кислот низкие. В насыщенном растворе NaCl и морской воде DEW указывает опасность питтинга — для хлоридных сред марку выбирают отдельно.

Приложение А ГОСТ 5632-2014 прямо называет заменители 12Х18Н10Т под конкретные условия:

Замена по этой таблице — ориентир, а не разрешение: свариваемость, магнитность и поведение в конкретной среде у ферритных и аустенито-ферритных заменителей другие. Решение принимает конструктор.

Аналоги: 1.4541 и AISI 321

Составы EN и ASTM — из паспорта DEW. Главное различие — углерод: по ГОСТ его допускается в полтора раза больше. Обратная замена — 1.4541 вместо 12Х18Н10Т — по углероду безопасна, а 12Х18Н10Т с углеродом у верхнего предела не всегда проходит требования, рассчитанные на 1.4541. Сверяйте сертификат с чертежом.

Марка есть в конвертере марок стали и в калькуляторе массы металла — плотность для расчёта массы берите оттуда.