» » Марганец-хром-железо
05.02.2015

Диаграмма состояния сплавов марганец—хром—железо весьма сходна с диаграммой состояния сплавов никель—хром—железо. Сплавы, богатые железом, детально исследовались Кестером, Шмидтом и Лэгатом, Брулем, Шафмейстером и Эргангом и Бэрджесом и Форгенгом.
На диаграмме рис. 117 нанесены сплавы, содержащие до 50% Mn, 50% Cr и приблизительно 0,1% С; термическая обработка состояла из закалки с 1000°. Обнаружены следующие составляющие: гранецентрированный кубический γ-твердый раствор; обьемноцентрированный кубический α-твердый раствор; двухфазная область (α и γ). Строение сплавов при 700° показано на рис. 118; при очень малых содержаниях марганца γ-твердый раствор, устойчивый при 1000°, превращается в α-твердый раствор при 700°. Кроме того, появляется новая составляющая — σ-фаза, вернее σ-твердый раствор на базе σ-фазы системы железо — хром, способной растворять другие компоненты в широком интервале составов.
Сплавы, содержащие больше 10—15% Mn и меньше 15% Cr, имеют структуру устойчивого аустенита. Несмотря на большое сходство данной системы с системой никель—хром—железо, необходимо отметить, что марганец не столь сильно стабилизирует аустенит, как никель. Стали, содержащие 18% Cr и 8% Ni при малом содержании углерода являются полностью аустенитными; аналогичная по составу сталь, содержащая 8% Mn, расположена в двухфазной области α+γ. Устойчивая аустенитная структура не может быть получена при любом содержании марганца, если в составе сплава имеется более 15% Cr.
Марганец-хром-железо

Свойства этих сплавов представляют определенную практическую ценность, поскольку имеется тенденция использовать марганец для частичной замены никеля во многих марках аустенитной стали. Такие марганцовистые аустенитные стали, обладающие достаточно удовлетворительными свойствами при повышенных температурах, использовались в Германии, где ощущалась нехватка никеля во время войны 1939—1945 гг.
Если никель полностью заменен марганцем, то необходимо поддерживать содержание хрома ниже 15%, чтобы избежать образования σ-фазы, которая вызывает охрупчивание сплавов во время длительной выдержки при температурах порядка 650° (рис. 118). Однако очень часто требуется ввести в состав сплава больше 15% Cr, чтобы придать сплавам достаточную окалиностойкость; в этом случае необходимо лишь частично заменять никель марганцем.
По данным Дина, марганцевые аустенитные стали являются нержавеющими в атмосферных условиях, но они в меньшей степени сопротивляются агрессивному действию кислот, чем хромоникелевые стали типа 18-8. Кислотоупорность марганцевых аустенитных сталей может быть значительно улучшена легированием молибденом или медью, или поверхностным насыщением никелем. В последнем случае металл погружают в соответствующий раствор никелевой соли, например в 10%-ный раствор хлорида никеля, содержащий рошеллевскую соль.
При высоких температурах хромомарганцовистые стали хуже сопротивляются окислению, чем хромоникелевые стали, однако они более устойчивы против воздействия сернистых газов.
Эверхарт исследовал коррозионную стойкость марганцевохроможелезных сплавов. Он установил, что стали, содержащие немного больше 15% Cr и больше 15% Mn, могут быть полностью аустенитными, если к ним добавить азот в количестве 0,1—0,15% (вес.) или 1—6% Ni. Часто промышленно используемые хромомарганцевые аустенитные стали содержат азот.
Сталь, содержащая 16% Cr, 16% Mn, 1% Ni и 0,15% N2, широко используется в промышленности. По механическим свойствам и сопротивлению в слабоагрессивных коррозионных средах она почти эквивалентна нержавеющей хромоникелевой стали типа 18-8.
Стали состава: а) 17% Cr; 6% Mn и 4% Ni, б) 18% Cr; 10% Mn; 4% Ni также широко производятся и используются в промышленности как заменители хромоникелевых сталей типа 18-8 и 17-7.
Одной из распространенных жаропрочных сталей является хромоникелемолибденовая сталь типа 16-25 6. Нашли возможным уменьшить содержание никеля и получить сталь с такими же жаропрочными свойствами при температурах до 700°; при замене десяти процентов никеля шестью процентами марганца (тип 16-15-6-6).
Нержавеющие стали, содержащие: а) 19% Cr; 5,8% Mn; 8% Ni; 1,3% Si; 0,6% Ti; 0,45% С, б) 10% Cr; 18% Mn; 0,4% Ti; 0,8% Si; < 0,12% С, предложенные Эверхартом, используются в Германии в качестве электродов для высококачественной сварки углеродистых и легированных сталей всех марок.