Среди представленных на рынке разновидностей стали мартенситные и мартенситно-ферритные остаются востребованными. В своей основе это хромистые сплавы с состоящей из мартенсита структурой. Специалисты различают варианты продукта по содержанию в нем дополнительных примесей. В частности, углерода оказывается не менее 0,15%. Существует обозначение для минимального содержания хрома. Здесь его от 11 до 17%. От процента хрома зависит уровень устойчивости конкретной разновидности к коррозии. В сплаве присутствуют и другие элементы. Основные среди них:

• вольфрам;
• никель;
• молибден;
• хром.

Рассмотрение такой группы сталей напрямую связано с понятием мартенсита. Это обозначение для игольчатой микроструктуры. Она встречается в чистых металлах, которые проходят процедуру закалки. Также встретить структуру можно и в стали. Одна из отличительных особенностей металлов с такой микроструктурой – склонность к полиморфизму.

Говоря проще – мартенсит представляет собой базовый структурный компонент стали.

История открытия мартенсита связана с именем ученого Марка Мартенса. Он долго изучал различные металлические материалы, а также проблемы, связанные с их износом и накапливанием усталости в процессе использования.

При рассмотрении кристаллической решетки углеродистого раствора выясняется, что она тетрагональная. Решетка делится на составляющие, каждая из которых – это параллелепипед. Ячейка состоит их атомов железа и атомов углерода. Первые располагаются по вершинам, а вторые в центре.

Сама структура неравновесная. В ней сохраняется высокий уровень внутреннего напряжения. Однако материалу это идет только на благо – увеличивается его прочность и устойчивость к длительному использованию.

Ученые долго исследовали особенности повреждения такого типа металла в условиях нагрева. Довольно быстро выяснилось, что в процессе воздействия высоких температур происходит перераспределение атомов углерода. В результате формируются фазы цементита и феррита. В первой содержание углерода составляет 6,7%, во второй не более 0,02%.

Такого типа структура отражается на характеристиках получаемой стали. В первой фазе ячейка имеет ромбическую структуру, в то время как во второй она становится объемно-центрированной.

В ходе изучения основных параметров материала и его особенностей в использовании, удалось выделить два основных мартенсита. Понимание особенностей таких типов во многом влияет на то, как именно будет понимать сам материал. Выделяют:

Дислокационный мартенсит. В профессиональной литературе и технических текстах также можно встретить название его название как «реечного». Для того чтобы сформировать такую разновидность структурного элемента потребуется сталь трех типов – мало и среднеуглеродистая, а также высоколегированная. При нагреве такой стали до 300 °С наблюдается стремительное мартенситное образование. Привлекает внимание сама форма кристаллов мартенсита. Это рейки (отсюда название реечного), толщина которых варьируется от 0,2 до 2 мкм. При этом все кристаллы оказываются вытянуты в одну сторону. При ближайшем рассмотрении оказывается, что между рейками залегает прослойка аустенита. Однако она настолько тонкая (не превышает 20 нм), что её часто сложно заметить.

Двойниковый. Если второе название дислокационного мартенсита реечный, то двойниковый также называется пластинчатым. Образование такой сетки характерно для углеродистых и легированных сталей. Образование начинается уже при 200 °С нагрева.

Так как выше часто встречалось такое понятие, как мартенситное превращение, необходимо конкретизировать это понятие.

Особенности мартенситного превращения

Мартенситное превращение представляет особо полиморфный процесс. Когда он происходит, в составе кристалла наблюдается упорядоченное передвижение атомов или молекул. Таким образом, их положение относительно друг друга постепенно меняется. Отличаются межатомные расстояния, что становится важной характеристикой рассматриваемого процесса.

Перестройка кристаллической решетки или её деформация приводит к изменению начальной фазы. Величина деформации составляет около 10% или менее (но не больше). На этом фоне энергетический барьер оказывается малым.

Главным условием для того, чтобы превращение оказалось возможным, становится взаимодействие между нестабильной и стабильными фазами. Причем взаимодействие это должно быть упорядоченным. Обращает на себя внимание то, что низкий энергетический потенциал межфазных границ в совокупности с повышенной подвижностью, обуславливается здесь упорядоченным строением таких границ.

Это полностью объясняет то, что лишняя энергия, которая необходима для начала появления кристаллов оказывается не такой значимой, как может показаться на первый взгляд. На практике она сопоставима с энергией исходных дефектов, которые уже присутствуют в первоначальной фазе. При этом устанавливается по-настоящему высокая скорость создания мартенситных кристаллов. К слову, для создания таких кристаллов не требуется тепловой энергии, что также является одной из особенностей самого процесса.

В ходе мартенситных преобразований, проходит модификация атомного порядка компонентов. Это подразумевает постепенное перераспределение и последующее превращение. Сами характеристики кристаллических материалов изменяются, и изготовители могут воздействовать на такие характеристики, увеличивая температуру обработки или же используя набор средств механического взаимодействия с обрабатываемым материалом.

Центральные особенности сталей мартенситного типа

Как уже было сказано, мартенситные стали в своей основе – хромистые. Еще одно отличие – высокий процент содержания в них углерода. Наблюдается и ряд других примесей, определяющих будущую область использования и характеристики конкретного материала. Это молибден, вольфрам, ниобий. На этом список компонентов не ограничивается. При создании такого типа стали удается достичь не только устойчивости к коррозии, но и достаточной жаропрочности для расширения горизонта использования.

У данной разновидности продукции присутствует целый ряд особенностей, среди которых:

Устойчивость к появлению повреждений при соприкосновении с растворами щелочей. В такой ситуации, материал остается устойчивым к появлению коррозии и не изменяет своей структуры. Это наблюдается даже на фоне высокого уровня влажности. Защищенность от повреждения при воздействии высоких температур. Основное условие получение полного спектра положительных качеств использования – правильная закалка материала. Сталь требуется закалять при температуре не ниже 1050 °С. Дополнительное использование после нагрева сорбита и троостита помогает создать по-настоящему устойчивый к жару материал, не меняющий свих свойств при нагреве. Более того, такие стали отличаются способностью к прохождению самозакаливания с попутным увеличением полезных качеств. Низкая пластичность. Это свойство особенно ценно на фоне того, что материал отличается повышенной твердостью. При этом сам материал не теряет своих показателей, даже если в процессе легирования в него будут вводиться дополнительные элементы – пластичность останется на том же уровне. Устойчивость к воздействию воды. Такая особенность помогает создать материал, способный прослужить на протяжении длительного времени даже при соприкосновении с водой. Жидкость не способна разрушить внешний слой защитных материалов на стали и вызвать коррозию.

Помимо этого, при покупке стоит учитывать высокие показатели водоустойчивости, а также то, что мартенситный металл не так просто обрабатывать с использованием стандартного инструмента для подобных работ.

Особенности обработки и сварки

Одна из проблем, возникающих при использовании такой разновидности стали заключается в правильной сварке. Материал устойчивый к нагреву не так просто сваривать. Сварка возможна только после того, как материал предварительно будет нагрет. Показатели такого нагрева – от 200 до 450 °С. Оптимальный вариант метода сварки – ручная дуговая. Профессионалы рекомендуют использовать особые электроды со специальным покрытием. Также возможно применение и таких типов сварки, как электрошлаковая, под флюсом и дуговая.

Наиболее востребованные марки мартенситной стали

На данный момент в производстве используется большое количество разнообразных марок мартенситной стали. Наиболее востребованные разновидности представлены в таблице ниже.

Марка стали	Особенности состава
20Х13	От 12 до 14 % хрома, менее 0,8 % марганца и кремния, от 0,16 до 0,25 % углерода
10Х12НДЛ	Никеля от 1 до 1,5 %
18Х11МНФБ	Не более 11,5 % хрома, от 0,5 до 1 % никеля, до 0,21 % углерода, от 0,8 до 1,1 % молибдена
12Х11В2МФ, 10Х9МФБ, 13Х11Н2В2МФ, 15Х11МФ	Легируются ванадием (от 0,18 до 0,4 %) и молибденом (от 0,35 до 1,1 %) в дополнение к стандартным добавкам.

Обширное распространение такого типа стали объясняется тем, что она применяется в использовании востребованных предметов. Среди них элементы турбин (роторы, корпуса, диафрагмы, лопатки), элементы насосного оборудования, пружины, хирургический режущий и измерительный инструмент.

Помимо этого, применять перечисленные разновидности стали предпочитают в том случае, если ставится задача создать элементы поверхностей, часто подвергающихся нагреву. К примеру, активно применяется сталь для создания коллекторов, котлов, трубопроводов. Применение стали нашлось и в создании компрессорного оборудования. С помощью таких вариантов создаются различного рода пластины компрессоров. Обширная область применения дополняется высокими эксплуатационными характеристиками, так что заказчик получает проверенный и востребованный материал.