Система железо-хром

Равновесная фазовая диаграмма железо—хром (рис. 2.1) является отправной точкой для описания фаз устойчивого состояния нержавеющих сталей, в которых хром — один из основных легирующих элементов. Следует обратить внимание на то, что здесь представлены полное растворение хрома в железе при повышенных температурах и затвердевание всех железохромистых сплавов, встречающихся в виде феррита. Интервал кристаллизации для железохромистых сплавов очень узок. При низкой концентрации хрома область существования аустенита находится в диапазоне температуры от 912 до 1394 °C (от 1670 до 2540 °F). Сплавы, в которых содержание хрома более 12,7 %, при повышенных температурах будут полностью ферритными, в то время как другие с меньшим содержанием хрома при температурах в пределах гамма-области будут иметь структуру аустенита. Охлаждаясь, аустенит может трансформироваться в мартенсит.

Низкотемпературная равновесная фаза, называемая сигма-фазой, может образовываться в системе Fe—Cr. Эта фаза имеет стехиометрию FeCr и тетрагональную кристаллическую решетку. Сигма-фаза легко формируется в сплавах, содержащих более 20 % хрома. Так как она образуется при низких температурах, то ее формирование протекает весьма вяло и при температуре от 600 до 800 °C (от 1100 до 1470 °F) ее выделение требует значительного времени. Из-за того, что сигма-фаза является твердой и хрупкой, ее присутствие в нержавеющих сталях нежелательно.

Диаграмма содержит пунктирную горизонтальную линию внутри области о + а при температуре 475 °C (885 °F). Явление, известное как охрупчивание при температуре 475 °C (885 °F), — результат формирования когерентных, богатых хромом выделений в пределах альфа-кристаллической решетки. Эти выделения называются альфа-прим (а'). Они формируются в диапазоне температур от 400 до 500 °C (от 750 до 1000 °F), и, как было установлено, сплавы с содержанием более 14 % хрома при этих температурах весьма хрупкие. Формирование выделений а' в сплавах системы Fe—Cr — весьма медленный процесс, однако скорость его может быть увеличена легирующими добавками.