Зона термического влияния ферритных нержавеющих сталей

Микроструктура большинства катаных ферритных нержавеющих сталей состоит из смеси феррита и карбидов (или карбонитридов). При нагреве такой структуры до повышенных температур в зоне термического влияния (ЗТВ), окружающей зону расплавления, происходят различные металлургические реакции. Под действием термического цикла сварки карбиды и другие выделения имеют тенденцию к растворению. Если присутствует некоторое количество мартенсита (например, вокруг каждого валика многопроходных швов, за исключением последнего), то мартенсит также имеет тенденцию превратиться в феррит (при этом образуются и карбиды) или снова в аустенит в условиях повторного нагрева при наложении последующих валиков.

В зависимости от химического состава стали ЗТВ может быть либо полностью ферритной, либо смесью феррита и аустенита. При отсутствии выделений и аустенита по границам зерен ферритные зерна будут интенсивно расти и в ЗТВ для большинства ферритных нержавеющих сталей имеет место относительно крупное зерно. Если аустенит устойчив при повышенной температуре, то он может сдерживать рост ферритных зерен, воздействуя на их границы. При охлаждении могут произойти некоторые выделения карбидов и нитридов. Поскольку растворимость углерода и азота в феррите мала при низких температурах, то это может быть существенной движущей силой образования выделений. При этом аустенит, который мог образоваться при повышенной температуре, на стадии охлаждения трансформируется в мартенсит. Такой мартенсит обычно распределен по границам зерен и часто ошибочно воспринимается как аустенит.

На рис. 5.13 изображена микроструктура ЗТВ нержавеющей стали марки 430. Зерна феррита весьма крупные, а на их границах располагаются непрерывные слои мартенсита, образовавшегося из высокотемпературного аустенита. Вкрапления внутри зерен (дословный перевод — перечная структура) представляют собой карбиды, карбонитриды или нитриды, образовавшиеся при охлаждении. По аналогии с металлом шва в ЗТВ также имеется зона, свободная от выделений (см. рис. 5.10). На рис. 5.14 показана ЗТВ стали марки 409 при использовании дуговой сварки вольфрамовым электродом в защитном газе. В этой стали фактически не образуется высокотемпературного аустенита, поэтому ЗТВ полностью ферритная и не содержит видимых выделений, что связано с низким содержанием хрома в стали с добавками титана, который связывает углерод и азот, предотвращая выпадение карбидов типа M23C6 и карбонитридов типа M23(C, N)6.