Большинство 12%-ных хромистых сталей имеет комплексное легирование с присадкой карбидообразующих элементов W, V, Мо, Nb и Ni в различных сочетаниях, и упрочнение их связано с образованием дисперсных выделений карбидных.
Активно изучалось влияние легирования на свойства и фазовый состав сложнолегированной 12%-ной хромистой стали. Наиболее эффективное влияние на повышение сопротивления ползучести при 600° С оказывает вольфрам.
Фазовым и рентгеноструктурным анализами установлено, что, кроме карбидов типа Ме23Св, в этой стали образуются дисперсные выделения интерметаллидной фазы Лавеса типа FeaW продолговатой формы, с которой связывается упрочнение стали при высоких температурах.
С повышением содержания вольфрама в стали увеличивается его содержание в осадке при постоянном достаточно высоком содержании хрома и железа. После длительного старения этой стали при 600° С в течение 6000 я содержание связанного вольфрама и железа изменяется по отношению к исходному.
Во время старения при 600° С в течение первых 1000—4000 ч наблюдается уменьшение ударной вязкости стали. Оно тем больше, чем выше содержание вольфрама в стали. Это охрупчивание связано с образованием в стали фазы.
Легирование только ниобием или в сочетании с молибденом или молибденом и ванадием повышает жаропрочность 12 %-ных хромистых сталей, что достаточно широко использовано в зарубежной практике (стали марок Н-46, Rex448 и др.).
Вместе с этим доказано, что при некоторых операциях горячей обработки (ковке), вероятнее всего при осадке, в поковках могут возникнуть трещины вследствие возможности образования двухфазной структуры.
Наибольший интерес представляет 12%-ная хромистая сталь с 11,3% Сг, 0,80% Мо, 0,2% V и 0,6% Nb, имеющая очень высокую длительную прочность при 600° С (сг1000 = 24ч-32 кГ/мм2).
Ниобий также положительно влияет на повышение сопротивления ползучести 12%-ной хромистой стали. Он также в течение первых 1000 ч уменьшает ударную вязкость, но затем она несколько повышается. В стали при старении образуются карбиды Ме23С6, NbC, VC. С повышением содержания ниобия количество ниобия, связанного в карбид типа NbC, увеличивается, а количество карбидов хрома и ванадия уменьшается. После длительного старения количество карбида ниобия практически не изменяется.
Ванадий повышает жаропрочность 12%-ных хромистых сталей, но в определенном сочетании с другими легирующими элементами (Мо, W, Nb и С ). В 12%-ной хромистой стали с 0,6% Мо и 0,10%ºC наибольший эффект упрочнения при 500° С достигается при введении ~0,3% V.
Согласно исследованиям, избыток ванадия в твердом растворе уменьшает прочность связей атомов в кристаллической решетке, что и является причиной уменьшения жаропрочности сталей, легированных большим количеством ванадия. Эффективность влияния ванадия связана с образованием дисперсных выделений карбидов ванадия типа VC.
Фазовым анализом стали показано, что при отпуске образуются два вида карбидов типа (Cr, V, Fe, Мо)23Сб и небольшое количество карбида ванадия типа VC.
Стали, содержащие ванадий, не склонны к охрупчиванию и при длительном старении ударная вязкость изменяется незначительно.
Титан применяется для легирования и практически не оказывает влияния на сопротивление ползучести, а в ряде случаев действует отрицательно. Никель в количестве 1—3% также отрицательно влияет на жаропрочность.