При высокотемпературном нагреве полуферритных и ферритных сталей увеличивается способность твердого раствора к растворению карбидных или интерметаллидных фаз при одновременном и очень сильном росте зерна. При быстром охлаждении пересыщенный твердый раствор распадается с выделением этих фаз как в самих кристаллах, так и особенно по границам зерен, сообщая стали высокую хрупкость. Часто эту хрупкость называют высокотемпературной.
Сварные соединения у ферритных и полуферритных нержавеющих сталей, нагретых до высоких температур и быстро охлажденных, также подвержены охрупчиванию при 475° С.
В связи с тем, что высокотемпературная хрупкость сопровождается очень сильным ростом зерна, особенно после нагрева выше петли, а также растворением карбидов и интерметаллидов, между зтими процессами существует определенная зависимость.
Во время охлаждения большая часть углерода и возможно других элементов не успевает выделиться в виде скоагулированных карбидов. Поэтому быстро охлажденная ферритная фаза, с одной стороны, сильно пересыщена углеродом, который в кристаллической решетке феррита распределяется неравномерно в виде атомных групп и тем самым создает искажение в кристаллической решетке, и вследствие этого появляется хрупкость. С другой стороны, высокотемпературный нагрев нержавеющей стали в присутствии углерода, азота и других примесей приводит к обогащению ими межкристаллических слоев, лежащих на границе зерен, и способствует образованию твердого раствора. При последующем быстром охлаждении твердый раствор распадается с образованием мартенсита.
Отжиг при 730-780° С способствует образованию карбидов и их коагуляции, а тем самым снятию напряжений в кристаллической решетке феррита и в межкристаллических слоях в связи с переходом пересыщенного углерода в карбиды и распада мартенсита. Опыт показывает, что отжиг сварных образцов из нержавеющей хромистой стали (17% Сг) при 760° С устраняет хрупкость и восстанавливает коррозионную стойкость в этой зоне.
Отжиг при 730-780° С крупнозернистой нержавеющей стали не уменьшает ее крупнозернистости, но устраняет хрупкость. Отсюда следует, что появление высокотемпературной хрупкости в основном связано с перенасыщением твердого раствора феррита углеродом, а не с грубозернистостыо. С увеличением размера зерна, несомненно, связано несколько иное распределение углерода в феррите, что оказывает влияние на хрупкость этих нержавеющих сталей.
Появление высокотемпературной хрупкости у нержавеющих сталей различного состава зависит от структуры и состава нержавеющей стали и условий перехода карбидов и интерметаллидов в твердый раствор. Уменьшение содержания углерода до 0,003% и выплавка хромистых нержавеющих сталей в вакууме способствуют устранению этой хрупкости.
У мартенситных сталей высокотемпературная хрупкость появляется при температурах выше 1150-1200° С, а у полуферритных и ферритных - при 1000-1100° С. При длительных выдержках у ферритных и полуферритных нержавеющих сталей эта хрупкость появляется при 1000, а при малых выдержках - при 1100 и 1150° С.
Следует отличать высокотемпературную хрупкость 12%-ных хромистых нержавеющих сталей от обычной закалки на мартенсит.