Топло яките и технологичните свойства на стоманите от този вид се постигат с въвеждане в желязото на голямо количество въглерод [0,3-0,6% (по маса)] и с комплексно легиране с никел, манган, хром, молибден, волфрам, ванадий и ниобий, по такъв начин че да се получи стабилно аустенитно съдържание на матрицата в целия температурен интервал, започвайки от температурата на втвърдяване и завършвайки с дълбоко охлаждане (-70оС), аустенитното състояние на матрицата.
При високи температури, съответстващи на температурите на закалка, въглеродът и карбид образуващите елементи образуват микроскопичен еднороден твърд разтвор , който при понижаване на температурата се разпада с отделяне на голямо количество карбидни фази.
Тъй като нивото на легиране на аустенитните стомани с карбидно уякчаване е по-високо отколкото на мартензитните и мартензитно-феритните, то за привеждане на карбидите в твърд разтвор са необходими по-високи температури на закалка.
Относително високите топлоустойчиви свойства на стоманите от този тип са обусловени от два основни фактора: многокомпонентното легиране на матрицата и субмикроскопичната тънка структура, която се образува при отделянето на карбидните фази.
За да се осигури достатъчно ниво на съпротивление на стоманите към окисляване всички те трябва да съдържат не по-малко от 12% Cr. При изучаване на влиянието на фазовия състав на стоманите на топлоустойчивост е доказано, че най-висока топлоустойчивост имат чисто аустенитните стомани (без наличието на γ -фаза). Във връзка с това количеството на въглерода и на другите аустенитообразуващи елементи – никел, манган, азот – трябва да бъде такова, че при всички варианти на термична обработка да се осигури устойчиво аустенитно състояние.
Особеност на легирането на аустенитните стомани с карбидно уякчаване се състои и в това, че в процеса на стареене трябва да се отделя значително обемно количество карбиди, за да се осигури висока здравина при повишени температури и съхраняване на висока пластичност. Съчетаването на висока здравина и пластичност се достига благодарение на това, че дисперсното втвърдяване в стоманите протича по пътя на отделяне от твърдия разтвор не на някакъв карбид, а на няколко карбида едновременно или в определена последователност. При това скоростта на отделяне и характерът на разпределение на различните карбидни фази се различават съществено. Реализацията на този принцип на уякчаване на дисперсионно втвърдяващи материали позволява съществено да се забави скоростта на движение на дислокациите вътре в зърната, да се намали ефекта на зърната едно спрямо друго и да съхрани в структурата някакъв обем зърна свободен от отделяния. Последното позволява да се релаксират пиковите напрежения, възникващи в структурата в процеса на пълзене. По този начин се създават предпоставки за съхраняване на определено ниво на пластичност на стоманата.
Отделянето на карбиди от твърдия разтвор при стареенето и преминаването на карбидите в твърдия разтвор при високотемпературните нагрявания, когато е необходимо да се получи еднородно γ -разпределение за- виси от свойствата на карбидите.
Известни сведения за поведението на карбидите могат да се получат като се изхожда от анализа на свойствата на чистите карбидни съединения в изолирано състояние.
Ако трябва да се оценят силите на връзка в карбидите, образувани топлинно, то най-здрави се явяват карбидите с кубична стенно центрирана решетка -TiC, ZrC, NbC,VC. Те се съхраняват в структурата на стоманата до високи температури, като при това най-напред се разтваря ванадиевият карбид (началото на разтварянето е над 800оС). Титановият карбид се съхранява до 1200оС.Независимо от голямата здравина на силата на връзките, титановият карбид разтваря молибден, ванадий, волфрам, ниобий, хром и практически не разтваря желязо. Във връзка с това, че титановите нитрит и карбид образуват непрекъснат ред от твърди разтвори, а в стоманите винаги има някакво количество азот , в структурата се образуват не чисти съединения на карбид или нитрид, а съединения, изместени по състав към карбида или нитрида.
Тъй като титановият карбид се разтваря интензивно в твърдия разтвор на γ-желязо при температури по-високи от 1200оС, той не участва активно в дисперсионното втвърдяване, защото температурите на закаляване не превишават тази температура.
Циркония се въвежда в стоманата в ограничено количество, като обема на отделените карбиди на циркония е малък.
Карбида на ниобия се държи в аустенитните стомани така, както и карбида на титана. Той се разтваря в матрицата при температури по-високи от 1200оС и слабо участва в дисперсионното втвърдяване. За разлика от карбида на титана карбида на ниобия не разтваря не само желязото, но и хрома. В присъствие на азот в структурата на стоманата се образува карбонитрид Nb(C, N). От всички групи монокарбиди най-неустойчив е карбида на ванадия. Характерна особеност на този карбид е че той се разтваря в матрицата при сравнително ниски температури и при по-високи 950-980оС целия карбид на ванадия преминава в твърдия разтвор. При стареене, обратно, ванадиевия карбид интензивно се отделя от твърдия разтвор, образувайки структура,характерна за непрекъснатия разпад. Благодарение на устойчивата кохерентна връзка на карбида с матрицата той в течение на дълго време запазва висока дисперсност, уякчавайки същата стомана при продължителна работа.
Значително уякчаване на аустенитните стомани придобиват в резултат на отделяне от твърдия разтвор на карбиди на хрома. В аустенитните стомани, като основен карбид на основата на хром се явява карбида Ме23С6. Това, като правило, е сложен карбид с променлив състав, в който в широк интервал на концентрации са разтворени желязо, никел, ванадий, волфрам и молибден. Количеството на легиращите елементи и на хрома в карбида зависят от термичната обработка. За аустенитните стомани с карбидно уякчаване термичната обработка се състои в нагряване до 1200оС, закаляване на въздух или във вода и стареене единично или двойно.
Механичните свойства на стоманите, особено продължителната якост, в значителна степен зависят от условията на стареене.
При нискотемпературното стареене (500-600оС) втвърдяването на стоманите протича вяло, но с образуване на голямо количество карбидни фази с висока степен на дисперсност. Въпреки високата якост, стоманите имат ниска пластичност. За да се получат най-изгодни експлоатационни свойства на стоманите, те се подлагат на стареене при температури с 100-150оС по-високи от работната температура, или на двойно стареене (нискотемпературно + високотемпературно). При такива обработки се отстранява чувствителността на стоманата към надрези.
При двойната термична обработка, с прилагането на нискотемпературното стареене се осигурява равномерно отделяне на уякчаващи фази; високотемпературния стадий е за снемане на напреженията.
В практиката на металургичното производство често се случва, че за стомана, подложена на силно уякчаване, прекъсването във времето между двата стадия на стареене води към поява на пукнатини. За да се отстрани подобно явление е необходимо второто стареене да се провежда без прекъсване при пренасяне на изковката в друга пещ или с повдигане на температурата на пещта, където е завършил първия стадий на стареене.
От всички групи аустенитни стомани с карбидно уякчаване най-проста се явява стомана 4Х14Н14В2М. Основното и предназначение е за изходящи клапани на авиационни и автомобилни двигатели. Освен това, стоманата широко се прилага, като материал за крепежни елементи.
Максималното съпротивление на пълзене при температури по-високи от 650оСстоманата има след предварителното нагряване при закаляване при 1200оС; при работни температури по-ниски от 650оС отлични свойства има стоманата, отгрята при 820оС.
Ако стоманата се прегрее над 1200оС, топлоустойчивостта и при температури 700-800оС се повишава от увеличението на размера на зърната и на по-пълното разтваряне на карбидните фази, обаче пластичността бързо пада, затова такава термична обработка не се прилага.
Създаването на всички следващи разновидности на аустенитните стомани преследва задачата за повишаване на свойствата, но при по-икономично легиране с никел. Стоманата 31Х19Н9МБТ, имайки понижено съдържание на никел е легирана комплексно с молибден, волфрам, титан и ниобий, и освен това има достатъчно високо съдържание на манган (0,8-1,5%), който също е предназначен за стабилизиране на аустенита. С повишаване на запаса от пластичност стоманата се преплавява електрошлаково. Температурата на приложение на тази сплав не превишава 630оС.Още по-ниско съдържание на никел имат стоманите 4Х15Н7ГФ2МС и 37Х12Н8Г8МФБ.Първата стомана се използва за крепежен материал и при малки напрежения може да се прилага до 750-800оС.
Необходимо е стоманата да се нагрява за закаляване в тесен температурен диапазон (1180-1220оС), което обезпечава голям запас на продължителна якост. Имайки предвид, че максималната твърдост се постига чрез стареене при 650-700оС, за повишаване на пластичността, стареенето се провежда при 800оС. Продължителната и уморната якост в значителна степен зависят от еднородността на размера на зърната. Затова не се препоръчва прегряване на стоманата преди деформация при по-висока температура от 1160оС и в края на деформацията по-ниска от 1000оС, за да може при следващо нагряване за закаляване да се получи равномерна дребнозърнеста структура. Дребнозърнестата еднородна структура има не само висока якост, но и високо съпротивление на умора.
Поради въвеждането на ограничено съдържание на хром стоманата 4Х15Н7ГФ2МС слабо се съпротивлява на окисляването при температури по-високи от 750оС. С цел повишаване на съпротивлението срещу окисляване, стоманата може да се алитира или никелира.
В последно време най-широко приложение има стоманата 37Х12Н8Г8МФБ, която е легирана със значително количество карбидообразуващи елементи и съдържа доста голямо количество манган. Основно стоманата се прилага за производство на крупни детайли – турбинни дискове и бандажни колела. Оптимално съчетание на свойствата, стоманата придобива след двойно стареене. Резултатите от изучаване влиянието на температурите на стареене върху свойствата на стоманите показват, че до температури 650оС стоманата практически не губи свойствата си, даже след 10000 часа задържане. Разякчаването на стоманата настъпва при стареене при по-високи температури от 650оС и то е толкова по-голямо, колкото е по-висока температурата на стареене и по-голяма продължителността на въздействието и. С цел повишаване на пластичността стоманата се преплавя електрошлаково.