11.14. Коррозионно-стойкие жаростойкие стали и сплавы

        Коррозионная стойкость стали. Коррозией называют разрушения металлов под действием окружающей среды. При этом часто металлы покрываются продуктами коррозии (ржавчиной). В результате воздействия внешней среды механические свойства металлов резко ухудшаются, иногда даже при отсутствии видимого изменения внешнего вида поверхности.         Различают химическую коррозию и электрохимическую коррозию.         Механизм электрохимической коррозии сводится к следующему, Если электролит поместить два соприкасающихся различных металла, образуется гальванический элемент, при этом металл, который легче, отдает электроны, служит анодом, а другой - катодом. В процессе работы гальванического элемента анод разрушается. Аналогично микрогальванические элементы возникают между различными фазами и даже в чистых металлах, где роль анода играют границы зерен и другие дефектные участки , а роль катода - тело зерна.         Существует несколько видов электрохимической коррозии:

• равномерная коррозия, протекающая примерно с одинаковой скоростью по всей поверхности;

• локальная коррозия, которая в свою очередь подразделяется на точечную, пятнистую и с язвами;

• интеркристаллитная коррозия, распространяющая по границам зерен вследствие более низкого их электрохимического потенциала. Она опасна тем, что без заметных внешних признаков быстро проникает по границам зерен вглубь, резко снижая механические свойства.

• коррозия под напряжением, которая возникает при одновременном воздействии коррозионной среды и напряжений растяжения.

        Сталь устойчивую к газовой коррозии при высоких температурах называют окалиностойкой (жаростойкой)         Стали, устойчивые к электрохимической, химической, межкристаллитной и другими видам коррозии, называю коррозионно-стойкими ( нержавеющими ).         Повышение устойчивости стали к коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с основным металлом и предупреждающие контакт между сталью и наружной агрессивной средой, а также повышающей электрохимический потенциал стали в разных агрессивных средах.         Жаростойкие стали сплавы. Повышение окалиностойкости достигается введение в сталь главным образом хрома, а также алюминия или кремния, т.е. элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов (Cr, Fe)₂O₃, (Al, Fe)₂O₃. Введение в сталь 5-8 % Cr до 15-17% делает сталь окалиностойкой до 950 - 1000⁰С, а при введении 25 % Cr сталь остается окалиностойкой до 1100⁰С. Легирование сталей с 25 % Cr алюминием в количестве 5% повышает окалиностойкость до 1300⁰С. Окалиностойкость зависит от состава стали, а не от структуры, в связи окалиностойкость ферритных и аустенитных сталей при равном количестве хрома практически одинакова.         Для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей машин, деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17, 15Х25Т) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2) стали, обладающие жаропрочностью.         Коррозионно-стойкие стали. Составы сталей, устойчивых к электрохимической коррозии, устанавливают в зависимости от среды, для которой они предназначаются. Эти стали можно разделить на два основных класса: хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную, мартенситно-ферритную (феррита более 10%) или мартенситную структуру, и хромоникелевые, имеющие аустенитную, аустенитно-мартенситную или аустенитно-ферритную (феррита более 10%) структуру. Таблица 32

Химический состав (по легирующим элементам) и механические свойства (средние) некоторых коррозийно-стойких сталей

Сталь	Содержание основных элементов, %				Механические свойства
	C	Cr	Ni	Другие элементы	 , МПа	2 , МПа	,%	,%
Стали мартенситного класса
20Х13	0,16- 0,25	12-14	-	-	850	650	15	50
30Х13	0,26- 0,35	12-14	-	-	950	700	15	50
40Х13	0,36- 0,45	12-14	-	-	1150	900	12	30
Сталь мартенситно-ферритного класса
12Х13	0,09- 0,15	12-14	-	-	750	500	20	65
Стали ферритного класса
12Х17	0,12	16-18	-	-	520	350	30	75
15Х25Т	0,15	24-27	-	5С-0,9 Ti	540	-	40	70
015Х17Ь2Б	0,015	16,5-18,5	-	1,5-2,0 Mo 0,3-0,5 Nb	450	280	30	60
Стали аустенитного класса
12Х18Н9	0,12	17-19	8-10	-	520	360	30	75
10Х14Г14Н4Т	0,10	13-15	2,5-4,5	5С-0,6 Ti 13-15 Mn	620	280	45	60
10Х14АГ15	0,10	13-15	-	0,15-0,25 N 14-16 Mn	750	300	45	55
10Х17Н13М3Т	0,10	16-18	12-14	5С-0,7 Ti	580	280	40	60
Стали аустенитно-ферритного класса
08Х21Н6М2Т	0,08	20-22	5,5-6,5	1,8-2,5 Mo 0,2-0,4 Ti	750	450	50	55
Стали аустенитно-мартенситно-ферритного класса
09Х15Н8Ю	0,09	14-16	7-9	0,7-1,3 Al	1250	1000	20	50

        Стали ферритного, мартенситного и мартенситно-ферритного классов. При введение 12-14 % хрома ее электрохимический потенциал становится положительным и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде ряде слабы растворах кислот, солей и щелочей. Стали данного типа (12Х13) при равновесии относятся к полуферритным, а после закалки в масле или в воздухе с высоких температур имеет структуру мартенсит и феррит ( ферритно-мартенситная сталь). Стали 20Х13 и 30Х13 в равновесном состоянии доэвтектоидные, а 40Х13 - заэвтектоидные, после охлаждения на воздухе имеют структур мартенсит.         Сталь обладает лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что весь хром в стали приходится на долю твердого раствора. Только в этом случае он образует на поверхности плотную защитную оксидную пленку (Cr,Fe)₂O₃. Коррозионная стойкость стали повышается термической обработкой: закалкой и высоким отпуском и созданием шлифованной и полированной поверхности.         Стали аустенитного класса. Эти стали обычно легируют хромом и никелем или марганцем, после охлаждения до нормальной температуры имеют аустенитную структуру. низкий предел текучести, умеренную прочность и хорошую коррозионную стойкость в окислительных средах. Стали парамагнитны.         Высокое сопротивление межкристаллитной коррозии, хорошую пластичность и свариваемость имеют низкоуглеродистые аустенитные стали 04Х18Н10 и 03Х18Н12. Стали с пониженным содержанием углерода устойчивы в азотной кислоте и других агрессивных средах и широко используются для изготовления химической аппаратуры. Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали дороги и поэтому никель можно частично заменит марганцем.         Стали аустенитно-ферритного класса содержат 18-22% Сr , 2 -6 % Ni и некоторое количество молибдена и титана, Они обладают более высокой прочностью при удовлетворительной пластичности и лучшей сопротивляемости интеркристаллитной коррозии. и коррозионному растрескиванию.         Стали аустенитно-мартенситного класса. Эти стали наряду с хорошей устойчивостью против атмосферных коррозии обладают высокими механическими свойствами и хорошо свариваются. Механические свойства указанной стали зависят от количества образовавшегося мартенсита, которое можно регулировать температурой закалки и обработкой холодом. Если количество мартенсита превысит 40 %, то пластичность стали заметно падает. Большее упрочнение можно достигнуть нагартовкой предварительно закаленной на аустенит стали путем прокатки и волочения. После такой обработки большая часть аустенита превращается в мартенсит деформации. Дальнейшее упрочнение достигается старением.         Коррозионно-стойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе. Аустенитные (аустенитно-ферритные) стали не обеспечивают достаточно высокой коррозионной стойкости в таких средах, как серная и соляная кислоты. В этих случаях используются сплавы на железоникелевой основе, имеющие после закалки от 1050 - 1100⁰С и старением при 650 - 700⁰С структуру аустенит и интерметаллидную ' - фазу типа Ni₃(Ti, Al). Сплав предназначен для работы при больших нагрузках растворах серной кислоты. Для работы в азотной кислоте применяют сплав Н70МФ. Наиболее широкое распространение получил сплав ХН65МВ для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, соляно кислых и сернокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.         Никелевые сплавы используются после закалки от 1070⁰С. Структура сплавов - - или - твердый раствор на основе никеля и избыточные карбиды типа М₆С и VC (Х70МФ). Таблица33

Химический состав ( по легирующим элементам) и механические свойства коррозионной стойких сплавов на железоникелевой основах

        Двухслойные стали. для деталей химической аппаратуры, работающих в коррозионной среде нашли применение двухслойные стали. Они состоят из основного слоя - низколегированной или углеродистой стали и коррозионно-стойкого плакирующего слоя толщиной 1-6 мм из коррозионно-стойких сталей или никелевых сплавов.