Класифікація коррозионно-стійких сталей і сплавів

 

Корозійна стійкість може бути підвищена, якщо зміст вуглецю звести до мінімуму, якщо ввести легуючий елемент, що утворить із залізом тверді розчини в такій кількості, при якому стрибкоподібно підвищиться електродний потенціал сплаву.

Найважливішими корозійностійкими технічними сплавами є нержавіючі сталі з підвищеним змістом хрому: хромисті й хромонікелеві. На мал. 20.1 показаний вплив кількості хрому в залізо хромистих сплавах на електрохімічний потенціал сплаву.

 

Хромисті сталі

 

Зміст хрому повинне бути не менш 13% (13...18%).

Корозійна стійкість пояснюється утворенням на поверхні захисної плівки оксиду.

Вуглець у нержавіючих сталях є небажаним, тому що він збіднює розчин хромом, зв'язуючи його в карбіди, і сприяє одержанню двофазного стану. Чим нижче зміст вуглецю, тим вище корозійна стійкість нержавіючих сталей.

Розрізняють сталі феритного класу 08Х13, 12Х17, 08Х25Т, 15Х28. Стали з підвищеним змістом хрому не мають фазових перетворень у твердому стані й тому не можуть бути піддані загартуванню. Значним недоліком феритних хромистих сталей є підвищена крихкість через крупнокристалічну структуру. Ці сталі схильні до міжкристалічної корозії (по границях зерен) через збідніння хромом границь зерен. Для запобігання цього вводять невелика кількість титану. Міжкристалічна корозія обумовлена тим, що частина хрому біля границь зерна взаємодіє з вуглецем і утворить карбіди. Концентрація хрому у твердому розчині в границь стає менше 13% і сталь здобуває негативний потенціал.

Через схильність до росту зерна феритні стали вимагають строгих режимів зварювання й інтенсивного охолодження зони звареного шва. Недоліком є й схильність до крихкості при нагріванні в інтервалі температур 450…500^oС

З феритних сталей виготовляють устаткування азотно-кислотних заводів (ємності, труби).

Для підвищення механічних властивостей феритних хромистих сталей у них додають 2...3 % нікелю. Сталі10Х13Н3, 12Х17Н2 використовуються для виготовлення важконавантажених деталей, що працюють в агресивних середовищах.

Після загартування від температури 1000^oC і відпустки при 700…750^oІз границю текучості сталей становить 1000 Мпа.

Термічну обробку для феритних сталей проводять для одержання структури більше однорідного твердого розчину, що збільшує корозійну стійкість.

Сталі мартенситного класу 20Х13, 30Х13, 40Х13. Після загартування й відпустки при 180…250^oЗі сталі 30Х13, 40Х13 мають твердість 50...60…60 HRC і використовуються для виготовлення різального інструменту (хірургічного), пружин для роботи при температурі 400…450^o,предметів домашнього побуту.

Сталі аустенітного класу – високолеговані хромонікелеві сталі.

Нікель - аустенітоутворюючий елемент, що сильно знижує критичні крапки перетворення. Після охолодження на повітрі до кімнатної температури має структуру аустеніту.

Нержавіючі сталі аустенітного класу 04Х18Н10, 12Х18Н9Т мають більше високу корозійну стійкість, кращі технологічні властивості в порівнянні із хромистими нержавіючими сталями, краще зварюються. Вони зберігають міцність до більше високих температур, менш схильні до росту зерна при нагріванні й не втрачають пластичності при низьких температурах.

Хромонікелеві сталі корозійностійкі в окисних середовищах. Основним елементом є хром, нікель тільки підвищує корозійну стійкість.

Для більшої гомогенності хромонікелеві сталі піддають загартуванню з температури 1050…1100^oCу воді. При нагріванні відбувається розчинення карбідів хрому в аустеніті. Виділення їх з аустеніту при загартуванні виключено, тому що швидкість охолодження велика. Одержують межу міцності 500...600 МПа, і високі характеристики пластичності, відносне подовження 35...45%.

Зміцнюють аустенітні сталі холодною пластичною деформацією, що викликає ефект наклепу. Границя текучості при цьому може досягти значень 1000...1200 МПа, а межа міцності - 1200...1400 МПа.

Для зменшення дефіцитного нікелю частину його заміняють марганцем (сталь 40Х14Г14Н3Т) або азотом (сталь 10Х20Н4АГ11).

Аустенітно-Феритні сталі 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т є замінниками хромонікелевих сталей з метою економії нікелю.

Властивості сталей залежать від співвідношення феритної і аустенітної фаз (оптимальні властивості одержують при співвідношенні – Ф:А=1:1 ). Термічна обробка сталей включає загартування від температури 1100…1150^oC і відпустка-старіння при температурі 500…750^oC

Аустенітно-Феритні сталі не піддані корозійному розтріскуванню під напругою: тріщини можуть виникати тільки на аустенітних ділянках, але феритні ділянки затримують їхній розвиток. При кімнатних температурах аустенітно-феритні стали мають твердість і міцність вище, а пластичність і ударну в'язкість нижче, ніж стали аустенітного класу.

Крім нержавіючих сталей у промисловості застосовують корозійностійкі сплави – це сплави на нікелевій основі. Сплави типу хастеллой містять до 80 % нікелю, іншим елементом є молібден у кількості до 15...30 % Сплави є корозійностійкими в особливо агресивних середовищах (кипляча фосфорна або соляна кислота), мають високі механічні властивості. Після термічної обробки – загартування й старіння при температурі 800^oС – сплави мають межа міцності МПа, і твердість . Недоліком є схильність до міжкристалічної корозії, тому зміст вуглецю в цих сплавах повинне бути мінімальним.