Глава 12

СТАЛИ И СПЛАВЫ

СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ

1. Коррозионностойкие стали

1.1. Общие сведения

Коррозией называется разрушение металла под действием окру­жающей среды, в результате ее химического и электрохимиче­ского воздействия.

Ущерб, причиняемый коррозией, может быть прямым и кос­венным. Прямой ущерб включает в себя стоимость замены под­вергшихся коррозии частей машин, трубопроводов, устройств. Если проржавела крыша дома, труба парового отопления, кузов автомобиля, их меняют или ремонтируют. Для восстановления пораженных коррозией машин и конструкций в нашей стране ежегодно расходуется 20—25 млн. т металла, что составляет 12—15 % мощности металлургической промышленности.

Косвенный ущерб от коррозии связан с простоем оборудования в результате аварий, ухудшением качества продукции, например в результате ее загрязнения, увеличением расхода топлива, ма­териалов и др. Так, при выходе из строя химической аппаратуры не выпускается продукция, отказ в работе двигателя приводит к простою ценного оборудования, нарушение герметичности газо­йли нефтепровода делает возможной утечку ценного сырья. Косвенный ущерб обычно значительно выше прямого. Если в результате коррозии водопроводной системы прекращается подача воды на металлургический завод, то ремонт водопровода будет стоить во много раз меньше, чем расходы, связанные с оста­новкой завода на несколько часов.

Проникновение вследствие коррозии газа, нефти и других продуктов в окружающую среду может приводить не только к ма­териальным потерям, но и к угрозе человеку и природе. Такой ущерб не поддается расчету.

По внешнему виду коррозия обычно проявляется в потере металлического блеска и появлении на поверхности продуктов коррозии (в случае стали — ржавчины бурого цвета), а также в резком падении механических свойств.

В зависимости от свойств окружающей среды различают:

1. Химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл сухих газов (газовая коррозия) и неэлектролитов (напри­мер, нефти или нефтепродуктов).

2. Электрохимическую коррозию, обусловленную воздействием на металл жидких электролитов: водных растворов солей, кислот, щелочей или влажного воздуха (атмосферная коррозия), т. е. растворов, содержащих ионы и являющихся проводниками элек­тричества.

Электрохимическая коррозия является наиболее распростра­ненным видом коррозии металлов. Электрохимическая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию, состоящую из двух процессов — анодного и катодного. Поведение металлов, находящихся в электролите, зависит от значения их электродного потенциала. Если два разных металла находятся в электролите, то металл, имеющий более отрицательный электродный потенциал, (анод) отдает ионы в раствор и растворяется, а избыточные элек­троны перетекают в металл, имеющий более высокий электрод­ный потенциал, (катод). Катод при этом не разрушается, а элек­троны из него удаляются во внешнюю среду. Чем ниже электрод­ный потенциал металла, тем легче металл отдает ионы в раствор, тем ниже его коррозионная стойкость.

Значения электрохимического потенциала:

Элемент	Au	Ag	Cu	H	Ni	Fe	Zn	Al
Потенциал, В	+1.42	+0.80	+0.34	0	-0.23	-0.44	-0.76	-1.66

Это же положение касается разных фазовых составляющих, которые могут быть в структуре сплава. Находясь в электролите, они приобретают разные по величине и знаку электродные по­тенциалы. Чем больше различие в электродных потенциалах отдельных фазовых составляющих, тем активнее будет протекать коррозионный процесс и коррозионное разрушение сплава. Элек­трохимическая гетерогенность поверхности металла является причиной коррозии. Поэтому коррозионностойкие сплавы должны иметь однофазное строение.

Схемы основных разновидностей электрохимической коррозии приведены на рис. 130.

В случае однофазного материала, например чистого металла или однородного твердого раствора, коррозия распределяется равномерно по всей поверхности — происходит так называемая равномерная коррозия. Однако металлы, имеющие такую струк­туру, встречаются редко.

В неоднородных металлах, которые встречаются значительно чаще, коррозия носит местный характер, охватывая отдельные участки его поверхности. К местной коррозии относятся так называемые точечная, пятнистая или язвенная ее разновидности. Очаги местной коррозии являются концентраторами напряжений.

Особенно опасна межкристаллитная (МКК) коррозия, почти незаметная с поверхности и распространяющаяся в глубь металла по границам зерен. В результате межкристаллитной коррозии нарушается связь между зернами, при постукивании по металлу пропадает характерный металлический звук и после приложения нагрузки металл легко разрушается.

При одновременном действии коррозионной среды и нагрузки или остаточных напряжений возникает коррозия под напряже­нием, проявляющаяся в виде коррозионного растрескивания или сетки трещин на поверхности металла.

Стали, устойчивые против газовой коррозии при высоких температурах, соответствующих температурам окалинообразования, называют жаростойкими сталями. Стали, устойчивые против электро-химической коррозии, называют коррозионностойкими или нержавеющими сталями.

Для защиты от коррозии широко применяют явление пасси­вации. Пассивность—это состояние повышенной коррозионной устойчивости металла или сплава, вызванное преимущественным торможением анодного процесса. Пассивное состояние наступает при образовании тонких прочных оксидных пленок, равномерно покрывающих всю поверхность металла. Переход из активного состояния в пассивное связан с повышением электродного по­тенциала.

У стойчивость стали против коррозии повышается при введе­нии в ее состав таких элементов, как хром, алюминий, кремний, способствующих образованию на поверхности металла плотных защитных оксидных пленок и повышающих электрохимический потенциал стали. Алюминий и кремний повышают хрупкость стали и применяются реже, чем хром. При введении хрома в ко­личестве 12—14 % на поверхности стали образуется защитная электрохимический потенциал становится положительным и кор­розионная стойкость стали скачкообразно растет (рис. 131). Сталь с 12—14 % хрома устойчива против коррозии в атмосфере, воде., морской воде, ряде кислот, щелочей и солей. Кроме хрома, в состав коррозионностойкой стали входят и другие элементы.

В машиностроении в основном приме­няют хромистые и хромоникелевые коррозионностойкие стали.