Тема 4. Коррозионностойкие и жаростойкие материалы Коррозионностойкие стали

Для защиты от коррозии широко применяется явление пассивации. Пассивность – это состояние повышенной коррозионной устойчивости металлов и сплавов, вызванное преимущественным торможением анодных процессов. Пассивное состояние возникает при образовании тонких прочных и непрерывных оксидных пленок, равномерно покрывающих поверхность материала.

Переход от активного состояния к пассивному связан с ростом электродного потенциала.

Устойчивость против коррозии повышается при введении в состав стали хрома, алюминия, кремния. Эти элементы образуют непрерывную прочную оксидную пленку и повышают электродный потенциал, т. е. увеличивают электроположительность стали. Алюминий и кремний повышают хрупкость стали и применяются реже хрома.

Тамман предположил, что содержание хрома в стали должно составлять 1/8 моля (грамм-молекулы) или быть кратным этой величине. Для хрома в сплавах с железом 1/8 моля равна 11,7 % (по массе). На поверхности образуется защитная плотная пленка оксида Сr₂О₃.

Сталь, содержащая 12…14 % Сr, устойчива против коррозии в атмосфере, морской воде, ряде кислот, щелочей и солей. Кроме хрома, в состав коррозионностойких сталей вводят также другие элементы – чаще никель. При увеличении содержания хрома коррозионная стойкость стали возрастет.

Коррозионностойкие стали обычно делят на хромистые ферритные, содержащие 12…25 % Сr и 0,07…0,2 % С, и хромистые мартенситные, содержащие 12…18 % Сr и 0,15…1,2 % С, а также аустенитные, содержащие 12…18 % Сr, 8…30 % Ni и 0,02…0,25 % С.

В хромистых сталях (08Х13, 12Х13, 15Х25Т, 30Х13 и др.) коррозионная стойкость повышается в результате растворения хрома в железе и образования на поверхности защитной пленки окисла Cr₂O₃ (при содержании хрома более 12,5 %). Углерод в этих сталях способствует получению двухфазной структуры и обедняет твердый раствор хромом, понижая коррозионные свойства.

Хромистые стали подвергают закалке с 1000…1100 °С и отпуску. Для сталей ферритного класса (08Х13, 12Х13) отпуск проводят при 700…750 °С. Они обладают повышенной пластичностью и используются для изготовления деталей, воспринимающих ударные нагрузки (турбинные лопатки, предметы домашнего обихода и т.д.). Для сталей мартенситного класса (30Х13, 40Х13) отпуск проводят при 200…250 °С. Их используют для изготовления изделий, от которых требуется высокая твердость и прочность (измерительный и медицинский инструмент и т.д.).

Хромоникелевые стали (12Х18Н9Т, 17Х18Н9, 04Х18Н10 и др.) относятся к нержавеющим сталям аустенитного класса. Структура аустенита получается после закалки при 1050 °С в воде. Эти стали хорошо поддаются обработке давлением, сварке. Возможно упрочнение хромоникелевых сталей холодной пластической деформацией. Из них изготовляют детали для химической, нефтяной и пищевой промышленности.

В таблицах 4, 5, 6, 7 представлены сведения о составе, свойствах, режимах термической обработки коррозионностойких сталей всех структурных классов.

Коррозионностойкие сплавы цветных металлов

Различают две группы коррозионностойких цветных металлов:

- непассивирующиеся металлы с высоким электродным потенциалом (Аu, Pt, Ag, Сu и сплавы на их основе);

- пассивирующиеся металлы, образующие на поверхности плотные защитные пленки оксидов (Ti, A1, Сr).

Золото, платина, серебро коррозионностойки практически в любых средах, кроме некоторых концентрированных кислот. Медь сохраняет коррозионную стойкость во влажной атмосфере, морской воде и многих органических кислотах. Для подавления склонности латуней к коррозионному растрескиванию во влажной атмосфере проводят отжиг для снятия внутренних напряжений.

Пассивирующиеся металлы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в сухой и влажной воздушных средах, в органических и неорганических кислотах.

Титан по сопротивлению коррозии уступает только золоту и платине. Высокая коррозионная стойкость титана объясняется образованием на поверхности стойкой пассивирующей пленки оксида TiO₂. Он сохраняет коррозионную стойкость даже при нагреве во влажной атмосфере. Титановые сплавы обладают высокой стойкостью против кавитационной коррозии в морской воде.

Алюминий и алюминиевые сплавы образуют на поверхности защитную оксидную пленку А1₂О₃, что обеспечивает их коррозионную стойкость во влажной атмосфере и в кислотной среде. Пленка устойчива в нейтральных средах, но легко растворяется в щелочах. Поэтому в щелочных средах алюминий и его сплавы легко разрушаются. В морской воде алюминиевые сплавы подвержены коррозионному растрескиванию.

Такие легирующие элементы, как медь и железо, имеющие более высокий электродный потенциал, ухудшают коррозионную стойкость алюминиевых сплавов. Дуралюмины, легированные медью, по коррозионной стойкости существенно уступают чистому алюминию. Легирование электроотрицательными элементами кремнием и магнием не ухудшает пассивность, а марганец оказывает даже положительное влияние за счет образования соединения (MnFe)А1₆, что позволяет удалить железо из твердого раствора и устранить его отрицательное воздействие на коррозионную стойкость. Благодаря этому сплавы типа АМц сопротивляются коррозия даже лучше, чем технический алюминий.

Для защиты алюминиевых сплавов от коррозии применяют плакирование чистым алюминием и используют методы, основанные на искусственном утолщении защитной оксидной пленки путем анодной обработки и химического оксидирования.