Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Коррозионностойкие сплавы на основе железа





Среди многих металлов и сплавов, применяемых в качестве конструк- ционных материалов, значительное место занимают сплавы на основе желе- за. К ним относятся обычные и низколегированные стали, которые исполь- зуются в слабоагрессивной среде, а также высоколегированные хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали, применяемые в более агрессивной среде, чем обычные или низколегированные стали.

Стандартный электродный потенциал железа E0Fe = – 0,44 В, стацио- нарный потенциал его в 3% растворе хлорида натрия равен – 0,50 В, поэтому железо может корродировать с кислородной и водородной деполяризацией. В нейтральных растворах коррозия железа протекает преимущественно с ки- слородной деполяризацией. Коррозия железа протекает в несколько стадий:

- первичный анодный процесс

Fe – 2e = Fe2+;

- взаимодействие катиона железа с гидроксид-ионами

Fe2+ + 2OH-= Fe(ОН)2;

- окисление гидроксида железа (II) кислородом воздуха до гидроксида железа (III) и переход в ржавчину

4Fe(ОН)2 + О2 + 2Н2O = 4Fe(ОН)3.

Ржавчина покрывает металл рыхлым слоем, поэтому плохо защищает его от дальнейшей коррозии. На коррозионную стойкость железоуглероди- стых сталей оказывают влияние химический состав и структура сплава. Же- лезоуглеродистые стали в своем составе имеют ферриты, аустениты, цемен- тит и чистый углерод (в чугуне). Все эти структурные составляющие имеют различные электродные потенциалы, что влияет на скорость коррозионного


 

процесса. На коррозионный процесс оказывают также влияние химический состав сплава и примеси.

С увеличением содержания углерода в стали в кислых растворах ско- рость коррозии увеличивается. Например, скорость коррозии чугуна в 100 раз выше скорости коррозии чистого железа. Марганец, улучшая механиче- ские свойства железоуглеродистых сталей (0,5-0,8%), не оказывает влияния на скорость коррозии. Специальные стали (марганцовокислые), содержащие 12% марганца, обладают повышенной коррозионной устойчивостью. Содер- жание кремния в сталях до 0,3% и в чугунах до 2,0% не оказывает влияния на коррозионную стойкость стали. При увеличении содержания кремния в специальных кремнистых сталях скорость коррозии повышается, что, воз- можно, связано со склонностью этих сталей к растрескиванию. а при содер- жании кремния свыше 14% наблюдается повышение коррозионной стойко- сти. Сера образует с железом и марганцем сульфиды, которые являются ка- тодными включениями и способствуют увеличению скорости коррозии. На- водороживание стали приводит к растрескиванию, снижению пластических свойств, увеличению хрупкости.

 

Низколегированные стали

Низколегированные стали содержат, в основном, небольшие количест- ва меди, хрома, кремния, никеля, алюминия и др. По коррозионной стойко- сти они превосходят обычные железоуглеродистые стали только в слабоаг- рессивных средах, поэтому применяются ограниченно. Легирование низко- углеродистой стали медью (0,3-0,8%) повышает ее коррозионную стойкость в атмосферных условиях, что связано с образованием на поверхности стали пленки с высокими защитными свойствами. Легирование стали небольшими количествами хрома (до 2%) повышает прочность стали, не изменяя ее кор- розионной стойкости. Добавка никеля в небольших количествах (до 1%) по- вышает коррозионную стойкость стали в атмосферных условиях.



 

Высоколегированные нержавеющие стали

Стали, содержащие большое количество хрома, никеля и кремния, об- ладают высокой коррозионной стойкостью и называются высоколегирован- ными. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали.

Высокохромистые стали. Железо и хром образуют непрерывный ряд твердых растворов на основе кристаллической решетки феррита и аустенита, хром также образует карбиды с углеродом. Химическая устойчивость спла- вов железо-хром основана на их пассивируемости. Хром, находясь в твердом


 

растворе с железом, в значительной степени повышает способность железа к пассивированию. Чем больше в сплаве хрома, тем легче наступает пассив- ность и тем труднее сталь переходит в активное состояние. Коррозионная устойчивость нержавеющих сталей определяется также условиями среды. Одни среды способствуют возникновению пассивного состояния, другие, наоборот, разрушают пассивную пленку. Например, окислители, анодная по- ляризация, понижение температуры среды способствуют образованию пас- сивной пленки. Наступление пассивного состояния хромистых сталей до не- которой степени подчиняется правилу Таммана о границах устойчивости твердых растворов. Первая граница устойчивости появляется при содержа- нии хрома в стали свыше 12%. При этом электродный потенциал резко обла- гораживается, сталь переходит в пассивное состояние и скорость коррозии резко падает. Сталь устойчива в разбавленной азотной кислоте и в нейтраль- ных растворах. При дальнейшем повышении содержания хрома способность стали пассивироваться усиливается, и при содержании хрома 17% в стали появляется новая граница устойчивости. Такая сталь устойчива в горячей разбавленной азотной кислоте и в атмосфере, насыщенной водяным паром. При содержании хрома 35,8% появляется третья граница устойчивости. Сталь коррозионностойка к таким активным средам, как 30% раствор хлор- ного железа.

Коррозионные свойства хромистых сталей сильно зависят от содержа- ния в них углерода. Чем больше в сплаве углерода, тем больше хрома участ- вует в образовании карбидов хрома и тем больше его необходимо ввести в сплав, чтобы получить устойчивую ферритную структуру.

Хромистые стали обладают высокой жаростойкостью, т. е. способно- стью против окисления при высоких температурах. Жаростойкость хроми- стых сталей целиком определяется содержанием в них хрома.

Коррозионная стойкость хромистых сталей зависит также от режимов их термической обработки. После закалки хром и углерод находятся в твер- дом состоянии, и сплав обладает высокой коррозионной стойкостью. При отпуске после закалки выпадают карбиды хрома, в результате чего коррози- онная стойкость сплава снижается. Поэтому для обеспечения высокой корро- зионной стойкости хромистой стали с увеличением содержания углерода не- обходимо вводить в нее дополнительное количество хрома.

В качестве коррозионностойких конструкционных сталей получили распространение три группы сплавов:

— Стали с содержанием 12-14% хрома и различных количеств угле- рода с полным или частичным фазовым превращением. В зависимости от со- держания углерода различают следующие марки сталей: 08Х13, 12Х13, 20Х13. Максимальная коррозионная стойкость этих сталей наблюдается по-


 

сле закалки с отпуском, что соответствует максимальному содержанию хро- ма в твердом растворе. Эти стали устойчивы в пресной воде, а также в атмо- сферных условиях. В морской воде и морской атмосфере сильно корродиру- ют. Устойчивы в холодной разбавленной азотной кислоте. В соляной и сер- ной кислотах сильно корродируют.

— Стали с содержанием 17-18% хрома, полуферритные стали с час- тичным фазовым превращением: 08Х17, 12Х17, 12Х18. Стали этого класса более коррозионностойки как в условиях воздействия окислительных сред, так и в высокотемпературных газовых средах. У этих сталей ухудшаются механические свойства, особенно ударная вязкость, затрудняется сварка.

— Стали с содержанием 25-30% хрома не имеют фазовых превраще- ний. К ним относятся стали типа 15Х25, 15Х28. Эти стали не подвергаются закалке, обладают высокой пластичностью. Однако при сварке снижается пластичность сварных швов и появляется склонность к межкристаллитной коррозии в зоне термического влияния. Добавка к этим сталям небольших количеств благородных металлов, например палладия или платины, способ- ствует переходу высокохромистых сталей в пассивное состояние и в неокис- ляющих кислотах (соляной и разбавленной серной кислотах).

Хромоникелевые стали. Никель образует с железом непрерывный ряд твердых растворов и способствует образованию аустенитных сталей. Наи- большее применение в промышленности находят хромоникелевые стали ти- па 12Х18Н10, содержащие 17-20% хрома и 8-16% никеля. Эти стали облада- ют высокой коррозионной стойкостью, хорошими механическими и техно- логическими свойствами, хорошо поддаются сварке. Однако в хромоникеле- вых сталях может возникать склонность к межкристаллитной коррозии, осо- бенно после длительного или повторного нагрева закаленной стали, вследст- вие выпадения по границам зерен карбидов. Опасными зонами при сварке аустенитных сталей являются зоны по линиям сплавления.

Для снижения склонности стали к межкристаллитной коррозии реко- мендуется: легирование карбидообразующими элементами – титаном, нио- бием, танталом, которые обладают большим сродством к углероду, чем хром; снижение содержания углерода до 0,015% и менее; длительный нагрев при температуре 870°С с целью коагуляции карбидов хрома, нарушения сплошности карбидной сетки и выравнивания концентрации хрома, что при- водит к повышению пассивируемости зон около границ зерен.

Коррозионная стойкость хромоникелевых сталей может быть повыше- на легированием их молибденом, медью и кремнием. Стали 10Х17Н13М2Т устойчивы в средах, содержащих хлор-ионы, и в органических кислотах. Для более агрессивных сред, например при производстве серной кислоты, при-


 

меняют стали с повышенным содержанием хрома и никеля типа 06Х23Н28МДТ. Эта сталь обладает высокой пластичностью, хорошей свари- ваемостью и имеет повышенную коррозионную стойкость.

 

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.