Глава 13 ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ

Назад: 13.1 Общая характеристика сталей.

13.2 Хромистые стали

Анализ диаграммы состояния системы Fe-Сг (рис. 13.1) показывает, что преобладающей фазой в этой системе является феррит. При концентрации углерода С < 0,1 % область аустенита существует лишь при содержании хрома £ 12 % в интервале температур 865...1400 ⁰С (замкнутая g-петля на рис. 13.1). Эти сплавы могут подвергаться термической обработке с целью получения того или иного количества упрочняющей структуры. С увеличением содержания углерода в стали (0,1< С < 0,25 %) g-петля расширяется и возможности получения пересыщенных твердых a-растворов при охлаждении возрастают.

Рис. 13.1. Диаграмма состояния системы железо-хром

Рядом с g-петлей находится область двухфазной аустенитно-ферритной структуры. В этой области структуру сплава следует рассматривать как полуферритную, т.е. в ней происходит частичное a Û g превращение при нагреве и охлаждении. Поэтому такие сплавы (Сr = 12...13 %) могут частично упрочняться за счет закалки. Степень упрочнения будет зависеть от исходного количества углерода в стали: чем его больше, тем выше прочность.

Сплавы с содержанием хрома более 13 % при всех температурах имеют стабильную структуру феррита. Они не могут быть упрочнены закалкой из-за отсутствия фазовых превращений.

Таким образом, высокохромистые стали в зависимости от содержания углерода и легирования могут быть мартенситными, ферритно-мартенситными и ферритными.

На диаграмме выделена область образования немагнитной s-фазы, т.е. интерметаллического соединения Fe-Сr. Она весьма хрупкая, твердая, обладает повышенным удельным объемом, что при технологических воздействиях на сталь в интервале температур ее образования приводит к снижению ее пластичности, вязкости и к возможности образования трещин.

Рассмотренные области существования отдельных фаз в системе Fe-Cr существенно зависят и от содержания других легирующих элементов (Ni, Mo, V) но, в первую очередь, от содержания углерода. Чем больше углерода и шире g-петля, тем больше должно быть хрома, чтобы получить устойчивую ферритную структуру. Соотношение между количеством углерода и хрома определяется и другими особенностями системы. В частности, образующийся при повышенном содержании углерода ряд весьма прочных карбидов типа Сr₂₃С₆, Сr₇С₃, Сr₃С, во-первых, уменьшает концентрацию хрома в твердом растворе и снижает его коррозионную стойкость, а, во-вторых, приводит к появлению локальных участков (границ зерен), полностью нестойких к агрессивной среде, т.е. к возникновению межкристаллитной коррозии.

В качестве коррозионностойких конструкционных получили распространение три группы сталей:

1. Стали с содержанием Сr 10...13 % и небольшими добавками Ni, Mo, V, W), попадающие в область полного или частичного фазового превращения (мартенситные или мартенситно-ферритные). К ним относятся: 20Х13. 15Х11МФ. 15Х12ВНМФ, и др., обладающие стойкостью против общей коррозии в атмосферных и слабоагрессивных средах.

2. Стали с частичным фазовым превращением (ферритно-мартенситные) и содержащие Сr = 13...17 %. К ним относятся стали 08Х13, 12Х13, 08Х14МФ, 14Х17Н2 и др., близкие по коррозионной стойкости к предыдущим сталям, но обладающие более высокой пластичностью и вязкостью при обработке.

3. Стали, не имеющие фазовых превращений (ферритные) и содержащие хрома 18...28 %. К ним относятся: 08Х17, 08Х17Т, 15Х25Т, 5Х28 и др., стойкие к коррозии в окислительных средах.

Коррозионная стойкость хромистых сталей существенно зависит и от режимов исходной термической обработки. Оптимальной в этом смысле являются закалка с отпуском. В зависимости от содержания углерода, других легирующих и условий эксплуатации возможно также использование как низкого, так и высокого отпуска. Нарушение режимов термообработки (например, очень высокая скорость охлаждения с высоких температур) может вызвать либо появление трещин (сохраняется крупное зерно), либо появление склонности к межкристаллитной коррозии (выпадают и коагулируют карбиды). Существенную роль в повышении коррозионной стойкости играет состояние поверхности металла: полированная поверхность более стойкая, чем обработанная резцом.

Далее: 13.3 Хромоникелевые стали.