Глава 13 ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ

 

Назад: 13.2 Хромистые стали.

 

13.3 Хромоникелевые стали

Основным элементом, обеспечивающим коррози­онную стойкость в этих сталях также является хром. Никель обеспечивает сталям высокую технологичность, что позволяет получить уникальный комплекс служебных свойств и использовать эти стали как коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и криогенные. Железоникелевые сплавы не имеют особых преимуществ перед хромистыми, поэтому практическое применение нашли коррозионностойкие стали системы Fe-Cr-Ni без дополнительных присадок или с присадками Ti, Nb, Mo, Cu и др. Введение никеля в систему Fe-Cr расширяет область существования аустенита и снижает критическую скорость охлаждения его распада. Он становится устойчивым не только при высо­ких и нормальных, но даже и при низких температурах. Из диаграммы (см. рис. 13.2) следует, что для получения однофазной структуры аустенита при повышенных температу­рах нельзя увеличивать содержание хро­ма свыше 20 %. Как видно из диаграммы на рис. 13.2, в системе Fe-Cr-Ni в широком диапазоне концентраций по хрому и никелю при Т = 800...950 0С об­разуется s-фаза (FeCr). Легирование сталей Ti, Al и други­ми ферритизаторами способствует снижению температуры обра­зования -фазы до 600...650 0C, а легирование аустенизаторами (N, C и др.) тормозит ее образование.

 

 

Рис. 13.2 – Псевдобинарный разрез диаграммы состояния системы Fe-Cr-Ni

с постоянной концентрацией железа 75 %

 

Анализ рассмотренных диаграмм показывает, что содержание в сплаве 18...19 % Сr и 8…10 % Ni (при C  0,08...0,1 %) является оптимальным составом для сохранения структуры аустенита. При этом сталь, представляя собой практически однородный твердый раствор углерода в g-железе, получает опти­мальные характеристики пластичности и вязкости, тре­буемый уровень коррозионной стойкости и хорошие технологиче­ские свойства (свариваемость).

Такая сталь значительно превосхо­дит по коррозионной стойкости высокохромистые стали ферритного и полуферритного классов. Однако аустенитная структура такой стали (типа 18-8) не является ста­бильной и зависит от колебаний содержания углерода и теплового режима технологической обработки. С ростом содержания углерода в структуре появляется феррит, а при нагреве до T = 450...850 0C выпадают кар­биды типа Сr23С6. При холодной пластической деформации в ней образуется мартенсит, упрочняющий структуру и повышаю­щий ее чувствительность к концентраторам напряжений. Избежать таких изменений можно снижением содержания углерода до 0,008…0,01 %. Технологически это трудно осуществить, поэтому в подавляющем большинстве структуры сталей этого типа являются аустенитно-ферритными с тем или иным количеством карбидной фазы. Стали аустенитно-ферритного типа более склонны к межкристаллитной коррозии (МКК) и это ограничивает их примене­ние для некоторых агрессивных сред или температур эксплуата­ции. Такие легирующие элементы как N, Si, Co способствуют появ­лению карбидов хрома, а Mn, Mo, Ti, Nb, W и V, образуя собственные карбиды, уменьшают количество карбидов хрома и, следовательно, межкристаллитную коррозию.

Температурный интервал Тmax – Тmin образо­вания карбидов и минимальное время tmin, обеднения зерна хромом, называется сенсибилизацией.

Недостатком хромоникелевых сталей, ограничивающих их использование в качестве коррозионностойких, является склонность к коррозионному растрескиванию в раство­рах хлоридов. Отметим, что пороговые напряжения этих сталей составляют кр  = (0,2...0,4) т, что существенно ограничивает допускаемые нагруз­ки при наличии коррозионной среды.

Указанные хромоникелевые стали в зависимости от состава и структуры можно разде­лить на следующие группы:

1. Аустенитные стали марок 08XI8H10, 08X18HIOT, 12Х18Н12Т. Они содержат З...6 % феррита и используются для агрессивных сред типа HNO3 различных кон­центраций и температур, серной кислоты H2SO4 100 % концентра­ции при Траб  70 0С, а также в атмосферных условиях. Эти стали нередко используются как тепло- и хладостойкие.

2. Аустенитно-ферритные   стали  марок   08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, ОЗХ23Н6, содержащие ферритной фазы до 40 %, исполь­зуются в производстве химической и пищевой аппаратуры, экс­плуатируемой в интервале температур до Траб  350 0С.

3. Аустенитно-мартенситные стали марок 07Х16Н6, 09Х15Н8Ю, 10Х15Н4АМЗ используются в качестве высокопрочных сталей для изделий, работающих в атмосферных условиях, уксуснокислых и солевых растворах, а также в узлах криогенной техники.

К группе сталей, обладающих более высокой стойкостью по сравнению с хромоникелевыми, относятся также хромомарганцевоникелевые (например, 10Х14Г14Н4Т, 07Х21Г7АН5) и хромоникельмолибденовые (08Х21Н6М2Т, 08Х17Н13М2Т, и т.д.). Введение Мn и Мо в хромоникелевые стали способствует их упрочнению, сохранению ударной вязкости, стабилизации структуры. Используя термическую обработку, можно добиться полностью аустенитной или аустенитно-ферритной структуры с низким со­держанием феррита (З...6 %).

В заключении следует указать, что хромистые и хромоникелевые стали обладают достаточно удовлетворительными механическими свойствами. Их средние численные  значения (в = 550...650 MПa, т = 350...400 MПa,  = 35...40 и KCU = 55...60 Дж/см2) в широком диапазоне температур позволяют использовать стали для широкой номенклатуры изде­лий в химической, нефтехимической и энергетической промышлен­ности.

Далее: 13.4 Характеристика свариваемости.