Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали



Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали (ГОСТ 563272)это стали, устойчивые против электрохимической коррозии. Составы таких сталей выбирают в зависимости от среды, для работы в которой они предназначаются.

Принцип минимально необходимого легирования может быть использован при выборе коррозионно-стойких, жаростойких, жаропрочных и иных специальных сталей и сплавов, однако в каждом конкретном случае в него вкладывается соответствующий смысл: для коррозионно-стойких сталей; сумма легирующих элементов Σ ≥ 13 % Cr + n % ( Cr + Ni + Mo ), где величина коэффициента n зависит от интенсивности коррозионного воздействия.

Коррозионно-стойкие стали подразделяют на два основных структурных класса: хромистые (имеющие после охлаждения на воздухе ферритную, мартенситно-ферритную (феррита более 10 %) или мартенситную структуру)
и хромоникелевые (легированные комплексами Сг + Ni, Сг + Ni + Мn,
Сг + Мn + Ni, имеющие аустенитную, аустенитно-мартенситную или аустенитно-ферритную (феррита более 10 %) структуру).

Стали ферритного, мартенситного и мартенситно-ферритного классов. При введении в сталь 12¸14 % Сг её электрохимиче­ский потенциал становится положительным и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, ряде слабых растворов кислот, солей и щелочей. Более широко применяют хромистые стали 12Х13, 20X13, 30X13 и 40X13, содержащие 0,12¸0,4 % С и 12¸14 % Сг, и низкоуглеродистые (≤0,12¸0,15 % С) стали 12Х17 и 15X28 с 17 и 28 % Сг (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Режимы термической обработки и механические свойства
хромистых нержавеющих сталей

 

Марка

стали

Температура, °С

Механические свойства

закалки отпуска твёрдость HRС σв кгс/мм2 σ0,2, кгс/мм2 δ, % ψ, % KCU, МДж/м2
12X13 1000 700 60 40 20 60 90
2X13 1050 700 85 65 10 50 60
3X13 1050 250 40 160 130
4X13 1050 200 50
12X17 1050 750 45 30 15¸25 40¸50 2¸5
08X17Т                
14Х17Н2 1050 300 100 90 10 35 5
15Х25Т 15X28 1050 750 45 30 20 45

Структурная диаграмма системы Fе–С–Сг (равновесное состояние) и составы некоторых хромистых коррозионно-стойких сталей приведены на рис. 4.11.

 

 

Рис. 4.11. Структурная диаграмма системы Fе–Сг–С и составы коррозионно-стойких сталей (заштрихованные участки):
1– ферритные; 2 – полуферритные;
3 –ледебуритные; 4 – эаэвтектоидные; 5 – доэвтектоидные

 

   

 

Сталь 12X13 в равновесном состоянии относится к полуферритным, а после закалки в масле или на воздухе с высоких температур имеет структуру мартенсита и феррита (ферритно-мартенситная сталь). Стали 20X13 и 30Х13 в равновесном состоянии доэвтектоидные, а сталь 40X13 – эвтектоидная. Они испытывают полное γ ↔ α превращение. После охлаждения на воздухе стали 20X13, 30X13 и 40X13 имеют структуру мартенсита, т. е. относятся к мартенситному классу.


Стали обладают лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что всё содержание хрома в стали приходится на долю твёрдого раствора. В этом случае он образует на поверхности плотную защитную оксидную пленку типа (Сг, Fе)2С. Повышение содержания углерода, приводящее к образованию карбидов, создает двухфазную структуру, уменьшает количество хрома в твёрдом растворе и поэтому понижает коррозионную стойкость стали и увеличивает хрупкость.

Коррозионная стойкость стали повышается термической обработкой: закалкой и высоким отпуском и созданием шлифованной и полированной поверхности.

Стали 12X13 и 20X13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода), а также изделий, испытывающих действие слабоагрессивных сред (атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот и т. д.). Их подвергают закалке в масле от 1000¸1100 °С и высокому отпуску при 700¸775 °С, после чего карбиды присутствуют в виде более крупных частиц. Свойства сталей 12X13 и 20X13 после такой термообработки: σв = 600¸660 МПа, σ0,2 = 420¸450 МПа, δ = 16¸20%, ψ = 55¸60 % и
КСU = 80¸90 Дж/см2. Применение более низкого отпуска, создающего мелкие карбидные частицы, усиливает коррозию.

Стали 30X13 и 40X13 после закалки от температуры 1000¸1050 °С и отпуска при температурах 180¸200 °С применяют для изготовления карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т.д. После такого отпуска они сохраняют мартенситную структуру, высокую твердость (50¸60 НRС) и достаточную устойчивость про­тив коррозии.

Более высокой коррозионной стойкостью обладают низкоуглеродистые высокохромистые стали ферритного класса: 12X17, 15Х25Т и 15X28 (рис. 4.11). Сталь  12X17 применяют обычно после рекристаллизационного отжига при 760¸780 °С. Из этой стали изготовляют оборудование для заводов пищевой и легкой промышленности и кухонную утварь. Сварку этой стали следует избегать, так как зоны, прилегающие к сварному шву, имеют крупное зерно, низкую пластичность и относительно невысокую коррозионную стойкость.

Стали 15Х25Т и 15X28 используют чаще без термической об­работки для изготовления сварных деталей, работающих в более агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже –20 °С. Эти стали обладают крупнозернистостью в литом виде и склонны к сильному росту зерна при нагреве свыше 850 °С (например, при сварке), что сопровождается охрупчиванием стали. Измель­чить зерно и повысить пластичность термической обработки нельзя, так как стали не претерпевают γ→α превращения; сварные конструкции из стали 15X28 склонны к межкристаллитной коррозии. Углерод и азот способствуют охрупчиванию стали (повышают порог хладноломкости) и являются причиной межкристаллитной коррозии.

Этот вид коррозии связан с обеднением твёрдого раствора хро­мом в местах, прилегающих к границам зерна, в результате об­разования карбидов хрома. Для повышения сопротивления межкристаллитной коррозии и измельчения зерна сталь легируют титаном в количестве, не менее пятикратного содержания углерода (15Х25Т). Титан связывает углерод и исключает возможность об­разования карбидов хрома, а следовательно, обеднение хромом феррита. Ферритные стали,  содержащие  25¸30 % Сг,  охрупчиваются  при  длительном  нагреве  до 450¸500 °С вследствие образо­вания выделений σ-фазы.

Стали аустенитного класса. Эти стали, обычно легированные хромом и никелем (или марганцем), после охлаж­дения до нормальной температуры имеют аустенитную структуру, низкий предел текучести, умеренную прочность, высокую пластичность и  коррозионную стойкость в окислительных средах. Стали парамагнитны.

Широко распространённые коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 12Х18Н9, 12Х18Н10 содержат соответственно 0,12 % С, 17¸19 % Сг, 9¸10 % Ni. После медленного охлаждения стали имеют структуру: аустенит, феррит и карбиды хрома М23С6. Для получения чисто аустенитной структуры, обладающей высокой коррозионной стойкостью, стали нагревают обычно до 1100¸1150 °С (для растворения карбидов) и закаливают в воде (на воздухе). Сталь 12Х18Н9 обычно применяют в виде холоднокатаного листа или ленты. В процессе холодной пластической деформации сталь легко наклёпывается. Временное сопротивление после холодной деформации (60¸70 % ) может быть повышено до 1200¸1300 МПа, при этом относительное удлинение снижается до 4¸5 %. Упрочнение в процессе холодной деформации связано с наклёпом и протеканием мартенситного превращения. Чем менее стабилен аустенит, тем интенсивнее при холодной деформации происходит превращение аустенита в мартенсит (мартенсит деформации).

Стали хорошо свариваются точечной сваркой и штампуются. При нагреве закалённых до 550¸750 °С сталей, например сварке, они охрупчиваются и приобретают склонность к межкристаллитной коррозии. Это связано с тем, что в пограничных зонах выделяются карбиды хрома М23С6 и происходит обеднение этих зон аустенита хромом ниже того предела (т. е. 12 %), который обеспечивает коррозионную стойкость. Для уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии в состав сталей вводят титан (реже ниобий) в количестве (5С –0,7), где С – содержание углерода в стали, % (12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т). В этом случае образуется карбид МС (ТiС, NbС), связывающий весь углерод, а хром остаётся в растворе. Для повышения стабильности аустенита количество никеля в этих сталях увеличивают до 10¸12 %. Сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение для работы в окислительных средах (например, азотной кислоте). Высокое сопротивление межкристаллитной коррозии, хорошая пластичность и свариваемость имеют низкоуглеродистые аустенитные стали 04Х18Н10 и 03Х18Н12.

Аустенитные стали 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 17Х18Н9 подверга­ют закалке в воде от температур 1100¸1130 °С для получения следующих свойств: σв =
=520¸600 МПа, σ0,2 = 200¸230 МПа, δ ≈ 50 % и ψ ≈ 50¸60 %. Эти стали хорошо свариваются и штампу­ются; их применяют для изготовления деталей сварной аппара­туры.

Для работы в азотной кислоте и других сильно агрессивных средах при повышенных температурах используют стали с низким содержанием углерода: 08Х18Н10Т, 04Х18Н10, 03Х18Н12.

С целью удешевления сталей часть никеля заменяют марган­цем. Стали 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9Н4 применяют для изготовле­ния изделий, работающих в слабо агрессивных средах (органи­ческих кислотах, солях, щелочах). Устойчивость против корро­зии в органических кислотах, серной кислоте и морской воде повышает молибден, например, в сталях 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т.

Для изготовления наиболее нагруженных конструкций приме­няют аустенитно-мартенситные стали, например, 09Х15Н8Ю. Эту сталь подвергают закалке от температуры 975 °С, обработке холо­дом (в интервале температур –50 ¸ –75 °С) и старению при темпе­ратуре 430 ¸ 500 °С. Свойства стали: σв ≈ 1200 МПа, σ0,2 ≈ 950 МПа, КС ≈ 400 Дж/см2.

Для сварных конструкций, стойких против действия горячей (до 80 °С) серной кислоты, применяют сталь 06Х25Н28МДТ и более прочную сталь 0Х16Н40М5Д3Т3Ю. Последняя после закал­ки от температуры 1100 ° С на воздухе и старения  при  температуре  650 °С  имеет  σв ≈ 1200 МПа,  σ0,2 ≈ 650 МПа, δ ≈ 18 % и ψ ≈ 25%.

Для облегчения определения фазового состава сталей сущест­вуют структурные диаграммы, из которых наиболее распространен­ной является диаграмма А. Шеффлера, построенная вначале для ме­талла сварных швов (рис. 4.12).

 

Рис. 4.12. Структурная диаграмма для нержавеющих, литых хромоникелевых сталей
(А. Шеффлер)

По линиям, приведенным на рисун­ке, подсчитываются эквиваленты, которые учитывают аустенитообразующее и ферритообразующее действие различных элементов. Аустенитообразующее действие сравнивается с никелем, а феррито­образующее – с хромом. Подсчет эквивалентов (Е Ni и Е Cr ) позволяет получить точку на диаграмме, попадающую в ту или иную фазовую область:

Е Ni = % Ni + 30 % C+ 0,5 % Mn;

Е Cr = % Cr + % Mo+ 1,5 % Si + 0,5 % Nb.

Например, требуется оценить фазовый состав стали 20Х13Н4Г9. Для неё

Е Cr =13 %;

Е Ni = % Ni + 30 % C +0,5 % Mn = 4 + 30 ·0,2 + 0,5 · 9 = 14,5.

 C помощью рис. 4.12 определим, что сталь относится к аустенитно-мартенситному классу.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 448; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.027 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь