Коррозионно-стойкие хромистые стали

Сталь, устойчивая против электрохимической коррозии, называется коррозионно-стойкой или нержавеющей.

При содержании хрома выше 12% сталь становится коррозионно-стойкой на воздухе, в воде и водяном паре, так как приобретает положительный электрохимический потенциал (ЭХП) (рис. 13.1). Используют стали 10Х13, 20Х13, 30Х13, и 40Х13(рисунок 13.2.) 10Х13 – сталь полуферритного класса или мартенситно-ферритного класса, так как аустенит при закалке переходит в мартенсит, а избыточный феррит остаётся.

Рис. 13.1. Влияние хрома на электрохимический потенциал железа

Рис. 13.2. Структурные классы сталей в системе «железо-хром-углерод»

Эти стали подвергаются закалке при 1000...1050^оС. Так как данные стали по структуре в нормализованном состоянии относятся к мартенситному классу (рис. 13.3), то для них нормализация является закалкой, то есть при охлаждении на воздухе от закалочной температуры они приобретают структуру мартенсита.

Рис. 13.3. Классификация сталей в нормализованном состоянии: а - стали перлитного класса, б - стали мартенситного класса, в -стали аустенитного класса

Для сталей 10X13 и 20X13 после закалки дают высокий отпуск при 700...770^оС. Из них изготавливают лопатки газовых турбин, впускные и выпускные клапаны, арматуру крекинг-установок. Рабочая температура у них 700...770°С, поэтому и высокий отпуск дают при этих же температурах. В структуре после такого высокого отпуска кроме сорбита отпуска присутствуют ещё карбиды в виде более крупных частичек. Присутствие более мелких карбидных частиц усиливает коррозию. Механические свойства у стали 10X13: σ_в=60кг/мм², σ₀₂=40кг/мм², δ=20%, а у стали 20X13: σ_в=70кг/мм², σ₀₂ =45кг/мм², δ=15%.

Стали 30X13 и 40X13 используют для нержавеющих хирургических инструментов, карбюраторных игл и т. п. Эти стали после закалки подвергаются низкому отпуску при 180...200^оС. После такого отпуска они сохраняют мартенситную структуру, высокую твёрдость (50...56HRC) и хорошую устойчивость против коррозии.

Эти стали коррозионно-стойкие в том случае, если весь хром находится в растворе, тогда элекрохимический потенциал у него будет положительным. При этом на поверхности детали образуется защитная окисная пленка Cr₂O₃.

Образование же карбидов хрома снижает коррозионную стойкость, так как: часть хрома уходит в карбиды хрома, а в растворе хрома будет меньше 12% и потенциал отрицательный; при этом образуются две фазы - твердый раствор и карбиды хрома, то есть возникает гальваническая пара (катод и анод), что и приводит к коррозии.

Чем меньше углерода в этих сталях, тем меньше будет карбидов и соответственно выше коррозионная стойкость.