Коррозионностойкие стали.

Стали, обладающие высоким сопротивлением электрохимиче­ской коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими).

Антикоррозионными свойствами обладают специально леги­рованные стали.

Основными легирующими элементами, обеспечивающими коррозионную стойкость сталей являются хром и никель.

Хром обладает высоким сопротивлением коррозии во многих окислительных средах (на воздухе, в воде, в азотной кислоте и др.). Свою способность к пассивированию (устойчивости к окислению за счет поверхностных оксидных защитных пленок) хром передает при легировании железу и стали при условии, что он входит в состав твер­дого раствора на основе железа и его концентрация в этом растворе превышает 12 % (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Влияние содержания хрома на скорость коррозии сплавов Fe-Cr в воде

Такая сталь ведет себя в окислительной среде как благородный металл, т.е. становится коррозионностойкой.

Коррозионностойкие стали бывают хромистыми и хромоникелевыми.

Хромистые ферритные ( a) стали. Железо с хромом образует непрерывный ряд твердых растворов. Пленка окисла Cr₂O₃ образуется на поверхности при содержании хрома более 12,5%. Поэтому эти стали содержат от 13 до 30 % хрома. Это обеспечивает им высокую коррозионную стойкость. С по­вышением содержания хрома круг агрессивных сред, в которых сталь сохраняет коррозионную стойкость, расширяется. Однако хром, с дру­гой стороны, является карбидообразующим элементом, он взаимодей­ствует с углеродом с образованием карбидов (Cr,Fe)₂₃С₆, (Cr,Fe)₇C₃. Углерод выводит хром из твердого раствора, обедняет его хромом, а такая сталь начинает проявлять большую чувствительность к агрес­сивным средам. Поэтому содержание углерода в коррозионностойких сталях должно быть небольшим (< 0,4 %).

Примерами коррозионностойких нержавеющих сталей являются 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 12Х17, 15Х28.

Хромистые стали обычно подвергают закалке с 1000 ¸ l050°C в масле с последующим отпуском для получения сталей ферритного класса (при 700-750⁰С) и мартенситного класса (при 200-250⁰С). При этих температурах обеспечивается переход сталей в аустенитное (либо аустенитно-ферритное) состояние и полное растворение кар­бидов. После закалки стали имеют наиболее высокую коррозионную стойкость. Из ферритных сталей изготавливается оборудование для азотно-кислотных заводов (емкости, трубы). А стали с содержанием хрома более 17% закалке не подвергаются, т.к. не имеют твердофазных превращений. Из сталей 12Х17 приобретающих после закалки структуру мартенсита, делают измерительный, медицинский инструменты, пружины и другие коррозионностойкие детали, от которых требуется высокая прочность и твердость.

Значительным недостатком хромистых коррозионностойких сталей является их повышенная хрупкость в зонах сварных швов, где образуется крупнокристаллическая структура. Эти стали склонны к межкристаллитной коррозии от обеднения хромом границ зерен. Во избежание этого в такие стали вводят небольшое количество титана как более интенсивного карбидообразующего элемента, чем хром.

Введение Мо (12Х17М2Т) делает сталь стойкой даже в таких агрессивных кислотах, как муравьиная и уксусная. Сталь ферритного класса не восприимчива к коррозии под напряжением. Для изготовления шарикоподшипников, работающих в агрессивных средах, используют сталь 95Х18.

Хромоникелевые коррозионностойкне стали. Хромоникелевые стали по сравнению с хромистыми при высоких температурах имеют более высокие механические свойства (предел прочности и предел текучести) и кислотостойкость. Роль никеля в коррозионностойких сталях чрезвычайно велика. Никель дополнительно повышает коррозионную стойкость и является аустенитообразующим элементом.

Дополнительное легирование никелем высокохромистых сталей также позволяет при определенном соотношении хрома и никеля по­лучить при комнатной температуре стали с аустенитной (g) структу­рой. Стали аустенитного класса: 08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т.

Преимуществом аустенитных сталей по сравнению с ферритными яв­ляетсяих технологичность. Эти стали более пластичны и вязки, хоро­шо свариваются. Однако аустенитные стали менее прочны. Стали аустенитного класса широко используются как конст­рукционный материал для изделий, подвергающихся холодной штам­повке и сварке (обшивки, оболочки, емкости, трубопроводы). Эти стали применяют в автомобилестроении, машиностроении, самолето­строении, химической промышленности и пр.

Хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса характерны пониженным (чем в аустенитных) содержанием никеля и по­вышенным содержанием хрома: 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т и др. Эти стали используют в качестве заменителей аустенитных сталей (из-за экономии никеля). Наиболее хорошие технологические свойства получаются у стали с соотношением феррита и аустенита 1:1 (такая сталь как 15Х28АН).

Типовая термическая обработка – закалка 1000-1150⁰С и старение при 500-700⁰С. Аустенито-ферритные стали не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением: трещины могут возникнуть только на аустенитных участках, но ферритные участки задерживают их развитие.

Стали аустенито-мартенситного класса (10Х15Н9Ю и др.) подвергают за­калке с 950-1050 °С и старению при 450-500 ⁰С (выделяются дисперсные частицы Ni₃Al). Эти стали применяют в тех случаях, когда наряду с высокой коррозионной стойкостью от материала требуется и повышенная прочность.

При дополнительном легировании хромоникелевых сплавов медью или медью и молибденом получают особо коррозионностойкие (кислотостойкие) стали: 0Х23Н28М3Д3Т.

Для повышения прочности конструкций из высоколегированных сталей применяют дисперсионно твердеющие стали (0Х23Н40М5Д3Т3Ю), подвергая их закалке и старению при 650⁰С.

Стали северного использования (-60 °С) и криогенные стали (-80 °С ¸ -200 °С) являются хладостойкими (Х21Г7Н5 и др.). Эти стали сохраняют аустенитную струк­туру при низких температурах.

В целях экономии широко практикуется производство (сваркой давлением) двухслойных сталей: основа – углеродистые стали 10, Ст3 и др., коррозионностойкий слой – из стали 0Х17Н13М3Т, 0Х18Н9Т, 0Х18Н12Т и др. При соотношении слоев 1:4 или 1:5 экономия никеля составляет 70-80%.