ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Хром

• имеет первостепенное значение для повышения коррозионной стойкости как сталей, так и сварных швов, особенно в окислительных средах. С повышением содержания хрома выше 12% коррозионная стойкость стали в окислительных средах резко возрастает.
• является ферритизирующим элементом. При выборе системы легирования как стали, так и металла сварного шва всегда следует учитывать условия работы изделия. Так, наличие фер­ритной фазы в сварных соединениях, работающих в условиях воздействия серной кислоты, отрица­тельно сказывается на их коррозионной стойкости. В этом случае необходимо стремиться к получению однофазной аустенитной структуры.
• Все сплавы железо — хром нестойки в соляной, фосфорной и плавиковой кислотах, в гало­идных кислотах (особенно хлоридах), в растворах серной кислоты, в растворах органических ки­слот.

Никель:

• является аустенитизирующим элементом. Расширяя гамма-область, обеспечивает воз­можность получения сталей с необходимыми технологическими свойствами.
• повышает коррозионную стойкость. Особенно заметно его влияние на коррозионную стой­кость металла, работающего в серной и фосфорной кислотах.
• при содержании никеля менее 12% повышение количества хрома в стали сопровождается не­которым снижением ее коррозионной стойкости в слабом растворе серной кислоты, причем тем больше, чем меньше содержание никеля.
• в сталях, содержащих более 12% никеля, хром несколько улучшает их коррозионную стой­кость в неокислительных средах повышенной агрессивности.

Марганец:

• является аустенитизирующим элементом.
• вводят в высоколегированные стали с целью замены некоторого количества никеля.
• в сварных швах марганец используют как элемент, способствующий предотвращению горя­чих трещин.
• марганец несколько ухудшает коррозионную стойкость хромистых и хромоникелевых сталей и сварных швов в окислительных и восстановительных средах.
• если содержание марганца в металле находится в пределах 2—8%, влияние его на корро­зионную стойкость незначительно.
• Применительно к сварным швам, повышение коррозионных потерь аустенитного металла в азотной кислоте наблюдается при увеличении содержания марганца более 12% с увеличением активности реагента. Снижение коррозионной стойкости швов с таким содержанием марганца происходит за счет перехода ионов марганца в раствор.
• Вместе с тем при умеренном содержании марганца и наличии азота эти стали достаточно коррозионностойки в ряде агрессивных сред. Так, например, хромоникельмарганцевые стали с 17%хрома обладают высокой коррозионной стойкостью в горячих и холодных слабых растворах азотной, фосфорной, карбоновой, молочной и сернистой кислот, в различных соках и других средах. Такие стали по коррозионной стойкости превосходят хромоникелевые в условиях воздействия сернистого газа при температуре до 900° С.
• Сварные соединения хромоникельмарганцевой азотосодержащей аустенитной стали 08Х17Н5АГ9 обладают высокой коррозионной стойкостью в окислительных средах, не уступая, а в крепкой азотной кислоте превосходя стойкость соединений из стали 12Х18Н10Т, несмотря на несколько меньшее содержание хрома. Это, по-видимому, обусловлено тем, что марганец в указанном количестве совместно с азотом уменьшает энергию границ зерен первой стали по сравнению со второй.

Молибден:

• значительно повышает коррозионную стойкость хромистых и хромоникелевых сталей в растворах восстановительных кислот (серной, соляной, фосфорной, уксусной, муравьиной, серни­стой и др.). Так, например, стали марок 08Х21Н6М2Т, 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ стойки в серной кислоте концентрации до 10% при температуре до 50° С и концентрации до 20% при температуре до 30° С.
• Повышая коррозионную стойкость сталей в восстановительных средах, молибден понижает ее в кипящей 65%-ной азотной кислоте.

Медь

• имеет высокий электродный потенциал и при введении в сталь или сварной шов повышает их коррозионную стойкость в восстановительных средах.
• Особенно эффективно легирование металла медью совместно с молибденом Аустенитная сталь 06Х23Н28М3Д3Т является одной из наиболее коррозионностойких сталей, применяемых в хи­мическом машиностроении для изготовления аппаратуры, работающей под воздействием серной кислоты. Она вполне коррозионностойка в водных растворах этой кислоты концентрации до 40% при температурах до 70° С.

Кремний

• влияние кремния проявляется двояко: при увеличении его содержания до 0,8 — 1,2% кор­розионная стойкость металла снижается, а при дальнейшем повышении содержания кремния — возрастет. Как отмечалось выше, подобное влияние кремния обусловлено изменением энергии границ зерен металла в зависимости от содержания кремния.
• Крайне отрицательное влияние кремния на стойкость аустенитных сварных швов про­тив образования горячих трещин. Учитывая это, а также влияние на коррозионную стойкость металла, следует стремиться к минимальному его содержанию в металле шва.

Ванадий

• введенный в сталь 21-5 или в сварной шов типа 20-5 даже в небольшом количестве, сни­жает их коррозионную стойкость в азотной кислоте любых концентраций. Аналогичное влияние ванадия на сопротивляемость коррозионному разрушению сварных соединений стали 12Х18Н9Т в кипящей 55%-ной НNО₃ также отмечается в некоторых литературных источников.
• небольшое количество ванадия (0,3 — 0,5%) можно вводить в швы с аустенитно-ферритной структурой для повышения предела текучести их до уровня основного металла при сварке ферритно-аустенитных и ферритных сталей. При этом отрицательное действие ванадия на коррозионную стойкость металла может быть нейтрализовано некоторым повышением в шве содержания хрома.

Титан и ниобий:

• являются элементами стабилизаторами (стабилизирую структуру сдерживая процессы разупрочнения).
• вводятся в высоколегированные стали и сварные швы с целью предотвращения межкристаллитной коррозии.
• предотвращая склонность металла к межкристаллитной коррозии, титан и ниобий, не­сколько ухудшают их общую коррозионную стойкость. Снижение коррозионной стойкости сварных швов при легировании ниобием меньше, чем при легировании титаном.

Углерод:

• вызывает склонность у высоколегированных сталей к межкристаллитной коррозии, отрицательно влияет также и на общую коррозионную стойкость металла. Так, увеличе­ние содержания углерода в стали типа 18-8 от 0,08 до 0,12% вызывает увеличение скорости коррозии в 30%-ной HNO₃ примерно в 10 раз.
• особенно заметно отрицательное действие углерода на коррозионную стойкость стали в сре­дах повышенной агрессивности в состоянии выделения карбидов .
• ухудшает свариваемость пропорционально процентному содержанию. В связи с этим в последние годы стремятся максимально снизить содержание углерода как в сталях, так и в сварных швах.

Азот:

• оказывает косвенное влияние на коррозионную стойкость сварных соединений аустенит­ных сталей, предотвращая наклеп металла в околошовной зоне вследствие действия сварочных на­пряжений

Коррозионная стойкость сталей в неокисляющих средах. Сплавы, содержащие свыше 12% Сr, коррозионностойки в большинстве агрессивных сред. Од­нако все сплавы системы хром — железо нестойки в соляной, фосфорной и плавиковой ки­слотах, в галоидных кислотах (особенно в хлоридах), а также в растворах серной кислоты и в других сильных неокисляющих растворах, в том числе в растворах органических кислот. Повышение коррозионной стойкости железо-хромистых сплавов в неокислительных средах обеспечивается легированием их никелем в количестве более 10%. Вместе с тем, в ряде сред, например в слабой серной кислоте, уксусной и других, содержание никеля в стали может быть меньше 10% (сталь 08Х21Н6М2Т).

Легирование хромоникелевых аустенитных сталей молибденом, а в ряде случаев медью и сурьмой способствует дальнейшему повышению коррозионной стойкости их в слабых, содержа­щих ионизированный водород, кислотах.

Коррозионная стойкость сталей в органических кислотах. В ряде отраслей промышленности, в том числе в целлюлозной, аппаратура подвергается воздействию органических кислот (муравьиной, щавелевой, уксусной), не имеющих окисляющей способности. Для изготовления такой аппаратуры обычно применяют хромоникельмолибденовые аустенитные ста­ли 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т. Для изготовления аппаратуры, работающей в среде уксусной и слабой муравьиной кислот, может также применяться сталь 08Х21Н6М2Т. Для аппаратуры, работающей в более сильных кислотах этого типа, таких, как кипящая муравьиная и, особенно, щавелевая кислоты в сталь необходимо вводить до 5% Мо с соответствующим повышением содержания никеля (до 20 — 24%) с целью предотвращения образования ферритной фазы.