Коррозионно-стойкие стали и сплавы

(нержавеющие) (ГОСТ 5632-72)

Коррозия – разрушение металлов под действием окружающей среды. Различают химическую коррозию, протекающую при воздействии на металл газов (газовая коррозия) и неэлектролитов (нефть и её производные), и электрохимическую, вызываемую действием электролитов (кислот, щелочей и солей). К электрохимической относятся также атмосферная и почвенная коррозия.

Сталь, устойчивую против газовой коррозии при температурах свыше 550⁰С, называют жаростойкой. Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называют коррозионно-стойкими (нержавеющими). Повышение устойчивости стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с основным металлом и предупреждающие контакт между сталью и наружной агрессивной средой, а также повышающих электрохимический потенциал в разных агрессивных средах.

Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь хрома (Cr), а также Al или Si, то есть элементов, растворяющихся в Fe и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов (Cr,Fe)₂О₃, (Al,Fe)₂О₃. Введение в сталь 5…8% Cr повышает окалиностойкость до 700…750⁰С; увеличение содержания Cr до 15-17% делает сталь окалиностойкой до 950…1000⁰С, а при содержании Cr = 25% сталь остается окалиностойкой до 1100⁰С.

Стали, устойчивые против электрохимической коррозии (ГОСТ 5632-72), можно разделить на 2 класса: - хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе Ф-ю или М-ю структуру, и – хромоникелевые с А-й структурой.

Хромистые. Широко применяют стали 12Х13, 20Х13, 30Х13 и 40Х13, а также стали 12Х17 и 15Х28. В сталях с 13% Cr при нагреве и охлаждении протекает α ↔ γ – превращение.

Стали 20Х13, 30Х13 и 40Х13 относятся к мартенситному классу, а сталь 10Х13 – к М-Ф классу (содержит < 10% Ф). Стали 12Х17 и 15Х28 – к Ф-му классу.

Хромо-никелевые (аустенитные): 12Х18Н9 (С = 0,12%, Cr = 17…19%, Ni = 8…10%. Эти стали имеют высокую стоимость. Их подвергают закалке с 1100…1150⁰С в воде – для получения аустенитной структуры. Устойчивы в пресной и морской воде, в органических, а также в азотной и серной кислотах и ряде других сред. σ_в = 550…580 МПа; σ_0,2 = 200…220 МПа; δ = 40…45%; ψ = 55…60%. Легко штампуются и хорошо свариваются. Стали 08Х8Н10Т и 12Х18Н12Т не подвержены межкристаллитной коррозии (при нагреве).

 

Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочные стали и сплавы предназначены для изготовления деталей котлов, газовых турбин и др., работающих при высоких температурах.

Повышение температуры сильно понижает механические свойства. При этом следует иметь в виду, что, если при высокой температуре нагрузить металл постоянно действующим напряжением, даже ниже предела текучести при этой температуре, и оставить его под нагрузкой длительное время, то металл в течение всего времени действия температуры и нагрузки будет деформироваться с определенной скоростью. Это явление получило название ползучести. Развитие ползучести может привести к разрушению металла.

Сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки называют жаропрочностью. Жаропрочность характеризуется условным пределом ползучести и пределом длительной прочности.

Под условным пределом ползучести понимают напряжение, которое за установленное время испытания при данной температуре вызывает заданное удлинение образца или заданную скорость деформации (ползучести).

Предел ползучести обозначают через σ и числовыми индексами. Так, означает предел ползучести при допуске на деформацию 0,2% за 100 ч. испытания при 700⁰С. В случае определения предела ползучести по скорости ползучести его обозначают буквой σ с 2-мя числовыми индексами. Нижний индекс обозначает заданную скорость ползучести (%/ч), верхний индекс – температуру испытания, ⁰С; так предел ползучести при скорости ползучести 1·10^-5 %/ч при 600⁰С.

Предел длительной прочности, то есть наибольшее напряжение, вызывающее разрушение металла за определенное время при t = const:

- предел длительной прочности за 1000 ч. при 700⁰С.

Повышения жаропрочности достигают: легированием твердого раствора, приводящим к увеличению энергии связи между атомами, в результате чего процессы диффузии и самодиффузии задерживаются, а температура рекристаллизации возрастает, созданием у сплава специальной структуры, состоящей из вкрапленных в основной твердый раствор и по границам зерен дисперсных карбидных и особенно интерметаллидных фаз. Такая структура получается в результате закалки с высоких температур и последующего старения жаропрочность повышают добавлением в сталь тугоплавких элементов: W, Mo, бор, ниобий, титан.

Примером жаропрочных сталей с допустимой рабочей температурой 650…700⁰С являются: 40Х10С2М; 45Х14Н14С2М, из которых делают клапаны ДВС; 15Х12ВНМФ; 09Х14Н19В2ВР – роторы, диски, лопатки газовых турбин; 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т – выхлопные трубы и др.