19. Защита сталей и сплавов от коррозии легированием. Межкристаллическая коррозия и способы борьбы с ней.

Для придания сталям определенных механических свойств или коррозионной стойкости в их состав вводят легирующие элементы. Легирующие элементы образуют с железом твердые растворы, а взаимодействуя друг с другом или с примесными элементами — неметаллические включения или избыточные фазы. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность метал­ла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольф­рам и др.

Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. Введение некоторых добавок к сталям (титана, меди, хрома 'и никеля) приводит к тому, что при коррозии образуются плотные продукты реакции, предохраняющие сплав от дальнейшей коррозии. При этом используют сплавы, обладающие жаростойкостью и жаро­прочностью,

Жаростойкость — стойкость по отношению к газовой кор­розии при высоких температурах. Жаропрочность — свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростой­кость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, на­пример, стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и обра­зуют при этом плотные защитные пленки оксидов, например, SiCb, А1₂Оз и Сг₂0₃. Хром и кремний улучшают также жаропрочность ста­лей. Стали, легированные 4-9% хрома, молибденом или кремнием, применяют, например, в парогенераторе- и турбостроении. Сплав, содержащий 9 -12% хрома, применяют для изготовления лопаток га­зовых турбин, деталей реактивных двигателей, в производстве двига­телей внутреннего сгорания и т. п.

Сплавы Cr-Al-Fe обладают исключительно высокой жаростойко­стью. Например, сплав, содержащий 30% Сг, 5 % А1, 0,5% Si, устой­чив на воздухе до 1300 С. Эти сплавы используют, в частности, в ка­честве материала дня изготовления спиралей и деталей нагреватель­ных элементов печей сопротивления. К их недостаткам относятся низкая жаропрочность и склонность к хрупкости при комнатной тем­пературе после продолжительного нагрева на воздухе, вызываемая в известной степени образованием нитридов алюминия. По этой при­чине положение спиралей в печах должно быть фиксировано, а для беспрепятственного термического расширения и сжатия спирали

обычно гофрируют. Жаростойкость никеля еще больше повышается при добавлении хрома. Сплав, содержащий 20% Сг и 80% Ni, устой­чив на воздухе до 1150 С. Этот сплав — один из лучших жаростойких и жаропрочных сплавов.

Легирование также используется с целью снижения скорости электрохимической коррозии, особенно коррозии с выделением во­дорода. К коррозионностойким сплавам, например, относятся нержа­веющие стали, в которых легирующими компонентами служат хром, никель и другие металлы.

В особую группу следует выделить коррозионностойкие стали, в состав которых обязательно входит хром в количестве 12 и более (до 30) масс.%. Стали указанной группы разработаны специально для эксплуатации в особо агрессивных условиях, что характерно для химической промышленности, где углеродистые и низколегированные стали нестойки. Хром обладает высокой склонностью к пассивации в средах различной кислотности и анионного состава. Он устойчив также к пит-тинговой коррозии.

МЕЖКРИСТАЛЛИТНАЯ КОРРОЗИЯ характеризуется избирательным разрушением металла по границам зерен (рис. 1 −7). Вследствие этого при малом изменении массы и внешнего вида может проис- ходить весьма значительная потеря прочностных свойств металла (рис. 2). В крайних случаях при полном разрушении границ зерен в ре- зультате межкристаллитной коррозии сплав может рассыпаться в порошок.

Способы борьбы с межкристаллической коррозией.

Стойкость материала к этому виду коррозии можно повысить правильным выбором режимов термообработки, снижением содержания примесей, легированием элементами, предотвращающими образование нежелательных избыточных фаз по границам зерен, например титаном, ниобием, танталом, которые формируют с углеродом более стабильные соединения, чем карбид хрома.

Хорошей превентивной мерой является снижение содержания углерода в основном, а при сварке и в сварочном материале до уровня менее 0,02 %.

Возможен способ нагрева изделия до 1000 °C и закалки в воде, что ведет к растворению карбидов в зернах и препятствует их повторному выделению.

При сваривании достаточно тонких слоев материала материал не успевает прогреться до температур, ведущих к межкристаллитной коррозии.