17.3. Хромоникелевые коррозионностойкие стали
Никель относится к металлам, легко приобретающим пассивность, хотя его пассивирующая способность меньше хрома и молибдена. Поэтому основным элементом, повышающим потенциал железа в хромоникелевых сталях, является хром и его содержание должно быть >13%. Никель только дополнительно повышает коррозионную стойкость сталей.
Хромоникелевые коррозионностойкие стали после охлаждения на воздухе имеют аустенитную, аустенитно-мартенситную и аустенитно-ферритную (феррита более 10 %) структуру.
Широко применяемые аустенитные стали типа 12Х18Н10Т, 12Х18Н9, 04Х18Н10, 03X18H12, 17Х18Н9 обычно содержат 18 % Cr и 9 — 12 % Ni. Они имеют более высокую коррозионную стойкость по сравнению с хромистыми сталями и в отличие от хромистых сталей сохраняют ее при нагреве, т. е. являются жаростойкими. Термообработка этих сталей проводится для получения структуры более однородного твердого раствора и заключается в закалке от температуры около 11000С в воде без отпуска. Высокая температура при закалке необходима для растворения карбидов. После закалки стали имеют следующие основные свойства: чисто аустенитную структуру, низкую твердость, высокую пластичность; они немагнитны, хорошо деформируются и свариваются. Высокая технологичность сталей позволяет их широко использовать в качестве конструкционного материала.
Состояние однофазного аустенита с сохранением всего хрома в твердом растворе обеспечивает сталям максимальную коррозионную стойкость. Пластичность на уровне δ = 35 — 40 % позволяет подвергать их холодной пластической деформации с наклепом и повышением прочности при сохранении коррозионной стойкости почти на прежнем уровне.
Состав и свойства наиболее часто встречающихся марок этих сталей приведены в табл. 17.2
Т а б л и ц а 17.2 Состав и свойства закаленных коррозионностойких сталей аустенитного класса
Учитывая невысокую прочность и высокую пластичность таких сталей, их подвергают холодной деформации с наклепом, после чего прочность повышается.
В пищевой промышленности хромоникелевые коррозионностойкие стали применяют в изделиях, контактирующих с агрессивными пищевыми средами (емкости, трубопроводы и т.д.).
В холодильной и криогенной технике они используются для изготовления сосудов для хранения жидких газов, корпусов, адсорберов ацетилена, деталей центробежных машин.
Хромоникелевые коррозионностойкие стали содержат дефицитный и дорогостоящий никель и поэтому имеют высокую стоимость. В ряде случаев применяют более дешевые стали, в которых часть или весь никель заменены марганцем. До температур -1960С и в слабоагрессивных пищевых средах вместо стали 10Х18Н10Т может быть использована сталь 10Х14Г14Н4Т.
Также в целях экономии никеля промышленность выпускает двухслойные стали, в которых в основном слое использованы низколегированные или углеродистые стали, а в плакирующем слое — хромоникелевые коррозионностойкие стали и цветные металлы.
17.4 Коррозионностойкие сплавы цветных металлов
Различают две группы коррозионностойких цветных металлов:
— непассивирующиеся, отличающиеся высоким электродным потенциалом (Au, Pt, Ag, Cu и сплавы на их основе);
— пассивирующиеся, образующие на поверхности плотные защитные пленки оксидов (Ti, Al, Cr).
Золото, платина, серебро коррозионностойки практически в любых средах, кроме некоторых концентрированных кислот. Медь сохраняет коррозионную стойкость во влажной атмосфере, морской воде и многих органических кислотах. Токсичность ионов меди, образующихся в электролите в результате ее электрохимического растворения, ограничивает применение медных сплавов в пищевой промышленности.
Пассивирующиеся металлы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в сухой и влажной воздушной среде, в органических и неорганических кислотах.
Титан по сопротивлению коррозии уступает только золоту и платине. Высокая коррозионная стойкость титана объясняется образованием на поверхности стойкой пассивирующей пленки оксида TiO2. Он сохраняет коррозионную стойкость даже при нагреве во влажной атмосфере. Титановые сплавы обладают высокой стойкостью против кавитационной коррозии в морской воде.
Алюминий и алюминиевые сплавы образуют на поверхности защитную оксидную пленку А12О3, что обеспечивает их коррозионную стойкость во влажной атмосфере и в кислотной среде. Пленка устойчива в нейтральных средах, но легко растворяется в щелочах. Поэтому в щелочных средах алюминий и его сплавы легко разрушаются. В морской воде алюминиевые сплавы подвержены коррозионному растрескиванию.
Такие легирующие элементы, как медь и железо, имеющие более высокий электродный потенциал, ухудшают коррозионную стойкость алюминиевых сплавов. Дуралюмины, легированные медью, по коррозионной стойкости существенно уступают чистому алюминию. Легирование электроотрицательными элементами кремнием и магнием не ухудшает пассивность, а марганец оказывает даже положительное влияние за счет образования соединения (МnFе)Аl6, что позволяет удалить железо из твердого раствора и устранить его отрицательное действие на коррозионную стойкость. Благодаря этому сплавы типа АМц сопротивляются коррозии даже лучше, чем технический алюминий.
Для защиты алюминиевых сплавов от коррозии применяют плакирование чистым алюминием и используют методы, основанные на искусственном утолщении защитной оксидной пленки путем анодной обработки и химического оксидирования.