2.2. Отливки из хромистых чугунов
2.2.1. Влияние химического состава на коррозионную стойкость
Хром относится к самопассивирующимся металлам. При механическом повреждении пассивной плёнки оксидов хрома она легко самопроизвольно восстанавливается. Пассивность хромистых чугунов приводит к резкому торможению анодного процесса коррозии и сопровождается сдвигом электродного потенциала в положительную сторону.
Хром с железом образует ряд твёрдых растворов и интерметаллид FeCr (σ фаза). С углеродом Cr образует ряд карбидов:
(Fe, Сr)3C, (Fe, Сr)7C3, (Fe, Сr)23C6. Эти карбиды имеют электрохимический потенциал близкий к потенциалу хромистого феррита (-0,446), и по этому они практически не снижают коррозионной стойкости чугунов. С точки зрения химической стойкости полезным является только хром, находящийся в твёрдом растворе. Количество хрома в твёрдом растворе определяет плотность пассивирующей плёнки на поверхности сплава и стойкость его в тех или иных агрессивных средах. В сильно окисляющих реагентах пассивность наступает при меньшем содержании хрома, а при слабо окисляющих реагентах пассивность наступает при большем содержании хрома.
При содержании хрома 11,8 % наступает первая граница стойкости. Такие сплавы являются стойкими в разбавленной азотной кислоте при комнатной температуре. Повышение содержания хрома увеличивает коррозионную стойкость в азотной кислоте. Содержание хрома в чугунах должно быть не менее 12 – 13 %. Коррозионная стойкость хромистых чугунов зависит от соотношения хрома и углерода, которая определяет распределение хрома между матрицей и карбидами (рис. 2.1). Массовая доля хрома в карбиде составляет 30 – 50 %. Соотношение массовых долей хрома и углерода должно быть от 17:1 до 10:1.
В высокохромистых чугунах большая часть углерода в чугунах связана в карбиды, содержание свободного хрома практически не выходит за пределы первой границы устойчивости. В связи с этим коррозионная стойкость хромистых чугунов ниже чем высокохромистых сталей.
Кремний уменьшает растворимость углерода в хромистом феррите, образует с хромом химическое соединение CrSi, что неблагоприятно отражается на химической стойкости сплава.
Рис. 2.1. Влияние хрома и углерода на коррозионную стойкость чугунов: Ι - стойкие, ΙΙ – относительно стойкие, ΙΙΙ – нестойкие.
Концентрация марганца в хромистых чугунах ограничивается 0,5 - 0,8 % при минимальном содержании серы. Для улучшения антикоррозийных свойств и борьбы с крупнозернистым строением содержание марганца можно повысить до 2 - 3 %. При этом увеличивается сопротивление коррозии в кипящей 20 %-ной HNO3, в 1 %-ной H2SO4, 85 %-ной H3PO4.
Молибден до 3,5 % повышает коррозионную стойкость хромистых чугунов за счёт эффективного содержания хрома в твёрдом растворе в ряде разбавленных растворов кислот (H2SO, H3PO4, HCl, HSO3, уксусной, муравьиной). Молибден обладает высокой пассивирующей способностью в некоторых восстановительных средах за счёт образования плёнки, состоящей из 53 % FeO, 32 % Cr2O3 и 15 % MoO3.
Титан измельчает структуру чугуна и оказывает положительное влияние на коррозионную стойкость. Содержание титана в высокохромистом чугуне обычно не превышает 0,5 %, что устраняет транскристаллизацию, измельчает структуру, повышает механические свойства. Титан повышает коррозионную стойкость хромистых чугунов в растворах серной, соляной, фосфорной, азотной кислот.
Медь при введении в хромистый чугун обычно повышает его химическую стойкость, но не устраняет транскристаллизацию. Содержание меди может находиться в пределах 0,5 – 8 %.