КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ
Коррозией называется разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней средой.
Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться коррозионному воздействию среды. Определяется в основном по изменению массы или размеров образцов во времени.
Стали, устойчивые против электрохимической коррозии называют
коррозионностойкими или нержавеющими.
11
|
|
|
|
Основным легирующим |
Vкор. |
|
элементом нержавеющих сталей |
||
|
|
|
|
является хром. Его введение |
|
|
|
|
повышает электрохимический |
|
|
|
|
потенциал и замедляет скорость |
|
|
|
|
коррозии. При добавлении 12% Cr |
|
|
|
|
электрохимический потенциал |
|
|
|
|
стали становится положительным и |
12 |
% |
скорость коррозии резко падает. |
||
|
|
|
Cr |
Кроме того, при нагреве хром |
|
|
|
|
образует защитные пленки из |
|
|
|
|
оксидов на поверхности стали. |
Дополнительно сталь легируют Al и Si для обеспечения непрерывности пленок. Пленка из оксидов непрозрачна для кислорода, что обеспечивает жаростойкость.
Для получения аустенитной структуры и высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах вводят Ni.
12
Наиболее опасным видом коррозии является межкристаллитная коррозия (МКК) – разрушение сталей и сплавов по границам зерен, что приводит к резкому падению пластичности и прочности и может привести к разрушению деталей. Причиной развития МКК является химическая неоднородность между приграничными зонами и объемом зерен.
МКК может быть связана:
-с обеднением приграничных областей зерен элементами, обусловливающими стойкость материала в данной среде;
- с низкой химической стойкостью выделяющихся по границам зерен фаз;
-с сегрегациями по границам зерен поверхностно-активных элементов, снижающих стойкость основы в данной среде.
13
В ферритных хромистых сталях МКК развивается после нагрева выше 10000С и быстрого охлаждения. В процессе охлаждения происходит обеднение приграничных областей хромом при выделении хромсодержащих карбидов. Вокруг карбидов создаются зоны, обедненные хромом до уровня, не обеспечивающего коррозионную стойкость металла в данной среде. Склонность таких сталей к МКК устраняется отжигом при температурах 750…800°С или стабилизацией стали. Положительное влияние отжига объясняется диффузионным выравниванием состава по хрому в объеме зерна и в приграничной области.
14
Стабилизация ферритных сталей сильными карбидообразующими элементами (титан, ниобий, ванадий, тантал) оказывает положительное влияние на коррозионную стойкость, т.к. эти элементы, образуя специальные карбиды и нитриды, связывают углерод и азот, снижают их содержание в твердом растворе, препятствуя образованию хромистых соединений.
В аустенитных сталях при быстром охлаждении от температур гомогенного твердого раствора МКК может не проявляться. При повторном нагреве возможно образование хромсодержащих карбидов по границам зерен аустенита и, следовательно, обеднение хромом прилегающих к границам участков.
15
Образование хромсодержащих карбидов описывается С-образной кривой. Схема показывает развитие склонности сталей к МКК.
Кривая 1 показывает время, в течение которого сталь еще не склонна к МКК, кривая 2 – время, достаточное для того, чтобы МКК уже не проявлялась. Температурный интервал, в котором лежит область МКК, для аустенитных сталей составляет 450…8500С.
Кривая 1 имеет С-образную форму, а время, необходимое для протекания диффузии хрома к границам зерен и подавления склонности к МКК (кривая 2), тем меньше, чем выше температура. Т.о. неправильная термообработка может приводить к МКК. Обработка определенной длительности при определенной
температуре, в результате которой сплав приобретает чувствительность к МКК, называется провоцирующей термической
обработкой или сенсибилизацией. |
16 |
|
Стали, легированные карбидообразую-
щими элементами (Ti, Nb) называются
стабилизированными. В этом случае температурный интервал выделения карбидов разделяется на две области. Кривая 1 ограничивает область выделения карбидов, богатых хромом, кривая 3 – область выделения карбидов типа МеС. Кривая 2 ограничивает область склонности к МКК. В области выделения только карбидов МеС склонность к МКК не проявляется.
Т.к. развитие МКК связывают с образованием карбидов, содержание углерода и его термодинамическая активность в аустените определяют склонность стали к МКК. Элементы, повышающие активность углерода (Ni, Co, Si) способствуют развитию МКК. Элементы, снижающие активность углерода (Mn, Mo, W, V, Nb), препятствуют развитию МКК.
17
На склонность коррозионностойких сталей к МКК значительное влияние оказывает размер зерна: крупнозернистая структура является более чувствительной к МКК, что связано с большим обеднением приграничных участков хромом.
18
Способы борьбы с МКК аустенитных сталей:
-снижение в сталях содержания углерода, что исключает образование хромистых карбидов.
-введение в сталь стабилизирующих добавок (титан, ниобий), что вызывает связывание углерода в специальные карбиды TiC, NbC и исключает обеднение приграничных участков по хрому.
-закалка сталей от температур 1050…11100С, что обеспечивает перевод хрома и углерода в твердый раствор.
-отжиг, который для нестабилизированных сталей проводится для выравнивания состава аустенита и ликвации обедненных хромом участков, а для стабилизированных сталей для перевода углерода из карбидов хрома в специальные карбиды титана или ниобия и освобождения хрома.
19
Классификация коррозионностойких сталей
В зависимости от структуры коррозионностойкие стали условно подразделяют на классы:
-ферритный: 12Х17, 15Х25Т;
-мартенситный: 30Х13, 40Х13;
-аустенитный: 12Х18Н10Т, 06ХН28МДТ;
-мартенсито-ферритный: 08Х13, 12Х13;
-аустенито-мартенситный: 07X16Н6; 09X15Н8Ю
-аустенито-ферритный: 08Х22Н5Т, 08Х21Н6М2Т.
20