2. Влияние легирующих элементов на жаростойкость

Из температурной зависимости окисления железа следует, что окисление идет медленно до температуры 560^о С, т к. на поверхности присутствуют оксиды Fe₂O₃ и Fe₃O₄ с хорошими защитными свойствами. При температуре выше 560^о С существует оксид FeO с коэффициентом   2,5. Поэтому, предельно допустимая температура нагрева на воздухе металла составляет примерно 560^о С. За счет легирования эту температуру можно поднять до 1100-1200^о С. Повышение жаростойкости сварных соединений из низколегированных сталей вызвана тем, что легирующие элементы В, входящие в решетку с матрицей из основного металла А, образуют легированные оксиды (АВ)_nO_m.

В высоколегированных сталях легирующий элемент образует на поверхности изделия собственный оксид В_nO_m. Если данные оксиды обладают лучшими защитными свойствами при более высоких температурах, чем оксид железа (т.е. имеют  = 12,5), то жаростойкость повышается.

На рисунке в качестве примера показано влияние хрома на образование окалины в стали с 0,5 % C на воздухе при различных температурах:

Основные легирующие элементы в сталях оказывают на жаростойкость (окалиностойкость) следующее влияние. – Хром, кремний, алюминий повышают жаростойкость. – Никель оказывает положительное влияние при введении его в больших количествах, никельсодержащие стали плохо работают в сернистой среде (H2S) (S выделяясь из H2S охрупчивает сталь при температурах более 650 о С).

– Марганец при содержании до 6% слабо влияет на жаростойкость, а при содержании более 10 % ухудшает (но хромомарганцевые стали обладают жаростойкостью до 900 ^о С при наличии серосодержащих газов).

– Ванадий резко снижает жаростойкость.

– Молибден понижает жаростойкость.

– Вольфрам до 900^о С почти не влияет на жаростойкость, а при более высоких температурах ухудшает, образовывая на поверхности стали очень пористую окалину.

Лекция № 3 Электрохимическая коррозия - 2 часа

1. Природа электрохимической коррозии.

2. Виды электрохимической коррозии в сварочном соединении.

2.1. Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость сварных соединений (стойкость против электрохимической коррозии)

1. Природа электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия – это процесс самопроизвольного разрушения металла в результате электрохимических реакций.

Как правило электролитами служат водные растворы. Большинство металлов и сплавов при контакте с растворителем (агрессивной средой) переходят в раствор (ионы металла вырываются из кристаллической решетки и переходят в раствор).

Мерой термодинамической неустойчивости служит так называемый нормальный электродный потенциал, который пропорционален энергии перехода иона металла в электролит. Чем более отрицателен электродный потенциал тем легче растворяется металл. Между двумя замкнутыми электродами опущенными в электролит возникает ток, он называется коррозионным, а электроды, опущенные в электролит называются гальванопарой.

Величина коррозионного тока определяется по закону Ома

,

где I – величина коррозионного тока, А; R – сопротивление гальванопары, Ом; E_, E_А – электронные потенциалы катода и анода.

В сварных соединениях микрогальванопары возникают:

1. Между оксидной пленкой и металлом соединения;

2. Между различными участками сварного соединения (металл шва - основной металл; металл шва - ЗТВ; ЗТВ - основной металл и т. д.)

3. Между участками металла на уровне зерна и менее (внутри зерна), имеющими различный химический состав (за счет химической неоднородности) или различную структуру. Например: карбиды - зерна металла, нитриды - зерна металла, поверхность зерна насыщенная примесями - тело зерна. При этом сварное соединение представляет сложную электрохимическую систему, включающую в себя множество гальванопар.

Принципиальная схема коррозионного разрушения металла.

При коррозионном разрушении металла различают три стадии:

1. Анодная реакция – переход иона металла в раствор составлением эквивалентного количества свободных электронов в металле.

2. Катодная реакция – процесс восстановления окислительных элементов среды.

H^ + e  H; O₂ + 2H₂O + 4e  4OH^

3. Процесс протекания электронов в твердой фазе, а в жидкой – перемещение анионов и катионов.

При электрохимической коррозии возможна пассивация металла в ходе которой наблюдается торможение анодного процесса, и высокая коррозионная стойкость сварного соединения.