книги из ГПНТБ / Ажогин, Ф. Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей

Таблица 31

Влияние содержания хрома на сопротивление стали коррозионному растрескиванию

жается. Кроме того, влияние хрома на коррозионное ра­ стрескивание в сильной степени зависит от температуры отпуска стали: для отпущенной стали относительное вли­

Если для сталей с мартенситной структурой увеличение количества хрома приводит к понижению сопротивления коррозионному растрескиванию, то для малоуглердистых сталей — к повышению.

ВЛИЯНИЕ МАРГАНЦА

При (введении в сталь марганца «повышается устойчи­ вость аустенита и увеличивается степень его переохлаж­ дения, благодаря чему снижается критическая скорость закалки и возрастает црокаливаемость стали. Влияние марганца на коррозионное растрескивание изучали на

130

углеродистой стали (0,28% С) с содержанием марганца,

%: 0,19; 0,68; 1,20; 1,57 и 1,88.

На рис. 39 приведены кривые коррозионного растрес­ кивания сталей с различным содержанием марганца по­

повышается [172].

ВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ

Таблица 32

Влияние содержания марганца на коррозионное растрескивание стали

обретает ценные свойства: увеличивается ее прокаливаемость .и пластичность, снижается хладноломкость и др. Исследование влияния легирования никелем на коррози­ онное растрескивание проводили на стали с 0,33% С и от менее 0,1% до 5,05% N1 Испытанию подвергали об­ разцы стали с различным содержанием никеля после за­ калки без отпуска и с отпуском при 200, 250, 300 и 350°С в течение 2 ч.

На рис. 40 приведена зависимость критического на­ пряжения стали от содержания никеля.

Как следует из хода кривых, с увеличением содержа­ ния никеля сопротивление стали коррозионному растрес­

киванию понижается. Особенно резкое понижение на­ блюдается при увеличении содержания никеля д о ~ 1%.

Ниже приведена зависимость критического напряже­ ния от содержания никеля после отпуска при 200°С.

Содержание никеля, % . . . . . . .0,59 2,0 2,60 3,20

Время до появления трещин, мин . . 241 206 122 93

Сравнение поведения промышленных плавок сталей ЗОХГСА (31 плавка) и ЗОХГСНА (25 плавок) также по­ казывает, что легирование никелем понижает сопротив­ ление коррозионному растрескиванию.

При оценке влияния никеля на сопротивление сталей промышленных плавок определяли коэффициент корре­ ляции г по формуле

где х — независимая переменная — содержание никеля,

%;

у — время до растрескивания; п — число плавок.

Образцы исследуемых плавок подвергали закалке в масле, отпуску при 225°С в течение 2 ч и шлифованию на

132

плоскошлифовальном станке. Растягивающие напряже­ ния 600 МН/м2 (60 кгс/мм2) создавали путем изгиба об­ разцов. Напряженные образцы испытывали в 20%-ном растворе серной кислоты с добавкой 30 кг/м3 хлористого натрия. Подсчитанный по указанной формуле коэффици­ ент корреляции равен г = —0,457 и показывает, что леги­ рование стали никелем понижает сопротивление корро­ зионному растрескиванию.

примесь. При содержании его >0,5% кремний рассмат­ ривается как легирующий элемент. Верхний предел леги­

изучали на сталях с 0,14—1,78% Si после закалки и от­ пуска при 200, 300 и 350°С в течение 2 ч.

Зависимость критического напряжения от содержа­ ния кремния приведена на рис. 41.

В отличие от углерода, хрома, марганца и никеля увеличение количества кремния не уменьшает критичес­ кое напряжение акр. С повышением температуры отпуска

критическое напряжение кремнистой стали увеличива­ ется.

ВЛИЯНИЕ МОЛИБДЕНА

Для определения влияния легирования молибденом на сопротивление коррозионному растрескиванию вып­ лавляли сталь 25X2ГНА (0,24% С, 1,09% Мп, 0,33% Si,

133

1,45% Cr, 1,23%Ni, 0,023% S и 0,020% P) без молибдена и с 0,22% Мо. Сталь выплавляли в высокочастотной пе­ чи, .раскисляли ферромарганцем и ферросилицием. Пер­

напряженных образцов в 20%-ном растворе серной кис­

ли с мартенситной структурой сопротивление коррозион­ ному растрескиванию понижается, а при добавке его в малоуглеродистые мягкие стали — повышается.

ВЛИЯНИЕ ВАНАДИЯ

Влияние легирования ванадием на сопротивление коррозионному растрескиванию устанавливали на образ­ цах стали 25Х2ГНА следующего состава, %: 0,29 С, 1,01

Мп; 0,72 Si; 0,94 Cr; 0,94 Ni; 0,019 S; 0,031 P; 0,38 V и без ванадия.

Феррованадий вводили в печь. Раскисление стали про­ изводили ферромарганцем и ферросилицием. Образцы стали испытывали после закалки и отпуска при 200°С в те­

чение 2 ч в 20%-ном растворе H2S 0 4 с добавкой NaCl (30 кг/м3) .

Результаты испытаний показывают, что введение в

сталь 25Х2ГНА 0,38% V значительно понижает сопро­

134

тивление коррозионному растрескиванию: критическое напряжение для стали без ванадия составляет 280 МН/м2 (28 кгс/мм2), а после введения 0,38% V оно снижается до 190 МН/м2 (19 кгс/мм2). Аналогичное влияние оказы­ вает ванадий на сталь ЭИ643.

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРА

Влияние фосфора на коррозионное растрескивание определяли на образцах стали 25Х2ГНА, выплавленной

с добавкой 30 кг/м3 хлористого натрия приведены на рис. 43.

Увеличение содержания фосфора приводит к пониже­ нию сопротивления стали 25Х2ГНА коррозионному ра­ стрескиванию: критическое напряжение для стали, со­ держащей 0,023% Р, составляет 470 МН/м2 (47 кгс/мм2), а для стали с 0,14% Р 288 МН/м2 (28,8 кгс/мм2).

ВЛИЯНИЕ АЗОТА

Многие исследователи отмечают повышенную склон­ ность к коррозионному растрескиванию малоуглеродис­ тых сталей, содержащих азот.

Влияние азота на коррозионное растрескивание вы­ сокопрочных сталей изучалось гв работе [90].

В высокочастотной печи были выплавлены две плав­ ки стали 25Х2ГНА: плавка А на азотистом феррохроме, содержание азота в котором составляло 1 %, и плавка Б

135

на обычном феррохроме. Раскисление стали производи­ ли ферромарганцем и ферросилицием. Слитки ковали и прокатывали по стандартной технологии. Результаты испытаний образцов стали 25Х2ГНА плавок А и Б после закалки и отпуска при 200°С в течение 2 ч в 20%-ном растворе H2SO4 с добавкой NaCl (30 кг/м3) приведены ниже:

1 В числителе плавка А, в знаменателе — плавка Б.

Сопротивление коррозионному растрескиванию стали 25Х2ГНА, выплавленной на азотистом феррохроме (плавка А), гораздо меньше, чем выплавленной на обыч­ ном феррохроме (плавка Б). Такое различие в поведении указанных плавок стали 25Х2ГНА связано с тем, что сталь плавки А содержит гораздо больше азота, чем плавка Б.

Для повышения стойкости коррозионному растрески­ ванию в малоуглеродистые -стали вводят алюминий, роль которого, по мнению ряда исследователей, сводится к связыванию азота в нитриды A1N.

Помимо алюминия, титан также образует прочные нитриды. В работе [90] определяли влияние раскисления алюминием и титаном сталей 25Х2ГНА и ЗОХГСНА, вып­ лавленных в высокочастотной печи, на их сопротивление коррозионному растрескиванию. Первую разливку про-

Al+0,1% Ti

136

изводили с раскислением ферромарганцем и ферросили­ цием (в печи), последующие — с дополнительным рас­ кислением (по разливкам) алюминием (0,1 %), титаном (0,1%) и титаном с алюминием (по 0,1% каждого). Рас­ кисление алюминием производилось в ковш, а титаном— в печь. Результаты испытания образцов стали 25Х2ГНА (плавка Б) в 20%-ном растворе серной кисло-

му растрескиванию об­ наруживает сталь, раскисленная титаном и особенно ти­ таном с алюминием.

Раскисление стали алюминием или титаном приво­ дит к уменьшению содержания азота в стали; при рас­ кислении стали алюминием с титаном содержание азота в стали еще меньше (табл. 34).

Положительное влияние раскисления титаном на кор­ розионное растрескивание отчетливо проявляется также в случае стали ЗОХГСНА (рис. 44); для раскисленной ферромарганцем и ферросилицием огКр = 520 МН/м2 (52 кгс/мм2), а после дополнительного раскисления тита­ ном 0кр = 87О МН/м2 (81 кгс/мм2).

О МЕХАНИЗМЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

Легирующие элементы, такие как хром, марганец, ни­ кель, кремний, ванадий, молибден образуют с железом твердые растворы замещения. При увеличении содержа­ ния молибдена, ванадия, хрома, никеля и марганца по­ стоянная кристаллической решетки сгжелеза увеличива­ ется, а с повышением содержания кремния — уменьша­ ется (рис. 45).

137

Увеличение постоянной кристаллической решетки вы­ зывает увеличение внутренних напряжений, которые способствуют понижению сопротивления коррозионному растрескиванию высокопрочных сталей. В соответствии с

ожидать, что наибольшее влияние на сопротивление ста­ ли коррозионному растрескиванию должны оказывать ванадий и молибден. Хром и никель, вызывающие прак­ тически одинаковое увеличение постоянной кристалличе­ ской решетки a-железа, одинаково влияют на сопротив­ ление стали коррозионному растрескиванию. Марганец, оказывающий незначительное влияние на постоянную кристаллической решетки железа, еще меньше влияет на сопротивление стали растрескиванию.

В связи с тем что указанные элементы различно воз­ действуют на распад мартенсита при отпуске, сравнение их влияния на коррозионное растрескивание необходимо определять на образцах закаленной неотпущенной ста­ ли. При этом количественную оценку влияния каждого из легирующих элементов можно получить по относи­ тельному изменению величины критического напряже­ ния (табл. 35).

Влияние хрома и никеля на сопротивление стали кор-

1ЯЯ

Таблица 35

Влияние легирующих элементов на коррозионное растрескивание сталей [20%-ная H2S 0 4+NaCl (30 кг/м3)[

розионному растрескиванию практически одинаковое; наибольшее влияние оказывают молибден и ванадий.

Марганец оказывает меньшее влияние, чем никель и хром. Если при увеличении количества никеля до 1,9% (ат) критическое напряжение уменьшается на 50,9%, то повышение содержания марганца до 1,88% уменьшает критическое напряжение всего лишь на 29 %.

Увеличение содержания кремния до 3,5% (ат) не влияет на величину критического напряжения.

С увеличением содержания углерода постоянные ре­ шетки мартенсита, который имеет тетрагональную струк­ туру, изменяются, что приводит к увеличению внутрен­ них напряжений и, следовательно, понижению сопро­ тивления стали коррозионному растрескиванию.

При повышении температуры отпуска содержание углерода в u-железе уменьшается, а сопротивление ста­ ли коррозионному растрескиванию повышается.

На распад мартенсита при отпуске большое влияние оказывают легирующие элементы. Аром, в отличие от никеля, тормозит распад мартенсита (H i- В результате этого отрицательное влияние хрома при отпуске стали проявляется в большей степени, чем никеля. Марганец, по данным [17], не оказывает существенного влияния на распад мартенсита при отпуске, и поэтому отпуск стали, содержащей 1,57% Мп, при 300°С приводит к значитель­ ному увеличению критического напряжения (на 112%).

Таким образом, влияние легирующих элементов ва­ надия, молибдена, никеля, хрома, марганца и кремния на сопротивление высокопрочных сталей коррозионному растрескиванию определяется главным образом характе­

139