1.4. Коррозионностойкие стали

Коррозия - разрушение металлов в результате химической или электрохимической реакции. Разрушение (порча), происходящее по физическим причинам, не называется коррозией и известно как эрозия, истирание или износ. В некоторых случаях химическое воздействие сопровождается физическим разрушением и называется коррозионной эрозией, коррозионным износом или фреттинг-коррозией. Это определение не распространяется на неметаллические материалы. Пластмассы могут набухать или трескаться, дерево - расслаиваться или гнить, гранит может крошиться, а портландцемент - выщелачиваться, но термин «коррозия» относится только к химическому воздействию на металлы. Ржавлением называется коррозия железа и его сплавов с образованием продуктов коррозии, состоящих в основном из гидратированных оксидов железа. Цветные металлы, следовательно, корродируют, но не ржавеют.

Ввиду того, что коррозия включает химические превращения, для лучшего понимания коррозионных реакций необходимо знать основы химии, и особенно электрохимии, так как коррозионные процессы по большей части являются электрохимическими. Поскольку структура и состав металла зачастую определяют коррозионное поведение, надо быть знакомым с основами металлургии. Следовательно, химия и металлургия составляют фундамент при изучении коррозии, так же как биология и химия - при изучении медицины.

Для выяснения причин коррозии и мер ее предотвращения коррозионисты-исследователи изучают механизмы коррозионных процессов. Инженеры-коррозионисты используют накопленные наукой знания с учетом эксплуатационных данных и экономических факторов. Например, инженер-коррозионист осуществляет катодную защиту подземных трубопроводов или испытывает и разрабатывает новые краски, рекомендует добавки ингибиторов коррозии или металлическое покрытие. Ученый-коррозионист для этога разработал оптимальные варианты катодной защиты, определил молекулярную структуру химических составов с лучшими ингибирующими свойствами, создал коррозион-ностойкие сплавы и определил режим их термической обработки. Как научный, так и технический подходы необходимы для диагностики коррозионных разрушений и разработки соответствующих рекомендаций.

Значение коррозионных исследований определяется тремя аспектами. Первый из них - экономический - имеет целью уменьшение материальных потерь в результате коррозии трубопроводов, резервуаров (котлов), деталей машин, судов, мостов, и т. д. Второй аспект - повышение надежности оборудования, которое в результате коррозии может разрушаться с катастрофическими последствиями, например сосуды высокого давления, паровые котлы, металлические контейнеры для токсичных материалов, лопасти и роторы турбин, мосты и автономные автоматизированные механизмы. Третьим аспектом является сохранность металлического фонда. Мировые ресурсы металла ограничены, а потери металла в результате коррозии ведут, кроме того, к дополнительным затратам энергии и воды. Не менее важно, что человеческий труд, затрачиваемый на проектирование и реконструкцию металлического оборудования, пострадавшего от коррозии, может быть направлен на решение других общественно полезных задач.

Экономический фактор является главной движущей силой большинства прикладных коррозионных исследований.

Различают прямые и косвенные коррозионные потери. Под прямыми потерями понимают стоимость замены (с учетом трудозатрат) прокорродировавших конструкций и машин или их частей, таких как трубы, конденсаторы, глушители, трубопроводы, металлические покрытия. Другими примерами прямых потерь, могут служить затраты на перекраску конструкций для предотвращения ржавления или эксплуатационные затраты, связанные с катодной защитой трубопроводов. Прямые потери включают добавочные расходы, связанные с использованием коррозионно-стойких металлов и сплавов вместо углеродистой стали, даже когда она обладает требуемыми механическими свойствами, но не имеет достаточной коррозионной устойчивости. Сюда относятся также стоимость нанесения защитных металлических покрытий, стоимость ингибиторов коррозии, затраты на кондициони-рование воздуха складских помещений для хранения метали-ческого оборудования.

Гораздо труднее поддаются подсчету косвенные потери, но даже по приближенной оценке они исчисляются миллиардами долларов. Приведем примеры косвенных потерь.

1. Простои. Замена прокорродировавшей трубы нефтеперегонной установки стоит несколько сотен рублей, но недовыработка продукции за время простоя может принести убыток до 600000 рублей в час.

2. Потеря готовой продукции. В межремонтный период происходят утечки нефти, газа и воды вследствие коррозионных повреждений соответствующих систем; коррозия автомобиль-ного радиатора ведет к потере антифриза, а утечка газа из поврежденной трубы может привести к взрыву.

3. Потеря мощности. Из-за отложения продуктов коррозии ухудшается теплопроводность поверхностей теплооб-мена. Уменьшение проходных сечений трубопроводов из-за отложения ржавчины требует повышения мощности насосов. В автомобильных двигателях внутреннего сгорания, где поршне-вые кольца и стенки цилиндров постоянно корродируют под действием газообразных продуктов сгорания и конденсатов, потери от увеличения потребления бензина и масла сравнимы с потерями от механического износа, а иногда и превышают их. Потенциальные потери этого типа в системах преобразования энергии оцениваются в несколько миллиардов долларов в год.

4. Загрязнение продукции. Небольшое количество меди, поступившее в систему в результате коррозии медного трубопровода или латунного оборудования, может испортить целую партию мыла. Соли меди ускоряют старение и порчу мыла и тем самым укорачивают срок его хранения. Следы металлов могут изменять цвет красителей. Свинцовое оборудование не может быть использовано для приготовления и хранения пищевых продуктов из-за токсичности солей свинца. Мягкая вода, проходящая по свинцовым трубопроводам, небезопасна для питья.

5. Допуски на коррозию. Этот фактор является обычным при проектировании реакторов, паровых котлов, конденсаторов, насосов, подземных трубопроводов, резервуаров для воды и морских конструкций. В тех случаях, когда скорости коррозии неизвестны, а методы борьбы с коррозией неясны, задача оптимального проектирования значительно усложняется. Надежные данные о скорости коррозии позволяют более точно оценить срок эксплуатации оборудования и упрощают его проектирование. Типичным примером допусков на коррозию может служить выбор толщины стенок подземных нефтепроводов. Расчетная толщина стенки трубопровода диаметром 200 мм и длиной 362 км составляет 8,18 мм, с учетом коррозии. А применение соответствующей защиты от коррозии позволяет снизить эту величину до 6,35 мм, что приводит к экономии 3700 тонн стали и увеличению полезного объема трубопровода на 5 %.

Очевидно, что косвенные потери составляют существенную часть общих коррозионных потерь. Однако подсчет косвенных потерь представляет собой трудную задачу даже в рамках одной отрасли промышленности. В ряде случаев потери вообще не могут быть выражены в денежных единицах. К ним относятся аварии, связанные со взрывами, разрушением химического оборудования, или вызванные коррозией катастрофы самолетов, поездов, автомобилей, приводящие к потере здоровья или гибели людей.

Часто думают, что коррозия сопровождается лишь ржавлением или потускнением. Однако коррозионное воздействие может приводить к растрескиванию, потере прочности или пластичности. В большинстве случаев механизм коррозии электрохимический, а продукты коррозии могут быть не всегда заметны и потери массы металла незначительны.

Различают пять основных типов коррозии.

1. Равномерная коррозия, которая включает общеиз-вестные ржавление железа или потускнение серебра. «Помутнение» никеля и высокотемпературное окисление металлов также являются примерами равномерной коррозии. Скорость равномерной коррозии выражают в разных единицах, чаще всего в миллиметрах в год (мм/год) или в граммах на квадратный метр за сутки [г/(м².сут). Эти единицы характеризуют глубину разрушения или потерю массы металла, причем рассматривается поверхность металла, свободная от продуктов коррозии. Например, сталь в морской воде корродирует с приблизительно постоянной скоростью близкой к 0,13 мм/год, т. е. 2,5 г/(м².сут). Это усредненное значение обычно в случае равномерной коррозии в начальный период скорость повышена, поэтому данные о скоростях коррозии должны сопровождаться сведениями о длительности испытаний. Для перевода мм/год в г/(м².сут) и наоборот надо знать плотность металла. Одна и та же потеря массы на единицу площади для легкого металла (например, алюминия) соответствует большей глубине проникновения коррозии, чем для тяжелых металлов (например, свинца). В России скорость коррозии принято измерять в мм/год или в г/(м²ч). По скоростям коррозии и областям применения металлы, подверженные равномерной коррозии, могут быть разделены на три группы:

a) скорость коррозии не превышает 0,15 мм/год: металлы этой группы обладают высокой коррозионной стойкостью, вследствие чего они пригодны для изготовления ответственных изделий, например седел клапанов, валов и поршней насосов, пружин;

б) скорость коррозии от 0,15 до 1,5 мм/год: металлы этой группы при отсутствии повышенных требований к коррозионной стойкости могут применяться для изготовления емкостей, трубопроводов, корпусов вентилей, болтов;

c) скорость коррозии больше 1,5 мм/год: такие металлы не используются.

2. Питтингом называют разрушения локального типа, наблюдаемые в тех случаях, когда скорость коррозии на одних участках выше, чем на других. Если значительное разрушение сосредоточено на относительно маленьких участках поверхности металла, возникают глубокие точечные поражения, если площадь разрушения больше и глубина невелика - возникают язвенные поражения. Глубину питтинга иногда характеризуют питтинговым фактором. Это отношение максимально наблюдаемой глубины питтинга к средней глубине проникновения коррозии, найденной по изменению массы образца. Питтинговый фактор, равный единице, соответствует равномерной коррозии. Железо в почве корродирует с образованием мелких язв, коррозия нержавеющей стали в морской воде характеризуется образованием глубоких питтингов. Многие металлы в быстром потоке жидкости подвергаются локальной коррозии, называемой ударным разрушением. Этому типу разрушения подвержены медные или латунные трубы конденсаторов.

Фреттинг-коррозия возникает вследствие малых вибрационных смещений контактных поверхностей друг относительно друга, если одна из них или обе металлические. Обычно коррозия этого типа сопровождается появлением питтингов на контактирующих поверхностях. Оксиды и продукты истирания металла заполняют питтинги, так что они становятся заметны только после удаления этих продуктов.

3. Обесцинкование - это вид разрушения цинковых сплавов, например латуни, при котором преимущественно корродирует цинк, а медь остается на поверхности в виде пористого слоя. Прокорродировавшее таким образом изделие нередко сохраняет исходную форму и может показаться неповрежденным, но его прочность и особенно пластичность значительно снижены. Подвергшаяся обесцинкованию латунная труба способна выдерживать внутреннее давление воды, однако может разрушиться при гидравлическом ударе или проведении ремонтных работ. При избирательной коррозии, как и при обесцинковании, происходит преимущественное растворение одного или нескольких компонентов сплава. При этом образуется пористый скелет, сохраняющий первоначальную форму изделия. Избирательная коррозия характерна для сплавов благородных металлов, таких как Аu-Сu или Аu-Ag, и используется на практике при рафинировании золота. Например, сплав Аu-Ag, содержащий более 65 % золота, устойчив в концентрированной азотной кислоте, как и само золото. Однако сплав, содержащий около 25 % Аu и 75 % Ag, реагирует с концентрированной HNO₃ с образованием AgNO₃ и чистого золота в виде пористого остатка или порошка. Медные сплавы, содержащие алюминий, могут повергаться коррозии, аналогичной обесцинкованию, c преимущественным растворением алюминия.

4. Межкристаллитная коррозия (МКК) - это локальное коррозионное разрушение по границам зерен металла, приводящее к потере прочности и пластичности. Межзеренное вещество, действующее как анод, контактирует с большой поверхностью самих зерен, являющейся катодом. Коррозия протекает быстро, глубоко проникая в металл и приводя иногда к катастрофическим разрушениям. Нержавеющие стали типа Х18Н10 или дюраль (4 % Сu - АL), подвергнутые неправильной термообработке, склонны к МКК. Примером неэлектрохимического межкристаллитного разрушения может служить коррозия никеля при высокой температуре в се-росодержащей атмосфере. При этом происходит проникновение серы по границам зерен металла.

5. Растрескивание металла под действием периодических или растягивающих напряжений в коррозионной среде называют коррозионной усталостью. Если напряжение не превышает критического значения, называемого пределом выносливости или пределом усталости, то вне коррозионной среды металл не будет разрушаться при сколь угодно большом числе циклов нагружения. В коррозионной среде истинный предел усталости обычно не достигается, так как металл разрушается после определенного числа циклов независимо от напряжения. Типы сред, вызывающих коррозионную усталость, разнообразны и неспецифичны. Если металл при постоянном растягивающем напряжении в специфической коррозионной среде растрескивается сразу после нагружения или спустя определенное время, это разрушение называется коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН). Такое определение приложимо и к растрескиванию, вызываемому абсорбцией водорода, выделяющегося в процессе коррозионной реакции. Напряжения в металле могут быть остаточными после механической или термической обработки или приложенными извне. Трещины могут быть межкристаллитными или транс-кристаллитными, в зависимости от свойств металла и коррозионной среды. Разрушения этого вида в корне отличаются от межкристаллитной коррозии, которая не зависит от того, находится металл в напряженном состоянии или нет. Почти все конструкционные металлы (например, углеродистые и низколегированные стали, латунь, нержавеющие стали, дюраль, магниевые, титановые и никелевые сплавы и многие другие) подвержены в определенных условиях КРН. К счастью, число химических сред, вызывающих подобные разрушения, ограничено, а требуемый для растрескивания уровень напряжений достаточно высок и нечасто достигается на практике. Накопив знания об условиях возникновения опасности коррозионного растрескивания (воздействие специ-фических сред, уровень допустимых напряжений), в дальнейшем при проектировании конструкций удастся исклюю-чить возможность коррозионного растрескивания под напряже-нием. К сожалению, не все металлические конструкции, испы-тывающие большие напряжения, проектируются сейчас с учетом возможности растрескивания.

Материалы для изготовления химических аппаратов и машин нужно выбирать в соответствии со спецификой их эксплуатации, учитывая при этом возможное изменение исходных физико-химических свойств материалов под воздействием рабочей среды, температуры и протекающих химико-технологических процессов. При выборе материалов для аппаратуры необходимо руководствоваться отраслевым стандартом ОСТ 26291-71. Выбор материала надо начинать с уточнения рабочих условий: температуры, давления, концентрации обрабатываемой среды. При выборе материала для изготовления аппарата или машины необходимо учитывать следующее: механические свойства материала - предел прочности, относительное удлинение, твердость и т. п.; технологичность в изготовлении (в частности, свариваемость); химическую стойкость против разъедания; теплопроводность и др. Например, механические свойства материалов, из которых изготовлена работающая аппаратура, существенно изменяются при низких и высоких температурах. Хорошая свариваемость металлов также является одним из необходимых условий их применения, так как при современной технологии химического аппаратостроения основной способ выполнения неразъемных соединений - сварка.

Главным же требованием для материалов химических аппаратов в большинстве случаев является их коррозионная стойкость, так как она определяет долговечность химического оборудования. Агрессивность среды в зависимости от ее концентрации может быть больше или меньше. При выборе для аппаратуры материала из черных и цветных металлов и сплавов при условии их равномерной коррозии следует руководствоваться ГОСТ 13819 - 68, в котором коррозионная стойкость в различных химических средах оценивается по 10 -балльной шкале (табл. 4.6). Коррозионная стойкость металлов при скорости коррозии 0,5 мм/год и выше оценивается по группам стойкости, а при скорости коррозии ниже 0,5 мм/год - по баллам. Для изготовления химической аппаратуры должны использоваться конструкционные материалы, скорость коррозии которых не превышает 0,1÷0,5 мм/год; чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01÷0,05 мм/год).

Таблаца 4.6

Пятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов

Балл Скорость коррозии Vкор , мм /год Категория стойкости 1 Не более 0,10 Сильностойкие 2 0,10 – 1,00 Стойкие 3 1,10 – 3,00 Пониженностойкие 4 3,10 – 10,0 Малостойкие 5 Более 10,0 Нестойкие

Для изготовления аппаратов, предназначенных для работы с коррозионными средами и для работы при высоких температурах, применяют высоколегированные стали. На стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаро-стойкие и жаропрочные разработан ГОСТ 5632-72. Стандарт распространяется на высоколегированные стали и сплавы на железной, железоникелевой и никелевой основах. Согласно ГОСТу, в зависимости от основных, свойств эти стали и сплавы подразделяют на три группы: I - коррозионностойкие (нержавеющие) стали, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, щелочной, кислотной, солевой, почвенной и др.), а также межкристаллитной коррозии (08X13, 12X17, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и др.); II - жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре свыше 550°С и работающие в ненагруженном или слабонаг-руженном состоянии (12X17, 12Х18Н10Т, 20Х23Н13, 15X18 и др.); III - жаропрочные стали и сплавы, работающие в течение определенного времени при высоких температурах в нагруженном состоянии и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью (20X13, 12X13, 12Х18Н10Т, 20Х23Н18 и др.).

Создана новая коррозионностойкая нержавеющая сталь 0ЗХ18Н11 с пониженным содержанием кремния. Из промыш-ленных сплавов этой стали изготовлено различное оборудование производства азотной кислоты (сепаратор нитрозных газов, подогреватель химически очищенной воды), срок службы которого при содержании кремния не более 3 % должен увели-читься в два раза и более. В настоящее время металлургия про-изводит сталь марок 08Х18Н11 в соответствии с ГОСТ 5632-72 с верхним пределом содержания кремния 0,8 %. Представляют интерес новые коррозионностойкие безникелевые аустенитные стали марок 0ЗХ13АГ19 (ЧС-36) и 07Х13АГ20 (ЧС-46), предназначенные для работы при температурах от +400 до -210°С. Они устойчивы к действию фосфорной (10 %-ной), азотной (до 50 %) и уксусной (10 %-ной) кислот; хлористого натрия (10 %-ного) при температуре 50°С, а также к действию различных аминопродуктов. Эти стали рекомендуют для изготовления оборудования, работающего в районах Крайнего Севера и вечной мерзлоты.

Для обеспечения амортизационного срока службы аппарата достаточен слой коррозионностойкого материала толщиной в несколько миллиметров, а для обеспечения условий прочности нужна стенка значительно большей толщины. Один из эффективных способов экономии дефицитных коррозионностойких сталей - применение двухслойных металлов с основным слоем из углеродистой стали и плакирующим (защитным) слоем из коррозионностойкой стали или цветных металлов и сплавов. В качестве плакирующего слоя применяют стали марок 08X13, 12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, 08X17I113M3T, 06ХН28МДТ и др., а также цветные металлы и сплавы (никель, монель-металл). В настоящее время имеются двухслойные стали с плакирующим слоем из меди, латуни, серебра и титана. Применение двухслойных металлов кроме экономии дефицитных металлов и сплавов дает возможность получить такое сочетание нужных свойств, которого нельзя достичь при использовании какого-либо одного металла. Примером может служить двухслойная сталь СтЗ + 08Х13. Сама по себе высокохромистая сталь 08X13 несмотря на удовлетворительную коррозионную стойкость, в некоторых средах не является эффективным конструкционным материалом из-за низкой ударной вязкости и хрупкости сварных швов. В сочетании же со сталью СтЗ, 15К или 20К сталь 08X23 представляет собой материал с высокими механическими и антикоррозионными свойствами. Технические требования к двухслойной листовой стали определены ГОСТ 10885-75.

Сталь (например, 22К + 08Х18Н10Т) успешно используют при изготовлении кованых, литых и катаных заготовок и сосудов массой до 250 т при толщине стенки 100 мм и плоских деталей массой до 50 т. Применение двухслойных сталей особенно целесообразно, когда из условий обеспечения необходимой прочности требуется использовать стенки большой толщины (например, в аппаратах, работающих под давлением), а также в тех случаях, когда предъявляются особые требования к чистоте обрабатываемых сред (не сильно коррозионных), так как при обработке или хранении не будет загрязнений их продуктами реакции с материалом стенки.

В зависимости от структуры различают три основных класса нержавеющих сталей. Каждый класс включает ряд сплавов, которые несколько различаются по составу, но обладают сходными физическими, магнитными и коррозион-ными свойствами. Основными классами нержавеющих сталей являются мартенситный, ферритный и аустенитный.

Мартенситные стали (20Х13, 30Х13,20Х17Н2, 95Х18) получили название по аналогии с мартенситной фазой углеродистых сталей. Мартенсит образуется при фазовом превращении сдвигового типа, происходящем при быстром охлаждении стали (закалке) из аустенитной области фазовой диаграммы, для которой характерна гранецентрированная кубическая структура. Мартенсит определяет твердость закаленных углеродистых сталей и мартенситных нержавеющих сталей. Нержавеющие стали этого класса имеют объемно-центрированную кубическую структуру; они магнитны. Изделия после закалки с 1050÷1100С подвергают низкому (200÷ 400С) отпуску. Типичное применение - инструменты (в том числе и режущие), подвергающиеся воздействию слабоагрессивных сред, лопатки паровых турбин.

Ферритные стали (08Х13, 12Х17, 15Х25Т, 15Х28) названы так по ферритной фазе - относительно чистому железу, которое является компонентом углеродистых сталей, медленно охлаждаемых из аустенитной области температур. По техническим свойствам ферритные стали хуже аустенитных. Феррит или так называемая α-фаза чистого железа устойчив при температуре ниже 910°С. В малоуглеродистых сплавах Cr-Fe высокотемпературный аустенит (или -фаза) существует только, если он содержит до 12 % Сr. При увеличении содержания хрома выше 12 % сплавы представляют собой ферритную фазу во всем интервале температур вплоть до точки плавления. Они умеренно упрочняются при холодной обработке; термооб-работка не дает такого эффекта. Ферритные нержавеющие стали магнитны и имеют объемно-центрированную кубическую решетку. Их применяют для отделки автомобилей и в качестве конструкционного материала в производстве азотной кислоты. Склонность к охрупчиванию ферритных сталей ограничивает их применение несмотря на меньшую стоимость по сравнению с аустенитными сталями.

Сенсибилизация ферритных нержавеющих сталей наблюдается при температурах, превышающих 925°С; стойкость к межкристаллитной коррозии восстанавливается при кратковременном (10÷ 60 мин) нагреве при 650÷815°С. Следует отметить, что эти температурные интервалы заметно отличаются от соответствующих интервалов для аустенитных нержавеющих сталей. Для ускоренных испытаний на межкристаллитную коррозию применяют аналогичные растворы (например, кипящий раствор CuSO₄ - H₂SO₄ или 65 % HNO₃). Скорость межкристаллитной коррозии и степень поражения сталей обоих классов в этих растворах примерно одинаковы. Однако в сварных изделиях разрушения в ферритных сталях происходят как в области, непосредственно прилегающей к месту сварки, так и самом сварном шве, а в аустенитных сталях разрушения локализованы в околошовной зоне.

Аустенитные стали получили свое название по аустенитной фазе или -фазе, которая существует в чистом железе в виде стабильной структуры в температурном интервале от 910 до 1400°С. Эта фаза имеет гранецентрированную кубическую решетку, немагнитна и легко деформируется. Она является основной или единственной фазой аустенитных нержавеющих сталей при комнатной температуре и в зависимости от состава имеет стабильную или метастабильную структуру. Присутствие никеля в значительной степени способствует сохранению аустенитной фазы при закалке промышленных сплавов Сr-Fe-Ni от высоких температур. Увеличение содержания никеля сопровождается повышением стабильности аустенита. Легирование марганцем, кобальтом, углеродом и азотом также способствует сохранению при закалке и стабилизации аустенита. Аустенитные нержавеющие стали могут упрочняться холодной обработкой, но не термообработкой. Достаточно 20  деформации, чтобы предел текучести повысился более чем в 3 раза по сравнению с исходным значением. После закалки аустенитные стали с однофазной аустенитной структурой проявляют максимальную коррозионную стойкость в большинстве агрессивных сред. Аустенитные нержавеющие стали очень широко применяют в различных областях, включая строительство и автомобильное производство, а также в качестве конструкционного материала в пищевой и химической промышленности.

Для аустенитных сплавов интервал сенсибилизирующих температур составляет 400÷850°С. Степень склонности к межкристаллитной коррозии после такого нагрева зависит от времени нагрева. Несколько минут нагрева при температурах вблизи 750°С эквивалентны нескольким часам при более низких (или еще более высоких) температурах. К межкристаллитной коррозии приводят медленное охлаждение сплава с прохождением области сенсибилизирующих температур, а также длительные сварочные работы. При быстром охлаждении этого не происходит. Следовательно, аустенитные нержавеющие стали нужно закаливать от высоких температур, и это, как правило, выполняется. Точечная сварка, при которой металл быстро нагревается в результате кратковременного протекания электрического тока и затем быстро охлаждается, не вызывает сенсибилизации. В то же время электродуговая сварка может представлять опасность, причем степень разрушений увеличивается с возрастанием времени нагрева и особенно при сварке массивных изделий. Опасные температуры достигаются в нескольких миллиметрах от места сварки, в котором металл нагревается до температуры плавления или выше. Следовательно, при контакте с агрессивной средой разрушение сварного шва аустенитной нержавеющей стали (называемое коррозией по сварным швам) протекает не в теле сварного шва, а рядом - в зоне термического влияния.

Особую группу образуют безникелевые стали с аустенитной структурой, содержащей 18÷ 25 % Сr и 1,0÷1,3 % N (05Х18А120, 05Х21А120). Стали после закалки с 1200С и отпуска при 400С сочетают высокую прочность с высокой плстичностью.

Необходимо также отметить существование четвертого класса - дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей, которые приобретают высокую прочность и твердость в результате низкотемпературной термообработки, проводимой после закалки с высокой температуры. Эти сплавы Сr-Fe содержат меньше никеля, чем это требуется для стабилизации аустенитной фазы (или вообще его не содержат). Зато они содержат такие легирующие элементы, как алюминий или медь, которые обеспечивают высокую твердость, приводя к образованию и выделению интерметаллических соединений вдоль плоскостей скольжения или границ зерен. Эти стали применяют в тех же случаях, что и коррозионностойкие никелевые сплавы. Большим достоинством дисперсионно-твердеющих сталей является то, что их наибольшее упрочнение достигается именно при низкотемпературной механической обработке (например, при 480°С). При этом не проводится закалка от высокой температуры, необходимая в случае мартенситных нержавеющих сталей.

Неправильная термическая обработка ферритных или аустенитных нержавеющих сталей приводит к тому, что места контакта отдельных кристаллов (так называемые границы зерен) становятся особенно подвержены сильной коррозии. Коррозия такого рода приводит к катастрофическому уменьшению механической прочности. Обработка определенной длитель-ности при определенной температуре, в результате которой сплав приобретает чувствительность к межкристаллитной коррозии, называется провоцирующей термической обработкой или сенсибилизацией. Режимы такой обработки для ферритных и аустенитных сталей сильно различаются. В сплав с 18 % Сr достаточно ввести 2,5÷3 % Ni, чтобы изменилась температура сенсибилизации. Говоря по-другому, сенсибилизация нержаве-ющих сталей, содержащих меньше этого количества никеля, происходит в том же температурном интервале, что и у безникелевых ферритных сталей. В то же время сенсибилизация сталей с более высоким содержанием никеля происходит при температурах, характерных для аустенитных нержавеющих сталей.

Существует три эффективных способа предупреждения склонности к межкристаллитной коррозии.

1. Термическая обработка при 1050÷1100°С с последующей закалкой. При высокой температуре выделив-шиеся карбиды растворяются в аустените, а быстрое охлаждение предотвращает их повторное образование. Подобная обработка рекомендуется после проведения сварочных операций. Однако она не всегда осуществима из-за большого размера изделий или склонности их к деформации при высоких температурах.

2. Уменьшение содержания углерода. Содержание углерода в промышленно выпускаемых нержавеющих сталях может быть уменьшено, но при этом резко увеличивается стоимость стали. При сварке или другого рода термообработке этих сталей, когда достигаются температуры сенсибилизации, существует несравненно меньшая опасность протекания межкристаллитной коррозии. Однако абсолютной устойчивостью к этому виду разрушений они не обладают.

3. Легирование титаном или ниобием. Легирование аустенитных сплавов небольшими количествами элементов, обладающих большим сродством к углероду, чем хром, предотвращает диффузию углерода к границам зерен. Уже имеющийся здесь углерод взаимодействует с титаном или ниобием, а не с хромом. Сплавы такого рода называют стабилизированными. Они не проявляют заметной склонности к межкристаллитной коррозии после сварки или нагрева до температур сенсибилизации. Наилучшей стойкости к межкристаллитной коррозии при нагреве сплава до температур, близких к 675°С, достигают в результате предварительной стабилизирующей термической обработки в течение нескольких часов при 900°С. Эта обработка эффективно способствует переходу имеющегося углерода в стабильные карбиды при температурах, при которых растворимость углерода в сплаве ниже, чем при обычно более высокой температуре закалки.

При сварке обычно применяют сварочные электроды, содержащие ниобий, а не титан. Последний окисляется при повышенных температурах, и имеется опасность, что его содержание уменьшится и окажется недостаточным для стабилизации свариваемого сплава. Потери ниобия в результате окисления меньше.