Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

изменение потенциала наступает при 12-13% Сг. Чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость сплава в атмосферных условиях и в ряде коррозионных сред.

Другие легирующие элементы, вводимые в сталь, могут улучшать или ухудшать антикоррозионные свойства железохромистого сплава. Например, углерод, связывающий хром в частицы карбидов СГ23С7 п т. п., удаляет его из твердого раствора. Поэтому для сохранения требуемой стойкости против коррозии в сталь нужно ввести больше хрома. Так, при 0,15-0,20% С нужно ввести в железо не менее 13-14% Сг.

Хромистые стали устойчивы только по отношению к кислотам-окислителям, например к азотной кислоте, так как их устойчивость вызвана пассивирующим действием хрома. После термической обработки хромистая сталь хорошо служит в атмосферных условиях и в пресной воде. В морской воде ее стойкость невелика вследствие развития местной коррозии.

Значительно улучшает антикоррозионные свойства нержавеющей стали никель. Железоникелевые аусте-нитные стали (без хрома) имеют повышенную коррозионную стойкость только в разбавленных растворах серной кислоты и кипящих щелочах.

Хромоникелевые стали (в частности, типа Х18Н9) имеют весьма высокие антикоррозионные свойства во многих агрессивных средах. После закалки на аустенит эти стали однородны по структуре, что обеспечивает стойкость также против электрохимической коррозии. Однако в условиях повышенных температур, которые возникают при изготовлении детали или изделия, в этих сталях происходит распад аустенита с выделением но границам зерен богатых хромом карбидов и обеднением границ зерен хромом.

С повышением температуры (от 500 до 800°С), содержания углерода и увеличением длительности выдержки при нагреве распад аустенита увеличивается, что резко ухудшает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. С увеличением времени выдержки опасная температурная зона смещается в область более низких температур. В связи с этим хромоникелевые стали типа Х18П9 обязательно используют в изделиях, работающих при невысоких температурах, не допускают их нагрева до опасного температурного интер-

вала или делают повторную закалку на аустенит, снижают содержание углерода в стали и в присадочных материалах при сварке.

Стали этого типа также весьма чувствительны к сере, которая при повышенном содержании образует сульфид никеля, который располагается по границам зерен п резко снижает стойкость к межкристаллитной корро-

О 200 иОО 600 800 lOOf ТемператдраС

Рнс. 3. Влияние титана на склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии :

/ - сталь, содержащая титан; 2 - сталь без титана

1200

\ Г ООО I

W 20

Сг,%

Рис. 4. Влияние хрома па окалиностойкость стали {по А. П. Гуляеву):

а - окалинонестойкие стали; б - окалиностойкие стали; / - феррит-ная сталь; 2 - аустенитная сталь

зии. Поэтому в сталях этого класса содержится менее 0,020% S.

Для борьбы с межкристаллитной коррозией стали типа Х18П9 после отпуска на 550° С применяются два способа:

а) снижение содержания углерода до менее 0,02-0,03%, т. е. до предела растворимости углерода в твердом растворе, что обеспечивает однородную структуру во всем диапазоне температур;

б) ввод в сталь элементов-стабилизаторов (титана, ниобия и др.), образующих с углеродом более стойкие карбиды, чем хром, и снижающих содержание углерода в аустепите. Эти карбиды с трудом переходят в твердый раствор даже при высоких температурах.

Влияние титана на склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии показано на рис. 3.

Оба способа имеют свои недостатки. Так, например, для получения особо низкоуглеродистой нержавеющей стали нужны специальные технология производства н материалы, ее стоимость значительно выше стоимости

рядовой стали. Эта сталь имеет также пониженные прочностные свойства. Изделия из этой стали не должны науглероживаться при изготовлении и службе. При применении стабилизаторов ухудшаются пластические свойства стали, повышается ее загрязненность неметаллическими включениями. Количество стабилизаторов должно повышаться с ростом содержания углерода в стали и обеспечить связывание всего углерода в карбиды типа TiC или NbC (практически содержание титана должно быть в пять раз, а ниобия в девять раз выше, чем содержание углерода). При сварке отмечается угар титана, поэтому ниобий, как более дорогой стабилизатор, вводят в нержавеющую сталь для сварных конструкций.

Нержавеющие хромоникелевые стали полностью устойчивы по отношению к азотной кислоте любой концентрации, к серной кислоте (холодной), недостаточно устойчивы к соляной кислоте.

Увеличению коррозионной стойкости нержавеющих сталей способствуют такие элементы, как молибден и медь.

Марганец, который вводится в нержавеющие стали взамен никеля (полностью или частично) для обеспечения аустенитпой структуры, придает стали несколько меньшую стойкость против коррозии, чем никель. Нержавеющие стали, легированные азотом, имеют удовлетворительную стойкость в коррозионных средах. Особые требования предъявляются к сталям, работающим длительное время при высоких температурах. Они в первую очередь должны иметь повышенную жаростойкость (окалиностойкость) и жаропрочность.

Высокая стойкость против газовой коррозии при высоких температурах (жаростойкость) достигается легированием стали такими элементами, как хром, алюминий и кремний.

Эти элементы имеют химическое сродство к кислороду выше, чем железо, поэтому они будут диффундировать из внутренних слоев металла к поверхности навстречу кислороду и концентрация их в пленке окислов будет увеличиваться.

Наилучшие результаты по жаростойкости получены при легировании стали 12-30% Сг, 5-7% А1 и 1-3% Si. Влияние хрома на окалиностойкость приведено на рис. 4. Аналогично влияют алюминий и кремний.

Если одновременно нужно получить и высокие жаропрочные свойства, то сталь легируют также никелем, молибденом, вольфрамом, титаном, ниобием, ванадием, кобальтом. Помимо температуры, на процесс газовой коррозии влияет состав среды. Главную определяющую роль играет окислительный потенциал среды, содержание кислорода в ней. Водяные пары ускоряют, а окись углерода замедляет процесс окисления.

На сплавы, содержащие никель, разрушающее влияние оказывает сернистый газ SO2. Скорость газового потока до определенного предела ускоряет коррозионный процесс. Весьма вредными являются периодические колебания температуры, приводящие к растрескиванию окисной пленки.

Таким образом, общей особенностью нержавеющих сталей является повышенная стойкость против различных коррозионных сред. Многообразие этих сред и условий службы изделий привело к созданию широкого сортамента нержавеющих сталей. Более полные сведения по теории коррозии и коррозионной стойкости нержавеющих сталей освещены в работах [1-7].

Глава И

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ И ИХ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

За основу классификации нержавеющих, коррозион-ностойких и жаростойких сталей можно принять ГОСТ 5632-61. Следует выделить также наиболее крупные группы сталей: хромистые, хромоникелевые и никелевые, хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые.

Ниже дано краткое описание марочного сортамента сталей каждой группы и приведены их основные свойства.

1. ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

Хромистые стали являются наиболее экономичными в отношении легирования. Они весьма широко применяются в различных областях техники в виде листа, труб и прутков, а также литья.

В зависимости от состава и структуры они подразделяются на следующие подгруппы (по Ф. Ф. Химушину) :

а) полунержавеющие (теплоустойчивые) хромистые стали с 5-10% Сг, закаливающиеся на мартенсит;

б) сйльхромы и другие клапанные хромистые стали;

в) нержавеющие хромистые стали с 10-17% Сг, закаливающиеся на мартенсит;

г) • сложиолегированные нержавеющие стали с 12-17% Сг, применяемые в качестве теплоустойчивых;

2000

1200

•200

ио 60

Сг,7о

Рис. 5. Диаграмма состояния системы железо - хром

д) нержавеющие и кислотоупорные хромистые стали с 16-20% Сг полуферритного и ферритного класса, хромистые жаростойкие стали с 25-33% Сг ферритного класса и хромоазотистые нержавеющие и жаростойкие стали;

е) хромистые жаростойкие стали с присадками алюминия, кремния, азота и других элементов.

Рассматривая структуру и фазовый состав хромистых сталей, следует от.метить, что железо и хром после затвердевания образуют непрерывный ряд твердых

растворов с кристаллической решеткой центрированного куба (рис. 5).

При содержании хрома более 13-15% сталь имеет только а (б)-структуру. При меньших содержаниях хрома в области температур 800-1400° с имеются у- и y+ + а-твердые растворы. Наконец, железохромистые сплавы имеют хрупкую немагнитную составляющую -

/200

a-(Fe,Cr);C-600

20 Cr,%

Рис. 6. Фазовый состав хромистых сталей, содержащих 0,1% С

сг-фазу. Она образуется при температуре ниже 950° С и содержании хрома и железа ио 47% (ат) и, по мнению большинства исследователей, представляет интерметаллическое соединение FeCr.

Выделения сг-фазы, которые имеют место в высокохромистых сталях при медленном охлаждении или нагреве быстроохлажденной стали, сопровождаются большими объемными изменениями, что является причиной исключительно высокой хрупкости пОТТв"р]р"Т!ЕЩ

2-27