Коррозионностойкие стали и сплавы кратко

Обновлено: 05.07.2024

Коррозионностойкими (нержавеющими) называют металлы и сплавы, в которых процесс коррозии развивается с малой скоростью. Коррозионностойкие стали применяют для изготовления деталей машин и оборудования и конструктивных элементов, работающих в разных агрессивных средах (влажная атмосфера, морская вода, кислоты и растворы солей, щелочей, расплавы металлов и др.).

В зависимости от химического состава стали и сплавы разделяют на классы по основному составляющему элементу: хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые и другие, а также сплавы на основе никеля. В зависимости от структуры: ферритные, мартенситные, аустенитные.

Основной легирующий элемент в коррозионных сталях – хром с содержанием от 12–30 %. Железо и хром образуют непрерывный ряд твердых растворов, а также интерметаллид – σ-фаза. Хром с углеродом образует карбид Cr₂₃C₆ более устойчивый в сравнении с цементитом, а также карбид Cr₇C₃ . В зависимости от соотношения углерода и хрома можно выделить три группы хромистых сталей – ферритные, не испытывающие превращение γ « α (08Х18Т,15Х28), полуферритные, испытывающие частичное превращение γ « α (08Х13, 12Х13), и мартенситные (20Х13, 30Х13, 40Х13).

Рис. 12.1. Изменение электродного потенциала сплавов Fe–Cr
и коррозия сплавов в растворе азотной кислоты

Из рис. 12.1 видно, что в пределах 12–13 % Cr происходит скачкообразное изменение электродного потенциала и сталь из активного состояния переходит в пассивное. Это и послужило поводом для создания группы сталей с 13 % Cr: 07Х13, 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13. Все эти стали страдают межкристаллитной коррозией. Это явление связано с образованием карбида Cr₃С_6. Эти карбиды располагаются на границах зерен. На образование карбидов расходуется много хрома (на 1 % С – 12 % Cr). Это неизбежно приводит к понижению концентрации хрома в зонах, прилегающих к карбидам, и зоны переходят в активное состояние. Именно по этим зонам развивается коррозия. Снижение склонности стали к МКК можно достичь введением сильных карбидообразователей (Ti, Nb, Ta), например, как в стали 07Х17Т.

Мартенситные, мартенсито-ферритные и ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах и имеют высокие механические свойства. Ферритные стали применяют для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах (например, в растворах азотной кислоты), для изготовления бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности.

В таблице 12.2 приведено основное назначение хромистых сталей.

Легирование хромистых сталей никелем или никелем и марганцем расширяет гамма–область, позволяя создать класс аустенитных сталей. Такие стали имеют улучшенные технологические и механические свойства. Хромоникелевые стали обладают стойкостью в концентрированных щелочных растворах при повышенных температурах, а также повышенной стойкостью в слабых растворах H₂SO₄ при концентрации никеля 2/8 атомные доли (26 % масс.).

Применение хромистых сталей

Марка	Класс стали	Назначение
12Х17	ферритный	Для изделий, работающих в окислительных средах, для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности, для теплообменного оборудования в энергомашиностроении
08Х18Т1
40Х13	мартенситный	Для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами
30Х13
20Х13	мартенсито-ферритный
08Х13

После медленного охлаждения эти стали имеют структуру, состоящую из аустенита, феррита и карбидов хрома М₂₃С₆. Для получения аустенитной структуры, снятия внутренних напряжений и устранения склонности к МКК, которая возникает при сварке или горячей обработке давлением, стали подвергаются закалке с высоких температур (1100–1150 °С) в воде или масле, с последующим отпуском. Кроме того, для уменьшения склонности к МКК в состав сталей вводят никель и ниобий в определенном соотношении к углероду.

Применение хромоникелевых нержавеющих сталей

Марка	Класс стали	Назначение
12Х18Н9	аустенитный	Для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, и химической аппаратуры
10Х17Н13М3Т
20Х13Н4Г9	Для торгового и пищевого машиностроения
12Х17Г9АН4

Из-за высокой цены никеля его частично заменяют химическим аналогом – марганцем, например сталь марки 20Х13Н4Г9Т. Такие стали хорошо работают в слабоагрессивных средах и при низких (до –196 ºС) температурах. В таблице 12.3 приведены примеры применения хромоникелевых сталей.

Для изделий, работающих в высокоагрессивных средах при высоких температурах, широко используют сплавы на основе никеля (Н70М28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В) с высоким содержанием молибдена. Никелевые сплавы с молибденом обладают высокой стойкостью в горячих растворах серной и соляной кислот.

Наиболее высокую коррозионную стойкость эти сплавы приобретают после закалки с 1050–1100 °С. Структура сплавов – твердый раствор на основе никеля и избыточные карбиды типа М₆С и VС.

Рис. 12.1. Изменение электродного потенциала сплавов Fe–Cr
и коррозия сплавов в растворе азотной кислоты

В таблице 12.2 приведено основное назначение хромистых сталей.

Применение хромистых сталей

Марка	Класс стали	Назначение
12Х17	ферритный	Для изделий, работающих в окислительных средах, для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности, для теплообменного оборудования в энергомашиностроении
08Х18Т1
40Х13	мартенситный	Для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами
30Х13
20Х13	мартенсито-ферритный
08Х13

Применение хромоникелевых нержавеющих сталей

Марка	Класс стали	Назначение
12Х18Н9	аустенитный	Для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, и химической аппаратуры
10Х17Н13М3Т
20Х13Н4Г9	Для торгового и пищевого машиностроения
12Х17Г9АН4

Коррозионная сталь больше известна как нержавеющая. Она отличается высокой устойчивостью по отношению к коррозийным процессам. Подобное свойство железосодержащие сплавы получают, если к базовому химическому составу добавляют хром в большом количестве.

Что это такое и как производят?

Впервые о нержавейке заговорили два столетия назад. В 1820-21 гг. Майкл Фарадей и Пьер Бертье заметили, что сплав, состоящий из железа и хрома, обладает способностью сопротивляться агрессивным воздействиям. Однако на тот момент ученым еще не было известно о роли углерода, поэтому получить сплав с повышенной концентрацией хрома они не смогли. Только в 1912 г. немецкие инженеры освоили и запатентовали технологию производства нержавеющей стали и вскоре её начали использовать в производстве столовых приборов.

Коррозионностойкие стали представляют собой сплавы железа с углеродом. В них добавлены специальные легирующие компоненты.

Такой состав обеспечивает максимальную стойкость к окислительным процессам в самых разных атмосферных условиях, кислотно-щелочных, газовых средах, а также в соленой и пресной воде.

Основным элементом, обеспечивающим высокие антикоррозийные характеристики металла, является хром. Этот элемент сам по себе проявляет повышенную противоокислительную стойкость, а при введении в состав сплава образует на поверхности защитную пленку. Она препятствует взаимодействию металла и кислорода, сдерживая процессы окисления на поверхности и не давая им проникать внутрь.

Замечено, что концентрация хрома в пределах 10-30% существенно повышает защитные параметры материала и его способность сопротивляться средам разных типов:

при концентрации хрома от 12 до 16% железный сплав не ржавеет в слабоагрессивных средах и в воде;
если содержание хрома превышает 17%, то противокоррозионные характеристики проявляются также в агрессивных растворах — кислотных, щелочных и окислительных.

Стали с добавлением хрома являются одними из самых экономически выгодных, с точки зрения легирования и технологии производства, антикоррозийных сплавов. Такой металл отвечает всем предъявляемым требованиям и обладает неоспоримыми преимуществами:

способностью выдерживать воздействие пресной воды и отдельных сред;
сохранение структуры при высоких температурах;
некоторые сплавы проявляют хорошую свариваемость.

Для повышения противокоррозионных характеристик и укрепления кристаллической решетки металла в сплав вводят никель. Он способствует образованию прочных и твёрдых связей и усиливает защитные свойства хрома. Сплавы с повышенной долей никеля получили распространение в средах, где основной задачей является предотвращение межкристальной коррозии.

Кроме хрома и никеля, повышение противокоррозионных характеристик вызывает включение молибдена, кремния, меди, алюминия и марганца.

В качестве стабилизирующих компонентов в сплавы нередко вводят ниобий и титан — первый способствует повышению свариваемости, второй улучшает устойчивость к межкристаллическому окислению. При этом процентное соотношение титана, ниобия меди и прочих стабилизирующих элементов должно превышать концентрацию углерода. В противном случае загрязнённость неметаллическими включениями приведет к утрате пластичности сплава.

Характеристики

Нержавеющая сталь проявляет исключительно высокую устойчивость к неблагоприятному воздействию агрессивных сред и некоторых химических компонентов. Отдельно следует обозначить повышенные жаростойкие и жаропрочные характеристики продукции, возможность использования изделий из коррозионностойкой стали при критических температурах — как высоких, так и низких.

Любые нержавеющие сплавы с железом подчиняются химическому правилу.

Оно говорит о том, что при добавлении к металлу, малоустойчивому к коррозии, какого-либо иного металла, образующего с ним плотные твердые растворы, защита от ржавчины будет увеличиваться непропорционально, а скачками. Марки, содержащие никель, отличаются высокой свариваемостью. Некоторые типы хромоникелевых сталей проявляют магнитные характеристики.

В зависимости от структуры и типа сплава, доли углерода и концентрации легирующих примесей, коррозионностойкую сталь можно условно разделить на 4 группы:

аустенитные;
ферритные;
мартенситные;
комбинированные.

Подобная классификация является условной. В её основе лежит конечная структура металла, полученная методом постепенного охлаждения металла после нагрева его до предельных высоких температур.

Ферритные

К категории ферритов относят любые хромистые стали с повышенной концентрацией хрома — до 30% и низким содержанием углерода — не более 0,15%.

Такие сплавы проявляют выраженные ферромагнитные свойства, то есть могут намагничиваться вне пределов магнитного поля при эксплуатации в условиях предельно низких температур.

К преимуществам такой стали относят:

хорошую пластичность;
исключительную прочность;
деформируемость при холодной деформации;
подверженность термообработке отжигом;
повышенную стойкость к коррозии.

Такую сталь применяют для изготовления листовых профилированных изделий, а также трубопроката.

Мартенситные

Мартенсит — это определённая металлическая структура, которая становится результатом закалки металлического слитка с последующим отпуском. В этом случае закалку производят при нагреве до температурного уровня, превышающего критическую отметку.

Отпуск предполагает максимально быстрое охлаждение металла.

Такой процесс приводит к перестройке кристаллической решетки материала, на выходе он получается более твёрдым, прочным, упругим и жаростойким. Если при этом в состав вводится повышенное содержание углерода, то сплав приобретает исключительную стойкость к износу.

Аустенитные

Аустенитный сплав содержит максимально высокий процент хрома и никеля — на их долю приходится до 33%. Благодаря этому сталь можно использовать в расширенном спектре технологических процессов. Сплав такого типа обладает прочностью, пластичностью и хорошей свариваемостью на высоте, его отличает стойкость к электромагнитным воздействиям, резистентность к азотной кислоте и другим агрессивным средам, а также экологичность.

Аустенитная сталь относится к сложнообрабатываемым материалам, поэтому для облегчения работы с ней задействуют термические воздействия.

Отжиг осуществляют путем нагревания до 1200 гр. в течение 3-4 часов, после чего в водной среде, маслянистой жидкости либо на открытом воздухе происходит остывание. Такая техника позволяет повысить гибкость материала с параллельным уменьшением твердости.
Двойная закалка предусматривает нормализацию твёрдого металлического раствора при нагреве 1200 гр., вторичную закалку проводят уже при 1000 гр. На выходе сплав приобретает исключительную жаропрочность с одновременным ростом пластичности.

Комбинированные

Комбинированные составы объединяют в себе свойства нескольких типов сталей.

Аустенитно-ферритные — включают невысокий процент никеля, при этом на долю хрома приходится больше 20%. Легирование производится медью, а также ниобием и титаном. Такие сплавы легко выдерживают ударные нагрузки. Их отличает пластичность и стойкость к коррозии межкристаллического типа.

Аустенитно-мартенситные — содержат меньше хрома, от 12 до 18%, а никеля — от 3,5 до 7,5%. Укрепление производится путём закалки при температуре свыше 970 гр. и дальнейшим отпуском при 400-500 гр. Такие сплавы характеризуются высокой текучестью, проявляют высокую свариваемость.

Маркировка

Маркировка коррозионноустойчивых сталей включает набор буквенных и цифровых обозначений в соответствии с ГОСТ. Стандарт предполагает следующую схему, рассмотрим на примере стали 12Х15Г9:

12 — доля углерода, вычисленная в сотых долях, в данном случае она составляет 0,12%;
Х — основной легирующий компонент хром;
15 — доля основного легирующего компонента, округленная до целого значения;
Г — дополнительный легирующий элемент;
9 — доля дополнительных легирующих металлов, округленная до целого значения.

Применение

В наши дни известно свыше 50 марок коррозионно-стойких хромоникелевых сплавов. Из них изготавливают трубный и плоский прокат, арматуру, швеллеры, балки, уголки профиль.

Помимо этого, нержавеющая сталь нашла широкое применение в авто-, авиастроении, а также в энергетической области промышленности.

Аустенитные материалы получили широкое применение при изготовлении изделий, идущих под сварку и холодную штамповку. В частности, из них производят:

строительные резервуары;
трубы;
установки для нефтяных вышек и очистительных систем;
турбины и другие механизмы, эксплуатируемые в воде;
силовые агрегаты для энергетической отрасли;
детали для самолетов и автомобилей;
оборудование для пищевых продуктов;
фармакологическую и медицинскую технику;
сварные металлоконструкции;
метизы.

Примерами таких сплавов по ГОСТ являются такие.

12Х18Н10Т — сплав содержит добавки никеля и титана. Используется для изготовления оборудования для нужд химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
12Х18Н10Т — востребован при создании трубопроводов.
12Х15Г9НД — содержит никель, марганец и медь. Нашла своё применение в создании емкостей и трубопроводов, работающих с растворами умеренной агрессивности.

Мартенситная сталь востребована при производстве металлоизделий, предназначенных для работы в агрессивных средах в условиях низкой либо средней интенсивности.

Благодаря упругости, из нее производят пружины, а также фланцы и валы.

Такие составы нашли применение в производстве режущих поверхностей для пищевой и химической промышленности.

К мартенситным сталям относят:

20Х13, 30Х13 – используется для изготовления бытовой техники;
14Х17Н2 — состав с никелем, подходит для изготовления компрессоров и другого оборудования, эксплуатируемого при низкой температуре, а также в агрессивных средах.

Сплавы ферритной группы нашли применение в таких отраслях:

химическая и нефтехимическая сфера;
энергетика;
тяжёлое машино- и станкостроение;
приборостроение;
медицинская отрасль;
выпуск бытовой техники;
пищевая отрасль.

К ним относятся следующие типы стали:

08Х13 – используется для изготовления кухонной утвари;
12Х13 – подходит для хранения и транспортировки спиртосодержащих жидкостей;
12Х17– сплав с высокими жаропрочными характеристиками – в резервуарах, изготавливаемых из него, производят обработку продуктов питания на высоких температурах.

Обработка

Сварка любых противокоррозийных сталей имеет свои особенности. В первую очередь, при выполнении сварки необходимо предотвращать риск выгорания элементов и связанные с ним изменения химического состав. Из-за низкой теплопроводности сталей (до 50% от обычных) может возникать опасность перегрева участка сварки. Такой металл проявляет высокое удельное электрическое сопротивление.

Это значит, что под действием теплового расширения могут возникнуть деформации.

При ручной работе более востребована аргоно-дуговая сварка при помощи вольфрамовых неплавящихся электродов с подачей присадочной проволоки ручного типа. Чуть менее распространена полуавтоматическая сварка в среде защитного газа плавящимся электродом или сварка штучными электродами. При использовании автоматических технологий прибегают к сварке плавящимся или угольным электродом, при этом в качестве защитной среды используется углекислый газ либо аргон. Для сваривания тонких металлов предпочтение отдается электросварке в импульсном режиме. Газовая ацетилено-кислородная сварка коррозионных стали возможна, но в наши дни она практически не используется.

Повышение качества

Современная промышленность разработала много методов, позволяющих защитить металл от коррозии. В этом случае на поверхность изделия тонким слоем наносят металл, выполненный из коррозионностойкой стали с предварительным обезжириванием. Такое покрытие делает поверхность металлических изделий стойким к воде и агрессивным растворам.

Выделяют два варианта таких покрытий — анодное и катодное. Для железоуглеродистых сталей в качестве анодного покрытия используют цинк и кадмий. Во влажной среде они покрываются тонким слоем белой углекислой соли, создающей эффективную защиту от разрушительных процессов.

Цинковое покрытие используют для защиты труб, резервуаров и арматуры от действия горячих жидкостей и воды.

Наносить металлические покрытия можно разными способами.

Горячий метод — предполагает погружение изделия в расплавленный металл. После этого заготовку вынимают и охлаждают. Такая техника эффективна при устройстве покрытий на пищевых котлах, водопроводных трубах и кровельного железа.
Гальванизация — металлоизделия размещают в гальваническую ванну, где под воздействием переменного тока на поверхности возникает катодное осаждение пленки защищающего металла.

Создать покрытия также можно методом распыления расплавленного металла. Этот вид защиты востребован при обработке железнодорожных мостов и прочих крупных габаритных конструкций. В качестве основного защитного материала используют коррозионностойкие стали.

Коррозионностойкая сталь (нержавеющая) – это сталь, стойкая по отношению к коррозии. Такое свойство приобретает железосодержащий металл, когда к основному химическому элементу – Fe добавляют хром в значительном количестве. Получают сплав, характеризующийся новыми качествами, главным из которых является повышенная коррозионностойкость, то есть невосприимчивость к окислительным процессам, происходящем на воздухе или в других средах.

Поиском способов защиты стального материала от коррозии занимались давно, покрывая его различными составами и красками. Действительно эффективный способ был найден в 1913 году англичанином Г. Бреарли, который получил патент на изобретение стали с высоким содержанием хрома, что позволяло материалу сопротивляться процессам коррозии.

Химическая основа коррозионностойких сплавов

Нержавеющие сплавы железа основаны на правиле, в соответствии с которым при добавлении к неустойчивому к коррозии металлу другой металл, который образует с ним твердый раствор, то стойкость к процессам ржавления возрастает скачкообразно, а не пропорционально.

При наличии 13% хрома и выше сплавы не ржавеют в обычных условиях и в средах, которые принято относить к слабоагрессивными.
Если в составе хрома 17% и больше, коррозионностойкие качества проявляются в агрессивных окислительных, щелочных и др. растворах.

Химическая основа сопротивляемости коррозии заключается в образовании на поверхности предмета из нержавеющей стали пассивирующей пленки окислов благодаря хрому. Эта пленка не пропускает кислород и останавливает окислительные процессы от проникновения внутрь. Эффективность защиты зависит от состояния поверхности металла, отсутствия дефектов и внутренних напряжений в материале.

Элементы., которые сопутствуют железу в стальных сплавах: С – углерод, Si – кремний, Mn – марганец, S – сера, P – фосфор и другие

Легирование стали, то есть улучшение её физико-механических характеристик, проводится и другими химическими элементами, помимо Cr. К таким элементам относятся металлы различных групп.
В нормативной документации условные обозначения элементов даются на русском языке: Ni – никель (Н), Mn – марганец (Г), Ti – титан (Т), Co – кобальт (К), Mo – молибден (М), Cu – медь (Д).

Для стабилизации аустенитной структуры стали, то есть укрепления кристаллической решетки железа, добавляется никель. Прочность закрепляется добавками углерода. Устойчивость к перепадам температуры обеспечивается присадками титана. В особенно агрессивных средах, к примеру – кислотных, действуют сложнолегированные сплавы с присадками никеля, молибдена, меди и других компонентов.

Маркировка нержавеющих видов стали

В маркировке металлов используются буквы и цифры.

Существует российская классификация марок стали, которая используется в технических и нормативных документах. Параллельно бытует распространенная в мире группа стандартов, разработанных институтом Американским институтом стали и сплавов – AISI (American Iron and Steel Institute) для легированных и нержавеющих сталей.

Российские стандарты используют следующую схему. Для примера приведена аустенитная сталь 12Х15Г9

Элемент маркировки	Двузначное число	Буквы	Цифры	Буквы	Цифры
Что означает	Количество углерода – С в сотых долях процента	Легирующие элементы	Процентное содержание легирующих металлов (округленно до целого числа)	Легирующие элементы	Процентное содержание легирующих металлов (округленно до целого числа)
Пример	12	Х (Хром)	15 (15%)	Г (Марганец)	9 (9%)

В системе AISI материалы обозначаются тремя-четырьмя цифрами: две первые – группа сталей, две другие — среднее содержание углерода. Буквы могут находиться после второй цифры, впереди или за цифрами.

Примеры: 410, 410S, 1045.

Коррозионностойкая сталь — основные виды

Коррозионостойкие сплавы определяют по их способности противостоять под действием большого набора естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферных, подводной, грунтовой (подземной), щелочной, кислотной, солевой, среды блуждающих токов.
Стойкость проявляется к воздействиям химической, электрохимической, межкристаллитной коррозии.

Классификация нержавеющих сплавов регулируется нормативными документами ГОСТ, в которых описывается сталь в соответствии с производственными процессами и применением.

Сплавы делятся на несколько групп по критерию структуры. Они различаются по процентному содержанию углерода и составу легирующих компонентов. Эти соотношения определяют, где и каким образом может применяться тот или иной тип стали.

Ферритные
Мартенситные.
Аустенитные.
Комбинированные.

Ферритная группа

К группе ферритов относятся хромистые стали. Они маркируются литерой F. Стали с большим содержанием хрома — до 30%, и небольшим углерода – до 0,15%. Обладают ферромагнитными свойствами, то есть характеризуются намагниченностью за пределами магнитного поля при низкой критической температуре.

Для достижения оптимальных свойств регулируется и находится баланс между содержанием углерода и хрома.

Плюсы – высокая прочность и столь же высокая пластичность.

Хорошая деформируемость в условиях холодной деформации.
Высокая коррозийная стойкость.
Может подвергаться термообработке методом отжига.

Идет на производстве трубопроката, листовых и профилированных промежуточных и конечных изделий.

Химическая и нефтехимическая промышленность. Оборудование и конструкции для работы в кислотной и щелочной среде.
Тяжелое машиностроение.
Энергетика.
Приборостроение для промышленности.
Производство бытовой аппаратуры и приборов.
Пищевая промышленность.
Медицинская промышленность.

Примеры марок сталей по ГОСТ и их применения:

Сталь 08Х13 – ферритный хромистый сплав. Применяется для производства столовых приборов.

Сталь 12Х13 – ферритный хромистый сплав. Используется для хранения алкогольсодержащих продуктов.

Сталь 12Х17– ферритный хромистый жаропрочный сплав. В емкостях из него проводится высокотемпературная обработка пищевых продуктов.

Мартенситная группа

Под мартенситом понимается структура, которая получается в результате закалки заготовки или слитка металла с последующим отпуском. Закалка заключается в нагреве до температуры, которая превышает критическую, отпуск – последующее быстрое охлаждение металла.
В результате этого процесса перестраивается кристаллическая решетка, делая материал более твердым. Но может повыситься и хрупкость.

Такая процедура дает сплавы, в которых сочетаются

Высокая твердость.
Высокая прочность.
Хорошая упругость.
Устойчивость к коррозии.
Жаропрочность.

Если повысить содержание углерода в сплаве, увеличиваются качества твердости и устойчивости к изнашиванию.

Сталь предназначена для изготовления металлоизделий для функционирования в агрессивных средах средней и слабой интенсивности. Свойство упругости позволяет изготавливать такие компоненты оборудования, как пружины, фланцы, валы. Из мартенситной и мартенситно-ферритной комбинированной стали изготавливают режущие элементы — ножи для конструкций в химической промышленности, а также в пищевой.

Примеры марок сталей по ГОСТ и их применения:

Сталь 20Х13, 30Х13, 40Х13 – мартенситный сплав. Применяется в производстве кухонного оборудования.

Сталь 14Х17Н2 — мартенситно-ферритный комбинированный сплав, содержит никель. Используется для производства компрессоров, оборудования для эксплуатации в агрессивных средах и при пониженной температуре.

Аустенитная группа

Аустенитный класс нержавеющих сталей отличается химическим строением, внедрением атомов углерода в молекулярную решетку железа. Содержит большой процент хрома и никеля – до 33%. Это высоколегированные металлы. Немагнитность позволяет применять сплавы в широком спектре производственных процессов.

Пластичность в холодном и горячем состоянии.
Прочность.
Свариваемость на высоте.
Стойкость к агрессивным средам, пример которых — азотная кислота.
Экологическая чистота.
Устойчивость к электромагнитным излучениям.

Для получения стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, сталь легируют никелем, повышая его содержание до 9%. Легирование проводится титаном и ниобием для повышения устойчивости к межкристаллитной коррозии. Такие сплавы получили наименование стабилизированных.

Коррозионностойкие стали группы относятся к труднообрабатываемым металлам. Для облегчения работы с ними применяют методы термообработки: отжиг и двойную закалку.
Отжиг проводится нагреванием до 1200 гр. С около 3-х часов. Остывание проходит в воде или масляной жидкости, или на открытом воздухе. Таким способом повышается гибкость сплава за счет снижения твердости.
Двойная закалка предполагает процесс нормализации твердого раствора металла при температуре 1200 гр. С. Вторично закалка проходит при 1000 гр. С. Происходит увеличение пластичности и жаропрочности – устойчивости к высоким температурам.

Применение

Разнообразные емкости.
Строительные конструкции.
Трубы из коррозионностойкой стали.
Агрегаты для нефтехимии и химического производства.
Конструкции для нефтяных вышек, очистительных станций.
Механизмы, работающие под водой, такие как, турбины.
Силовые приборы в энергетической сфере.
Компоненты и агрегаты для автомобилей, самолетов.
Оборудование для продуктов питания.
Медицинская, фармакологическая аппаратура.
Элементы крепежа.
Сварные конструкции.
И другие виды продукции.

Примеры марок сталей по ГОСТ и их применения:

Сталь 12Х18Н10Т — высоколегированный хромистый сплав, с присадками никеля и титана. Из нее делают оборудование для нефтепереработки и химической промышленности.

Сталь 12Х18Н10Т — аустенитная хромистая сталь с присадкой никеля. Из нее изготавливаются трубопроводы для химической и пищевой индустрии с ограничениями по температуре.

Сталь 12Х15Г9НД — высоколегированный сплав, содержащий хром, марганец, никель, медь. Применяется в производстве трубопроводных систем и ёмкостей, работающих с органическими кислотами умеренной агрессивности

Комбинированные сплавы

Сочетают структуру и свойства аустенитно-мартенситной или аустенитно-ферритной категорий.

Аустенитно-ферритные стали содержат небольшое количество никеля, в них высокое содержание хрома (более 20%), легирование проводится ниобием, титаном, медью. После прохождения термической обработки отношение феррита и аустенита становится равновесным. Такие сплавы более прочные, чем аустенитные, отличаются пластичностью, устойчивостью к межкристаллической коррозии. Они хорошо выдерживают ударные нагрузки.

Аустенитно-мартенситная группа металлов с содержанием хрома в границах 12-18%, никеля в границах 3,7 -7,5%. Могут использоваться присадки алюминия. Упрочнение проводится закалкой при температуре более 975 гр. С, и последующим отпуском при температуре 450-500 гр. С. Они обладают повышенным показателем предела текучести: характеристики, которая указывает на напряжение, при котором рост деформации продолжается без роста нагрузки. Сплавы демонстрируют хорошую свариваемость и хорошие механические качества.

Типология сталей по хромовым и никелевым присадкам

Среди сталей коррозионностойкого ряда популярны хромистые и хромоникелевые.

Антикоррозионные железосодержащие материалы, в которых находится хром, иначе называют хромистыми сталями.

Теплоустойчивые мартенситные хромистые (Cr менее 10%).
Хромистые антикоррозийные. (Cr в составе не превышает 17%).
Антикоррозионные и сложнолегированные (Наличие Cr в границах 12-17%).
Хромо-азотистые и кислотоупорные ферритного типа (Состав Cr в границах между 16% и 17%).
Жаростойкие легированные: с добавками алюминия, молибдена, кремния и иных металлов.

Для хромистых сплавов в целях усиления пластичности и стабилизации кристаллической решетки применяются стабилизирующие элементы, которые снижают содержание углеродной составляющей.

Аустенитные с низким процентным показателем углерода и стабилизирующими элементами.
Кислотостойкие, содержащие присадочные металлы.
Жаропрочные, в составе которых процент никеля и хрома – свыше 20%.
Аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные с показателями никеля и хрома на среднем уровне.

Особенности производства коррозионностойких сталей

Все производственные процессы в металлургии регулируются нормативными документами ГОСТ и ТУ.

Это касается и металлов с антикоррозийными свойствами.

Максимальная твердость по шкале Бринелля (НБ). Этот метод подразумевает испытание с помощью вдавливания с использованием способа восстановленного отпечатка или невосстановленного отпечатка и определяется по таблице.
Относительное удлинение, измеряемое в %. Параметр определяет пластические свойства металла. Относительное удлинение – увеличение длины испытываемого образца после прохождения предела текучести до разрушения.
Предел текучести в Н/м2. Характеристика механических особенностей материала, связанных с напряжением, при котором деформация увеличивается, когда нагрузка закончилась. Единица измерения – паскаль или ньютон на м квадратный.
Сопротивление на разрыв или предел прочности в Н/м2. Максимальное значение напряжений материала перед тем, как он разрушится.
Допуска по отклонениям процентного отношения химических элементов в готовой продукции

Пределы процентного содержания химических элементов.
Нижний предел массовой доли отдельных легирующих компонентов, таких как марганец.
Процентное отношение вредных примесей цветных металлов: олова, свинца, висмута, сурьмы, кадмия, мышьяка и других.

Магнитные характеристики антикоррозионных сплавов

Параметр магнитности характерен для некоторых металлов. Он зависит от таких характеристик, как основная структура металла, состав и особенности сплавов.

Комбинации этих переменных предопределяют уровень магнитных характеристик.

Ферриты и мартенситы задают ферромагнитные характеристики сплавов. Они настолько же магнитные, как и углеродистая сталь. Магнитные виды материалов легко подвергаются сварке и штамповке, годятся для изготовления р инструментов с режущими поверхностями и столовых приборов.

Немагнитные сплавы – аустенитные и аустенитно-ферритные хромистых и марганцевых марок.

Отличаясь большой прочностью и коррозийной устойчивостью, широко применяются в строительной сфере и в разнообразных производственных процессах.

Коррозионностойкие и жаростойкие сплавы и стали используются при производстве ответственных деталей машин, аппаратов, приборов и технологического оборудования практически для всех отраслей промышленности. Главное общее свойство, присущее этим материалам – стойкость к разным видам коррозии в агрессивных средах и стабильность параметров при высоких температурах. Различаются они физико-механическими характеристиками, а также химическим составом, точнее, типом и объемом дополнительных химических элементов (легирующих добавок), введенных в базовую основу – железо или никель, которые и придают конечному материалу определенные качества.

Фланцы из коррозионностойкой стали

Классификация

Жаростойкие и коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют по ГОСТ 5632-72 исходя из их ключевых физико-механических свойств.

Коррозионностойкие стали и сплавы отличаются способностью противостоять коррозионным процессам под воздействием широкого спектра естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферной (в атмосфере воздуха, в условиях любого влажного газа), подводной, подземной (почвенной), щелочной, кислотной, солевой, под воздействием блуждающего тока и т.д. Окалиностойкие жаростойкие сплавы обладают долговременной стойкостью к химическому и электрохимическому разрушению (окислению) поверхности в агрессивных газообразных средах при температурах свыше 500-550°С, при работе без высоких нагрузок.

Легирование

Формирование специальных свойств коррозионно - и жаростойких сплавов и сталей производится способом легирования. Осуществляется легирование путем введения определенного количества хрома (Cr) и/или никеля (Ni) в расплав базового металла. У некоторых типов сталей и сплавов допускается наличие дополнительных легирующих, а также незначительного количества случайно попавших элементов, но никель и хром в их составе всегда имеет наибольшую массовую долю в соотношении к остальным примесям и добавкам.

Химический состав коррозионностойких сталей и сплавов

Бак из коррозионностойкой стали

Свойства коррозионностойких сталей и сплавов

Когда сплав обогащается хромом в объеме свыше 13%, то в сочетании с другими легирующими компонентами получается прочная нержавеющая сталь с повышенными коррозионно - и жаростойкими свойствами, а также с высокой устойчивостью к воздействию кислот и т.п. Например, коррозионностойкая сталь марки 08Х18Н10 может эксплуатироваться в средах средней агрессивности при температурах до 600°С. Жаростойкость сталей марки 36Х18Н25С2 и 15Х6СЮ достигает 800°С, марки 12Х17 – 900°С, а нержавеющая сталь марки 15Х25Т способна сохранять устойчивость к коррозии (окалиностойкость) при температуре в 1100°С (кратковременно).

Химический состав жаростойких сплавов

В отличие от коррозионностойких сталей, изготавливаемых на основе железа с легированием хромом и никелем, жаростойкие сплавы производятся на основе никеля. Именно большая массовая доля никеля (не менее 55%), температура плавления которого равна 1455°С, обеспечивает сплавам защиту от коррозии и физическую стабильность при работе в различных средах при очень высоких температурах. Чтобы увеличить и без того высокую жаропрочность сплава, никель легируется хромом (15-23%) и в незначительном объеме (1-5%) обогащается тугоплавкими металлами (кремний, молибден, титан, марганец, вольфрам, тантал, ниобий и др.) с температурой плавления выше 1700°С. Для экономии дорогостоящего никеля в состав некоторых марок сплава вводят железо (до 25%).

Свойства жаростойких сплавов

Одним из наиболее распространенных жаростойких сплавов на основе никеля является нихром, который по своим свойствам превосходит лучшие жаропрочные стали. В данном случае речь идет именно о жаростойкости (жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах) нихрома, которую не следует путать с жаропрочностью (жаропрочность - способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени). В отличие от коррозионностойкой нержавеющей стали, нихромы не имеют достаточной механической прочности, чтобы в течение продолжительного времени работать в нагруженном состоянии, из них нельзя штамповать или точить детали, зато они чрезвычайно жаростойки и пластичны, поэтому отлично подходят для производства большого спектра высокоэффективных нагревательных элементов.

К примеру, 60-процентная массовая доля никеля в составе нихрома марки ХН60Ю обеспечивает ему возможность длительной работы в агрессивной окислительной среде (в азоте, аммиаке и др.) при рабочей температуре до 1150°С, а температура плавления этого материала составляет 1390°С. В свою очередь рабочая температура нихрома марки Х20Н80 достигает 1250°С. Здесь следует заострить внимание на том, что никелевые жаростойкие сплавы чаще всего производят в виде полуфабрикатов - проволоки и ленты, поэтому рабочая температура детали из нихрома будет зависеть еще и от диаметра проволоки или сечения ленты.

Стоимость жаро- и коррозионностойких сталей и сплавов

Поскольку коррозионностойкие стали и жаростойкие сплавы в плане их применения имеют мало точек пересечения, т.к. каждый материал обладает своей специфической нишей, сравнивать стоимость материалов было бы не совсем корректно. И, тем не менее, для полноты и объективности данного обзора отметим, что килограмм обыкновенной коррозионностойкой стали аустенитного класса стоит в 20 раз дешевле килограмма жаростойкого сплава. Такое положение дел обусловлено дефицитом и высокой стоимостью никеля. Несмотря на это жаростойкие сплавы пользуются неизменным и стабильным спросом на рынке, оставаясь незаменимыми во многих сферах, тем более, что их ближайшие аналоги, например, кобальтовые сплавы, стоят еще дороже, причем настолько, что их используют только в исключительных случаях.

Области применения

Количество жаростойких изделий, для производства которых применяется коррозионностойкая нержавеющая сталь сложно перечислить в рамках одной статьи. В их числе элементы аппаратов и сосудов для кислот, щелочей и солевых растворов различной концентрации, арматура, теплообменники и трубы, предназначенные для работы в условиях слабоагрессивных сред, детали и корпуса пищевого и химического оборудования, печей, турбин, двигателей машин, самолетов. Разумеется, нержавеющая сталь незаменима при изготовлении посуды и медицинских биксов (стерилизационных емкостей).

Реактор для химической промышленности

Сфера использования сплавов на основе никеля (нихромов) обусловлена не только их уникальной коррозионной и жаростойкостью, устойчивостью к большому спектру химических воздействий (окислению), но и высокой пластичностью. Из нихромовой проволоки изготавливают нагревательные элементы для лабораторных и промышленных печей, реостатов, сушильных аппаратов, электротермического и кухонного оборудования (в том числе бытового), резисторы, нити электронных сигарет и многое другое.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Электрохимическая коррозия также включает атмосферную коррозию и коррозию почвы. Существует несколько видов электрохимической коррозии. Если металл однороден (например, однородный твердый раствор), то наблюдается равномерная коррозия, которая протекает примерно с одинаковой скоростью по всей поверхности metal. In наиболее распространенный случай разнородных металлов, коррозия по своей сути является локальной и охватывает только некоторые участки поверхности. Эта локализованная или локализованная эрозия, в свою очередь, делится на питтинги, пятнистости и изъязвления.

Центр корозии пятна и центр питтинга концентраторы напряжений. Наиболее опасен так называемый интеркруральный Райт corrosion. Людмила Фирмаль

It распространяется вдоль границ зерен из-за его низкого электрохимического потенциала. Коррозия без заметных внешних признаков быстро протекает по границам зерен материала, резко снижая его механические свойства. Сталь, подверженная межкристаллитной коррозии, теряет металлический звук и при изгибе может растрескаться вдоль границ зерен при коррозионном разрушении металла point. In кроме того, различают коррозию при напряжениях, возникающих при одновременном действии коррозионной среды и растягивающих напряжений. Это коррозионное изменение представляет собой образование в металле мелкой сети трещин, которые проходят через объем зерна при воздействии агрессивных сред и напряжений, т. е. коррозионное растрескивание.

Сталь, устойчивая к газовой коррозии при высоких температурах (55°C и выше), называется окалиностойкой. Сталь, которая устойчива к электрохимической коррозии, называется коррозионно-стойкой (нержавеющей). повышение стойкости стали к коррозии достигается введением элементов, которые плотно связывают основной металл и образуют защитную пленку, препятствующую контакту стали с внешней агрессивной средой environments. It также повышается электрохимический потенциал стали в различных агрессивных средах. При введении в сталь преимущественно хрома достигается повышение окалины сопротивления. Алюминий или кремний, т. е. в твердом растворе, является элементом, который образует защитную пленку из (Cr, Fe) 2o3 и (Al, Fe) 2o3 оксида при нагревании. Введение 5-8% Cr в сталь увеличивает сопротивление окалины до 700-750°C.

При увеличении содержания St до 15-17% сталь приобретает сопротивление окалины до 950-1000°C, а при введении 25% Cg сталь приобретает сопротивление окалины до 1100°C. Легирование стали, содержащей 5% алюминия Cr в количестве 25% увеличивает сопротивление окалины до 1300°C. сопротивление окалины зависит от состава стали, а не structure. In в связи с этим окалиностойкость (термостойкость) ферритных и аустенитных сталей, содержащих одинаковое количество хрома, практически одинакова. Состав стали для того чтобы выдержать электрохимическую корозию установлен согласно окружающей среде цели. Эти стали могут быть классифицированы на 2 основных класса: феррит после охлаждения на воздухе, мартенситный феррит (10% или более), или аустенит / мартенситный феррит, или аустенитный феррит (10% феррит).Структура.

Хром-стойкие стали. При введении в сталь 12-14% Cr электрохимический потенциал становится положительным и она приобретает устойчивость к коррозии в атмосфере, в морской воде(пресной воде), во многих кислотах, солях и щелочах. Более широко используются хромистые стали 12×13, 20×13, 30Х13 и 40Х13 (ГОСТ 5632-72) с содержанием 0,12〜0,4% C и 12-14% Cr и низкоуглеродистые (^0,12 ~ 0,15% C).Сталь 12Х17 и 15Х28, 17 и 28%Cg. (ГОСТ 5632-72). Структурная схема (равновесное состояние) системы Fe-C-Cr и расположение состава различных марок хромисто-коррозионностойкой стали приведены на рисунке. 158.Равновесная сталь 12×13 представляет собой полуферрит, закаленный при высоких температурах в масле или на воздухе, а затем подвергнутый мартенситно-ферритовой структуре. Равновесные стали 20×13 и 30Х13 являются гиперэвтекулами,

После охлаждения на воздухе стали 20×13, 30Х13 и 40Х13 имеют мартенситную структуру. То есть он относится к классу мартенсита. Сталь обладает наибольшей коррозионной стойкостью только тогда, когда все содержание хрома в стали занято твердым веществом solution. In в этом случае на поверхности образуется плотная защитная оксидная пленка типа Cr2O3. Рисунок 158.Система А состав ее-C-Cr и коррозионностойкая Сталь: 1-ферритная. 2-полу-феррит; 3-ledebrite; 4-hypereutecretion; — 5-hypereutecretion Увеличение содержания углерода, приводящее к образованию 292 карбидов, уменьшает количество хрома в твердом растворе, образуя 2-фазную структуру, тем самым снижая коррозионную стойкость стали, повышая ее хрупкость.

Коррозионная устойчивость стали увеличена термической обработкой. То есть закалка и высокотемпературный отпуск, а также создание полированных и полированных поверхностей. 。。 Стали 12×13 и 20×13 применяются при изготовлении деталей с повышенной пластичностью, которые подвергаются ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы быта), а также изделий, подвергающихся действию слабоагрессивной среды (атмосферные осадки, водный раствор солей органических кислот и др.).Они закалены в масле 1000-1100 ° и закалены при высокой температуре 700-775 ° С, после чего карбиды присутствуют в виде более крупных частиц. Польза низкой температуры произвести малые частицы карбида, повышает корозию.

Ферритовые стали 15Х25Т и 15Х28 чаще всего используются без термической обработки для изготовления сварных деталей, которые работают в более жестких условиях и не подвергаются ударным нагрузкам при рабочей температуре не менее 20 С. Нагрев при температурах выше 850°с (например, при сварке) сопровождается охрупчиванием стали. Сталь не подвергается y превращению, поэтому невозможно измельчить зерно путем термообработки для повышения его пластичности. Сварные конструкции из стали 15Х28 подвержены межкристаллитной коррозии. Этот вид коррозии связан с истощением твердых растворов хрома в местах прилегающих к границам зерен в результате образования хрома Carbide. To повышая ее стойкость к межзеренной коррозии и измельчению зерна, сталь легируют титаном в количестве не менее 5 раз (15Х25Т) с содержанием углерода.

Титан связывается с углеродом и исключает возможность образования карбидов хрома и, следовательно, истощения хрома в феррите. Ферритные стали, содержащие 25-30% Cr, уязвимы к длительному нагреву до 450-5 ° C из-за образования o-фазовых осадков(см. рис.88, а). 293 рис. 159.Схема Psvlobiarpa государства раздел 18% CR и 8% NI в ФК-хромоникелевых аустенитная сталь. Эти стали, обычно легированные хромом и никелем (или марганцем), имеют аустенитную структуру, низкий предел текучести, умеренную прочность, высокую пластичность и отличную коррозионную стойкость в окислительной среде после охлаждения до комнатной температуры. Они становятся парамагнитными.

Прочность на растяжение (60-70%) после холодной деформации может увеличиться до 120-130 кг / мм2, но относительное удлинение уменьшится до 4-5%.Упрочнение в процессе холодной деформации связано с упрочнением и возникновением мартенситных превращений. Чем ниже стабильность аустенита, тем сильнее превращение аустенита в мартенсит(мартенситная деформация) при холодной деформации. Сталь хорошо сваривается и штампуется точечной сваркой. Например, нагрев стали, закаленной до 550-750°С, во время сварки склонен к хрупкости. Межкристаллитная коррозия. Это связано с тем, что карбид хрома M23C6 осаждается в пограничной зоне, и обеднение этих аустенитных зон происходит в хроме с меньшим его пределом (то есть на 12%).для уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии

Титан (почти не ниобий) вводят в состав стали в количестве (5 с-0,7).С — содержание углерода в стали (12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т). в этом случае образуются карбиды МС(TiC, NbC), которые объединяют весь углерод, а хром остается в solution. To повышается стабильность аустенита, количество никеля в этих сталях увеличивается до 10-12%.Сталь 12Х18Н10Т наиболее широко применяется для работы в окислительных средах (таких как азотная кислота). Низкоуглеродистые аустенитные стали обладают высокой межзеренной коррозионной стойкостью, отличной пластичностью и свариваемостью. 29404X18H10 и 03X18H12.Низкоуглеродистая сталь устойчива в азотной кислоте и других агрессивных средах, широко используется в производстве химического оборудования. Хромо-никелевая коррозионностойкая сталь expensive. In в связи с этим в ряде случаев используется дешевая сталь, в которой часть никеля заменяется марганцем.

Экономично легированная (никелевая) сталь 10×14г14н4т рекомендуется в качестве альтернативы стали 12×18н1от для изделий, работающих в слабозагрязненных средах (органические кислоты, соли, щелочи) и при температурах до −196°С. Хром никелевой коррозионностойкой стали 08Х18Н10, 04X18H10 и т. д. широко использованы в технологии низкой температуры для транспорта и хранения жидкостного газа, раковины топливного бака для ракеты, бака для хранения жидкостного топлива, ЕТК. город с аустенитными сталями. Окей.- решетка сохраняет высокую вязкость и пластичность при высоких температурах и поэтому не склонна к хрупкому разрушению.

Никелевые сплавы, содержащие молибден (20-30%), называемые Hastelloy (H60M20, H60M27), очень стабильны в серной кислоте, особенно в соляной кислоте. Однако, после нагрева сплава при 600-850°С, он склонен к межкристаллитной коррозии. Легирование этих сплавов ниобием и ванадием снижает склонность к межкристаллитной коррозии.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Читайте также: