|
| |
|
Главная Промышленность ТАБЛИЦА 14.3. Свойства закаленных коррозионно-стойких сталей аустенитного класса
полнительное легирование молибденом (табл. 14.3). В водяном паре при больших давлениях и повышенных температурах хромоникелевые стали подвержены коррозионному растрескиванию. Большим достоинством хромоникелевых сталей аустенитного класса является хорошая технологичность в отношении обработки давлением и сварки, что определило возможность использования их как конструкционного материала. Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода, хрома и никеля (рис. 14.6). Сталь с содержанием углерода 0,1 % в результате медленного охлаждения приобретает многофазную структуру аустенита с небольшим количеством феррита и карбидов А-\-Ф + К. Такая многофазная структура не обеспечивает хорошей коррозионной стойкости и пластичности. И то и другое можно получить закалкой стали из однофазной аустенитной области. Быстрое охлаждение в воде фиксирует структуру, которая была при нагреве, так как полиморфное превращение не успевает пройти, а избыточные фазы вьщелиться. Однофазное закаленное состояние, при котором весь хром находится в твердом растворе, обеспечивает стали максимальную коррозионную стойкость в окислительных средах. Такая структура придает сталям наилучшую пластичность (ав= 500- 600 МПа; 8 = = 35-f-45%), что позволяет подвергать их холодной пластической деформации, в процессе которой они хорошо наклёпываются и упрочняются, несколько теряя при этом в коррозионной стойкости (рис. 14.7). При нагреве закаленной стали аустенит, согласно приведенной диаграмме на рис. 14.6, распадается с вьщелением по границам мелкодисперсных карбидов хрома, в результате чего границы обедняются хромом. При сплошном обеднении границы становятся анодами. Коррозионное разрушение приобретает  О W hO 30 % Степень об/катил Рис. 14.7. Влияние пластической деформации на механические свойства стали 12Х18Н10Т опасный межкристаллитный характер. Склонность к межкристаллитной коррозии в аустенитных сталях появляется после нагрева при определенных температурах и выдержках в процессе обработки или в условиях эксплуатации. Все способы борьбы с появлением склонности к межкристаллитной коррозии направлены на предотвращение выделений хрома из аустенита. С этой целью уменьшают содержание углерода в стали либо вводят более сильный карбидообразующий элемент, который связывает весь углерод в карбид, а хром остается в твердом растворе. К таким элементам относятся титан, содержание которого должно более чем в 5 раз превышать содержание углерода, а также ниобий. Стали 04X18Н10, 08Х18Н10 и 12Х18Н10Т вследствие малого содержания углерода или дополнительного легирования титаном не склонны к межкристаллитной коррозии. Такие стали называют стабилизированными. Сталь 17Х18Н9 склонна к межкристаллитной коррозии, поэтому после закалки ее нельзя нагревать выше 400 °С, в частности, нельзя сваривать. Эти стали поставляют в закаленном, а также наклепанном состоянии с = = 1000-1200 МПа и 5 = 20-10%. Более дешевыми являются коррозионно-стойкие аустенитные стали, в которых дефицитный никель частично или полностью заменен марганцем и азотом (см. табл. 14.3). В результате закалки они приобретают однофазную аустенитную структуру и не уступают по коррозионной стойкости хромоникелевым сталям. Стали, не содержащие титан, склонны к межкристаллитной коррозии. Аустенитные хромоникелевые и хро-момарганцевые стали широко используют в конструкциях, изготовляемых из листовой стали штамповкой и сваркой (вакуумные камеры, оболочки, емкости, трубопроводы и т. п.), в самолето-, машино-, приборо- и судостроении, химической промышленности и др. Коррозионно-стойкие покрытия. Металлические и неметаллические коррозионно-стойкие покрытия являются распространенным средством повышения долговечности изделий при работе в коррозионной среде. Металлические покрытия по механизму своего влияния делят на катодные и анодные. Катодные покрытия изготовляют из более электроположительного металла. Они экранируют анодные участки металла и повышают электродный потенциал поверхности. Вследствие высокой коррозионной стойкости они долговечны, но не выносят механических повреждений. Если есть царапины, то основной металл при наличии покрытия-второго катода корродирует быстрее, нежели без покрытия. Покрытия свинцом или оловом (лужение) для железа и низкоуглеродистой стали являются катодными. Свинец и олово более электроположительные металлы, чем железо в атмосфере воздуха, неорганических и органических не-окисляющих кислотах. Луженую сталь применяют в пищевой промышленности, а покрытие свинпом-в химической промышленности. Анодные покрытия изготовляют из более электроотрицательного металла. Разрушаясь, он предохраняет металл от коррозии. При механических повреждениях такое покрытие выполняет роль дополнительного более электроотрицательного анода, который забирает большую долю коррозионного тока и тем самым защищает основной анод. Анодные покрытия применяют при атмосферной и морской коррозии. Например, анодными для железа и углеродистых сталей являются покрытия цинком или кадмием. Неметаллические покрытия представляют собой вещества с ионным или молекулярным типом связи, являющимися по своим электрическим свойствам диэлектриками или полупроводниками. Вследствие большого омического со- противления электрохимическая коррозия в них не развивается [см. формулу (14.6)]. Ионным типом связи обладают покрытия из оксидов, создаваемые на сталях при нагреве на воздухе или при анодировании алюминия. Высокомолекулярные соединения входят в состав покрытий из лаков, фторопластов, а также совместно с оксидами в состав красок и эмалей. Неметаллические высокомолеку- лярные покрытия во многих случаях легко отслаиваются, хрупки и разрушаются при относительно небольших нагрузках. В некоторых случаях предпочитают изготовлять детали и элементы целиком из полимеров и пластмасс, что обеспечивает конструкции долговечность в эксплуатации. 14.2. Жаростойкие материалы Конструкционные металлические материалы в процессе обработки и эксплуатации при нагреве в коррозионно-активных средах подвергаются химической коррозии и разрушению. Химическая коррозия. Она развивается в сухих газах или жидких неэлектролитах. В большинстве случаев это кис-лородосодержащие газы: сухой воздух, углекислый газ, сухой водяной пар и чистый кислород. При химической коррозии поверхность металла окисляется. Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газа при высоких температурах называют жаростойкостью. Окисление включает несколько последовательно идущих этапов. Первым из них является адсорбция молекул кислорода из газовой фазы поверхностными атомами металла. При адсорбции выделяется теплота, которая вызывает диссоциацию молекул кислорода на атомы. Этот процесс сопровождается перераспределением электронов и ионизацией атомов: поверхностные атомы металла окисляются - теряют электроны (14.7); атомы кислорода восстанавливаются - захватывают электроны (14.8). МеМе+ + 2е; 0 + 2е0-; Ме+ -1-О-МеО. (14.7) (14.8) (14.9) Процесс окисления заканчивается химическим взаимодействием ионов (14.9) с образованием на поверхности кристаллических продуктов химической реакции, которые затрудняют дальнейщее окисление, оказывая тем самым защитное действие. Возможность самопроизвольного окисления определяется знаком изменения стандартного термодинамического потенциала реакции (14.9) при данной температуре (химическое сродство к кислороду) AGj. Если ДС < О, то окисление возможно. Приведенные ниже значения ДСу- показывают, что золото и серебро при температуре 298 К не окисляются. В сплавах, содержащих хром и никель, более вероятно образование оксидов хрома. Оксид .... AU2O AgjO NiO СГ2О3 AG9g, кДж/моль +3 +1,2 -24,1 -40.5 Скорость окисления зависит от защитных свойств образовавшихся поверхностных оксидов. Защитными свойствами обладают только плотные оксиды, имеющие коэффициент объема ф* в пределах 1,0 - 2,5. При ф < 1 оксид рыхлый, а поэтому доступ кислорода к поверхности металла остается свободным. При отнощении ф > 2,5 оксид под влиянием больших внутренних напряжений, возникающих вследствие большой разницы объемов оксида и металла, растрескивается и осыпается с поверхности металла, которая вновь окисляется. Пленки, образующиеся на поверхности металла при температуре 25 "С и называемые природными, обладают очень хорошими защитными свойствами, несмотря на малую толщину (3-10 нм). Эти не видимые глазом плотные пленки покрывают поверхность металла сплошным слоем. Кристаллографическая решетка таких оксидов подобна решетке металла. При нагреве растет толщина оксида и изменяется его кристаллографическая структура: решетка оксида, непосредственно прилегающего к металлу, отличается от решетки * ф равно отнонлению объемов моля оксида к грамм-атому металла. 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 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
