Высоконикелевые коррозионностойкие стали

Коррозия представляет собой разрушающее металл явление, которое имеет электрохимическую природу и может быть нескольких видов.

Общая коррозия равномерно распределяется по всей поверхности деталей, при этом происходит значительная потеря их веса. Этот вид коррозии часто встречается в кислых средах. Снижение содержания углерода в нержавеющей стали улучшает стойкость против общей коррозии, в то время как добавка 2-3% молибдена резко повышает коррозионную стойкость в кислотах.

Точечная коррозия — локальное глубокое разъедание металла, которое связывают с разрушением в этом месте защитного слоя окисла хрома. Это разрушение может быть вызвано как химической причиной (воздействие хлоридов железа, меди или натрия), так и механической (удар, дислокация). Нержавеющие стали с молибденом значительно лучше сопротивляются коррозии этого вида. Гладкая и чистая поверхность, а также исключение застойных зон в контактирующей с металлом жидкости способствуют стойкости против точечной коррозии.

Контактная коррозия возникает в результате электрического взаимодействия двух различных металлов в проводящей среде (электролите). Все металлы имеют различные относительные потенциалы, и чем они ближе, тем меньше коррозия.

Наиболее важным случаем избирательной коррозии является межкристаллитная, которая преимущественно поражает среднеуглеродистые хромоникелевые стали после нагрева до 450-800°С. Это явление объясняет выделение железо-хромистых карбидов по границам зерен. Соседние с границами зоны обеднены хромом и менее устойчивы против коррозии, чем остальной металл. Наилучшим способом уменьшения межкристаллитной коррозии является снижение содержания углерода (меньше 0,03%). Термическая обработка при 1050-1100°С с последующей закалкой в воде переводит карбиды в твердый раствор и позволяет предупредить коррозию этого вида. Этот же результат достигается стабилизацией углерода другими легирующими (титан, ниобий, тантал), образующими более стойкие карбиды, чем хром.

Коррозионное растрескивание под напряжением встречается в сталях, где после сварки или при эксплуатации имеются значительные напряжения. Оно проявляется в виде сетки трещин, как интеркристаллитных, так и интракристаллитных. Чаще всего причиной коррозии этого вида являются ионы хлора. Мартенситные и ферритные стали обладают лучшей коррозионной стойкостью под напряжением, чем аустенитные. 

Физические и механические характеристики неокисляющихся металлов существенно меняются в зависимости от их структуры, которая как и коррозионная стойкость зависит от состава металла. Среди элементов, которые способствуют образованию аустенита,— углерод, никель, марганец, азот. Хром, молибден, кремний и ниобий благоприятствуют появлению феррита. Различные авторы количественно оценивали влияние элементов на структуру. Так, Шеффлер построил структурную диаграмму, исходя из значений никелевого (по оси ординат) и хромового (по оси абсцисс) эквивалентов (рис. 1). Диаграмма Де Лонга (рис. 2) дополняет диаграмму Шеффлера, учитывая влияние азота. Диаграмма Бистрома дает различные зоны и их свойства.

Аустенитные стали содержат 12-26% хрома и 9-35% никеля и являются немагнитными. В табл. 1 представлены обозначения, а в табл. 2 — составы наиболее часто используемых аустенитных сталей. Легирование никелем в количестве более 9% обеспечивает стали высокую технологичность в сочетании с комплексом высоких служебных свойств. Это дает возможность использовать эти стали в качестве коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и криогенных материалов. Купить нержавеющую сталь листовую, обладающую этими свойствами всегда можно в компании «БНС».

Таблица 1

Таблица 2

Стали 12-17X18Н9 применяют, в основном, в виде листов для тонкостенных сварных конструкций. Стали 12Х18Н10Т и 08X18Н10Т (ЭИ914) используют в качестве материалов, работающих в контакте с азотной, уксусной и фосфорной кислотами и другими средами окислительного характера, с растворами щелочей и солей. Из них изготавливают емкостное, теплообменное и реакционное оборудование. Стали 03X18Н11 и 08X18Н12Б (ЭИ 402) применяют в различном сварном оборудовании для службы в азотной кислоте и аммиачной селитре. Последняя сталь обладает более высокой стойкостью против ножевой коррозии по сравнению со сталями типа 12Х18Н10Т.

Стали 08X17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т (ЭИ 448), 10X17H13M3T (ЭИ 432), 08Х17Н15МЗТ (ЭИ 580) используют в сварных конструкциях, работающих в условиях воздействия фосфорной, муравьиной, уксусной и других кислот.

Сплавы 06ХН28МДТ (ЭИ 943) и 0ЗХН28МДТ (ЭП 516) применяют для изготовления оборудования в производстве серной кислоты всех концентраций до 100°С, нитрофоски, экстракционной фосфорной кислоты и других производств для сред повышенной агрессивности.

Повышенное содержание никеля в этих сталях, свыше 9%, резко меняет фазовый состав и структуру металла, улучшает жаропрочность и коррозионную стойкость. Введение молибдена в аустенитную хромоникелевую основу повышает жаропрочность и улучшает коррозионную стойкость, способствует образованию при высоких температурах нагрева δ-феррита. Аустенитные стали не упрочняются закалкой. Пластическая деформация вызывает повышение предела прочности при растяжении, предела текучести и твердости. Этот наклеп может быть устранен термической обработкой, заключающейся в закалке с высокой температуры (нагрев до 1050-1100°С и резкое охлаждение).

У сталей с 13% Ni при введении в них 2-3% Мо после нагрева до 1200-1250°С в структуре наблюдается до 15-20% δ-феррита. При выдержке в интервале 600-750°С участки δ-феррита являются местами образования σ-фазы, что приводит к снижению ударной вязкости. Увеличение содержания никеля до 15% позволяет иметь чисто аустенитную структуру (сталь 08X17Н15МЗТ). Заготовки из аустенитных сталей изготавливают как в соответствии с Г ОСТ, так и техническими условиями (табл. 3).

Таблица 3

Механические свойства этой группы марок стали имеют достаточно широкий диапазон значений: предел прочности 550- 700 Н/мм2 (МПа), предел текучести 200-350 Н/мм2 (МПа), удлинение 40-55%, ударная вязкость по Шарпи — 200-300 Дж/см2. В табл.4 приведены механические свойства стали 08Х18Н10Т при 20°С в различных состояниях, а в табл.5 — при пониженных и повышенных температурах.

Таблица 4

Таблица 5

Аустенитные стали, как правило, значительно более устойчивы против коррозии, чем ферритные и мартенситные. Стойкость против коррозии различных видов достигается чаще всего добавкой различных элементов (например, молибдена, титана, ниобия и др.). Вместе с тем, они обладают низкой стойкостью против коррозии под действием сернистого газа. Эти стали характеризуются также отличным сопротивлением ползучести и окислению при высоких температурах.

Аустенитные стали легко свариваются всеми видами ручной и автоматической сварки. Следует отметить, что чисто аустенитные стали чувствительны к растрескиванию в горячем состоянии. Присутствие даже незначительного количества феррита (до 4-5%) ослабляет эту чувствительность. Это обусловлено тем, что некоторые элементы, которые образуют по границам зерен пленки с низкой температурой плавления, растворяются предпочтительно в ферритной фазе.

Литвак В.А., Белокопытов Н.П.

Информационно-справочное издание «Балтийские металлы» сентябрь-октябрь 1998, № 4(4)