Легирование легкопассивирующимися компонентами

<38 394041 42 43 44 >

Многие металлы в определённых окислительных условиях могут быть переведены в пассивное состояние, однако наиболее сильно это выражено у титана, хрома, никеля, железа, магния. Наиболее ярко это проявляется в окислителях - азотной кислоте и сильно аэрируемых растворах. При легировании менее пассивирующихся металлов более пассивирующимися, пассивируемость образованного сплава приближается или выходит на уровень легирующего компонента. Примером может служить легирование железа хромом - получение хромистых нержавеющих сталей, железа - кремнием (получение кислотостойких высококремнистых чугунов), никеля - хромом (сплавы типа нихромов и инконелей). Во всех этих случаях резкое повышение склонности к пассивированию наблюдается тогда, когда атомная доля хрома в сплаве станет кратной 1/8, например, для хромистых сталей это достигается при содержании в сплаве около 12,5; 25; 37,5 ат. %, т.е. около 11,8; 23,7 и 35,8 вес % хрома (рис. 5.2). Так, хромистая сталь считается нержавеющей, если в её составе находится не менее 12,5 ат. % хрома.

Рис. 5.2. Коррозия литых Fe-Cr сплавов в 85% H₃PO₄, 90°С, 120 ч.

Некоторые коррозионностойкие стали приведены в табл 5.1.

Таблица 5.1.

Класс стали	Марки	Основные области применения, характерные свойства
Ферритный	08Х13	Вода, пар, атмосферные условия
12Х17, 08Х17Т	Окислительные кислоты (азотная и др.), щелочи
08Х18Т	Бытовые приборы пищевой и легкой промышленности
15Х28	Растворы окислительных кислот (HNO₃ и др.), щелочи
Мартенситный	20Х13	Слабоагрессивные среды (пар, вода: водные растворы солей, органические кислоты)
30Х13, 40Х13, 95Х18	Режущие, измерительные и хирургические инструменты, пружины, подшипники
Мартенситно-ферритный	40Х15, 12Х13	Пар, вода, твердые износостойкие детали, хирургические инструменты, кольца, шарикоподшипники
70Х28	Отливки с повышенной КС; хорошие литейные свойства
10Х29, 40Х28Н4	Химическая промышленность, в частности для HNO₃ и органических кислот; высокое сопротивление истиранию
Аустенитный	Хромоникелевые стали	Химическая и нефтехимическая промышленность; сварные конструкции, контактирующие с HNO₃ и другими окислительными средами, органическими кислотами средних концентраций, органическими растворителями, в атмосферных условиях. Жаростойкие и жаропрочные, используются в криогенной технике
08Х18Н10Т, 08Х18Н12Б, 03Х18Н11	По коррозионным и технологическим свойствам близки к сталям 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т, но сварные соединения более стойки к НК и МКК
08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т	Сварные конструкции, работающие условиях воздействия фосфорной, муравьиной, уксусной кислот, и других повышенно агрессивных средах; сталь 08Х17Н15МЗТ используют для колонн синтеза мочевины
02Х8Н22С6	Оборудование, работающее под действием концентрированной НNO₃ при высоких температурах
03Х21Н21М4ГБ	Оборудование для производства экстракционной H₃PO₄, комплексных минеральных удобрений
06ХН28МДТ (06Х23Н28М3Д3Т)	Оборудование для производства H₂SO₄(до 80 ⁰С), сложных минеральных удобрений, экстракционной H₃PO₄и других сред повышенной кислотности
03ХН28МДТ	По сравнению с 06ХН28МДТ более стойка к МКК
03Х18Н20С3М3Д3Б	Аппаратура, работающая преимущественно в растворах H₂SO₄
10Х14Г14Н4Т	Сварная аппаратура, работающая в средах химических производств слабой агрессивности, в криогенной технике (до –253 ⁰C)
Аустенито- ферритные	08Х22Н6Т, 03Х23Н6, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2, 08Х18Г8Н2Т, 08Х18Г8Н3М2Т	Стали с повышенной прочностью - заменители аустенитных КС-сталей типа Х18Н10Т и Х17Н13М2Т. Производство HNO₃, капролактама, адепиновой кислоты, мочевины и аммиачной селитры
Аустенито- мартенситный	07Х16Н6, 09Х15Н8Ю,	Высокопрочные КС-конструкции, работающие в слабоагрессивных средах

Одним из методов повышения коррозионной стойкости является введение компонентов, повышающих термодинамическую устойчивость анодной фазы - легирование атомами более химически устойчивого компонента. Например, при введении в медь 50 ат. % золота коррозионная стойкость сплава Cu-Au повышается до уровня коррозионной стойкости золота.

Другим методом, является введение компонентов, сдвигающих потенциал зерна в отрицательную сторону. При этом сдвиг потенциала зерна в отрицательную сторону, т.е. увеличение анодной активности зерна, приводит к выравниванию потенциалов зерен и границ зерен, что вызывает уменьшение склонности сплавов к МКК (легирование алюминиевых сплавов магнием).

Пример 5.1. Определить состав ( массовый процент хрома) всех возможных по правилу n/8 коррозионностойких сплавов Fe-Cr.

Решение. 1) Атомная масса железа А_Fe=55,85 г, а хрома A_Cr =52,01 г,

отсюда находим содержание хрома Y, отвечающее первой границе устойчивости n=1:

X=100-Y; , откуда Y = 11,7 % Cr (по массе).