Стали со специальными свойствами

Коррозиониостойкие (нержавеющие) стали. Коррозией называется разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействия. Различают химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл сухих газов и неэлектролитов (например, нефтепродуктов) и электрохимическую, возникающую под действием жидких электролитов или влажного воздуха. По характеру коррозионного разрушения различают сплошную и местную коррозию. Сплошная коррозия захватывает всю поверхность металла. Ее делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинаковая ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной коррозии поражения локальны.. В зависимости от степени локализации

различают пятнистую, язвенную, точечную, межкристаллитную и др. виды местной коррозии.

Самый надежный способ защиты от коррозии — применение коррозионностойких сталей. Коррозионная стойкость достигается при введении в сталь элементов, образующих на ее поверхности тонкие и прочные оксидные пленки. Наилучший из этих элементов — хром. При введении в стапь 12-14% хрома она становится устойчивой против коррозии в атмосфере, воде, ряде кислот, щелочей и солей. Стали, содержащие меньшее количество хрома, подвержены коррозии точно так же, как и углеродистые стали. В технике применяют хромистые и хромоникелевые коррозиониостойкие стали.

Хромистые коррозиониостойкие стали могут содержать 13, 17 или 25-27%

хрома. Стали марок 08X13, 12X13, 20X13 подвергаются закалке от 1000°С и

отпуску при 600-700°С. Их применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, работающих в слабоагрессивных средах. Стали 30X13, 40X13 подвергаются закалке и отпуску при 200-300°С. Из них изготавливают режущий, мерительный и хирургический инструмент.

Стати 12X17, 15X28 имеют более высокую коррозионную стойкость.

Подвергаются отжигу при температуре 700-780°С. Используются для оборудования заводов легкой и пищевой промышленности, труб, работающих в агрессивных средах, для кухонной посуды.

Хромоникелевые стали обычно содержат 18% хрома и 9-12% никеля

(04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т и др.). Они имеют более высокую

коррозионную стойкость по сравнению с хромистыми сталями, лучшие

механические свойства, хорошо свариваются. Эти стали имеют аустенитную

структуру. Их термообработка состоит из закалки от температуры 1100-1150°С в воде без отпуска.

Хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии. Она быстро

распространяется по границам зерен без заметных внешних признаков. Это

происходит вследствие образования карбидов хрома по границам зерен, что

приводит к уменьшению содержания хрома в поверхностном слое зерна. Чтобы карбиды хрома не образовывались, надо либо использовать стали с пониженным содержанием углерода (до 0,04%), либо дополнительно легировать сталь титаном, связывающим углерод в карбид титана.

Используются хромоникелевые стали в пищевой и химической промышленности, в холодильной технике. Поскольку никель дорогостоящий

элемент, иногда его частично заменяют марганцем и используют сталь

10Χ14Γ14Η4Τ.

Другие методы защиты от коррозии.Распространенным средством защиты от коррозии является нанесение на защищаемый металл различных покрытий.

Металлические покрытия наносятся различными способами. При погружении в расплавленный металл поверхность изделия покрывается тонким и плотным слоем,затвердевающим после извлечения изделия. Этот способ применяется длянанесения покрытий цинком, оловом, свинцом и алюминием, температураплавления которых ниже, чем у защищаемого металла. При диффузионной металлизации изделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдержи-вают при высокой температуре. При напылении поверхность изделия покрываютслоем расплавленного металла (цинка, алюминия, кадмия и др.) с помощьювоздушной струи. При плакировании защищаемый металл подвергают совместнойпрокатке с защищающим (алюминием, титаном, нержавеющей сталью).

Гальванический способ нанесения покрытий основан на осаждении под действием электрического тока тонкого слоя защитного металла (хрома, никеля, меди, кадмия) при погружении защищаемого изделия в раствор электролита.

Неметаллические покрытия подразделяются на лакокрасочные и эмалевые,

смоляные, покрытия пленочными полимерными материалами, резиной,

смазочными материалами, керамические покрытия и др. Покрытия, получаемые химической и электрохимической обработкой, превращают поверхностный слой изделия в химическое соединение, образующее сплошную защитную пленку. Наибольшее распространение имеют оксидные и фосфатные защитные пленки.

Протекторная защита основана на подсоединении к защищаемому

изделию протектора с более отрицательным электрохимическим потенциалом. В афессивной среде протектор будет являться анодом и разрушаться, а защищаемое изделие — катодом и разрушаться не будет.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды в нее вводят добавки,

называемые ингибиторами коррозии. Они значительно снижают скорость

коррозии. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава.

Жаростойкиеи жаропрочные стали.Под жаростойкими сталями

понимают стали, обладающие стойкостью против химического разрушения

поверхности при высокой температуре (свыше 550°С). При нагреве стали

происходит окисление поверхности и образуется оксидная пленка (окалина).

Дальнейшее окисление определяется скоростью проникновения атомов кислорода через эту плёнку. Через пленку оксидов железа они проникают очень легко. Для повышения жаростойкости сталь легируют элементами, образующими плотную пленку, через которую атомы кислорода не проникают. Эти элементы — хром, алюминий, кремний. Так как алюминий и кремний повышают хрупкость стати, чаще всего применяют хром. Чем больше его содержание, тем более жаропрочной является сталь. Сталь 15X5 выдерживает до 600°С, 40Х9С2 — до 800°С, рассмотренные ранее 12X17 — до 900°С и 15X28 — до 1050°С.

Жаропрочные материалы способны противостоять механическим нагрузкам

при высоких температурах. Жаропрочные стали классифицируются по структуре.

Перлитные стали содержат малое количество углерода, легируются хромом

молибденом, ванадием (12ХМ, 12Х1МФ). Используют для изготовления труб, паропроводов и др. деталей, длительно работающих при температуре 500-550°С.

Мартенситные стали в большом количестве легированы хромом (15X11МФ,

15Х12ВНМФ). Они используются для деталей энергетического оборудования, длительно работающего при температуре 600-620°С. Особую группу мартенситных сталей составляют сильхромы, применяемые для клапанов двигателей внутреннего сгорания. Они дополнительно легированы кремнием (40Х9С2, 40X10С2М).

Аустенитные стали легированы большим количеством хрома и никеля а

также другими элементами (09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР). Из этих сталей

изготавливают детали газовых турбин, работающих при температуре 600-700°С.

Для работы при более высоких температурах (700-900°С) служат сплавы на

основе никеля, называемые нимониками. Примером нимоника является сплав

ХН77ТЮР, содержащий кроме никеля приблизительно 20% Сr, 2,5% Ti, 1% А1.

Дпя работы при температурах свыше 1000°С используют тугоплавкие металлы и их сплавы. Это — хром, ниобий, молибден, тантал, вольфрам. Они используются в атомной энергетике и в космической технике.

Температуры 1500-1700°С выдерживают жаропрочные керамические

материалы на основе карбида и нитрида кремния.