Глава XIX. КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ (НЕРЖАВЕЮЩИЕ) СТАЛИ И СПЛАВЫ

Поверхностное разрушение металла под воздействием внешней среды называется коррозией. Чистое железо и низколегированные неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и во многих других средах, так как образующаяся пленка окислов недостаточно плотна и не изолирует металл от химического воздействия среды. Некоторые элементы повышают устойчивость стали против коррозии, и таким образом можно создать сталь (сплав), практически не подвергающуюся коррозии в данной среде.

Рис. 340. Потенциал железохромистых сплавов

При введении таких элементов в сталь (сплав) происходит не постепенное, а скачкообразное повышение коррозионной стойкости. Не вдаваясь в подробности явлений, связанных с процессами коррозии и коррозионным разрушением, укажем, что введение в сталь делает ее коррозионно-стойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах. Сплавы, содержащие меньше практически в столь же большой степени подвержены коррозии, как и железо. Сплавы, содержащие более ведут себя как благородные металлы: обладая положительным потенциалом (рис. 340), они не ржавеют и не окисляются на воздухе, в воде, в ряде кислот, солей и щелочей.

1. Хромистые нержавеющие стали

Хромистые нержавеющие стали применяют трех типов: с 13, 17 и причем стали с в зависимости от требований имеют различное содержание углерода (от 0,1 до 0%).

Стали с 17—18 и 25-28 % имеют иногда небольшие добавки титана и никеля. Титан вводят для измельчений зерна, а никель для улучшения механических свойств.

Составы хромистых нержавеющих сталей приведены в табл. 74.

Для классификации хромистых нержавеющих сталей по равновесной структуре воспользуемся диаграммой тройной системы железо—углерод—хром (рис. 341) Прямоугольники показывают положение той или иной марки в этой системе.

Таблица 74. (см. скан) Состав хромистых нержавеющих сталей, % (ГОСТ 5632-72)

Как видим, в зависимости от содержания углерода хромистые стали могу относиться к разным структурным классам, что и отражено в табл. 74.

Сталь типа и относятся к сталям ферритного класса, их структура — феррит и нет у них фазовых превращений.

Иное положение у сталей с 12-14 % хрома.

Сталь при минимальном содержании углерода и максимальном хрома — феррит а при минимальном содержании хрома испытывает у а превращение. В зависимости от конкретного состава сталь может быть доэвтектоидной и заэвтектоидной.

Из сказанного можно заключить, что эти стали не стабильны по свойствам и небольшие отклонения в химическом составе переводят сталь из одного класса в другой, что резко меняет свойства.

В сталях из-за высокого содержания хрома охлаждение на воздухе приводит к получению мартенсита, твердость которого существенно зависит от содержания углерода (рис. 342) и температуры нагрева под закалку, обеспечивающей растворение карбидов.

Рис. 341. Система и положение в ней промышленных хромистых нержавеющих сталей

Для малоуглеродистых высокохромистых сталей типичная структура — феррит (рис. 343).

Режимы термической обработки (обычно применяемые) хромистых нержавеющих сталей и получаемые при этом механические свойства приведены в табл. 75.

Стали типа распространенные и наиболее дешевые нержавеющие стали; их применяют для бытовых назначений и в технике (лопасти гидротурбин, лопатки паровых турбий).

Рис. 342. Влияние температуры закалки на твердость хромистых сталей с различным содержанием углерода

Рис. 343. Структура ферритиой нержавеющей стали

Стали с низким содержанием углерода пластичны, из них хорошо штампуются различные детали; стали и обладают вы сокой твердостью и повышенной прочностью, из них изготавливают детали повышенной прочности и износоустойчивости при высокой коррозионной стойкости.

Таблица 75. (см. скан) Режимы термической обработки и механические свойства хромистых нержавеющих сталей

Стали с обладают более высокой коррозионной стойкостью. Ввиду высокого содержания хрома стали типа можно применять и как жаростойкие (окалиностойкие) при рабочих температурах не выше 900 °С.

Присадки никеля к сталям с и повышение в них содержания углерода приводят к появлению -превращений. Однако подобное превращение в этой стали протекает не до конца, что тем не менее дает заметное упрочнение. В группе сталей с сталь является высокопрочной и применяется там, где требуется повышенная прочность при коррозионных свойствах, присущих сталям с

Рис. 344. Влняиие углерода и азота (суммы) на положение порога хладноломкости (определено по значению ударной вязкости

Рис. 345. Влияние хрома на температуру полухрупкости

Стали с применяют для деталей печей (муфели, чехлы термопар, реторты) при температурах

Большим недостатком этих сталей ферритного класса является то, что возникающая при перегреве (например, при сварке) крупнозернистость не может быть устранена термической обработкой, так как в этих сталях нет фазовых превращений. Крупнозернистость же создает повышенную хрупкость стали (порог хладноломкости повышается и переходит в область положительных температур).

Явление охрупчивания наблюдается в этих сталях и при мелкозернистой структуре как результат выдержек в области из-за процессов упорядочения (для этого требуется лишь незначительная выдержка вблизи 450-550 °С) или из-за выделения карбидов по границам зерен (происходит обычно при более высоких температурах порядка 600-700 °С). В сталях типа и в особенности наблюдается образование хрупкой -фазы при продолжительных выдержках в области

Достижения металлургической технологии позволили изготовлять хромистые стали (с 17 и более ) с содержанием углерода менее Эти стали не имеют указанных выше недостатков, т. е. не охрупчиваются и могут применяться и для свариваемых изделий.

Обусловлено это тем, что порог хладноломкости в существенной степени зависит от содержания углерода, точнее от суммы Как показано на ряс. 344 при содержании и более порог хладноломкости лежит при

и выше т. е. они хрупки при комнатной температуре и только суммарное содержание этих элементов менее каждого менее опускает порог хладноломкости ниже комнатной температуры и делает эти стали при этой температуре пластичными. Эти низкоуглеродистые и низкоазотистые ферритные нержавеющие стали получили название суперферриты и изготовляются металлургической промышленностью.

Подробное исследование этих высокочистых сталей и сравнение с ферритными сталями обычной чистоты показало (рис. 345), что порог хладноломкости зависит не только от содержания С и но и от содержания хрома и от размера зерна; однако высокочистые стали (т. е. суперферриты) и при крупном зерне и любом (от 10 до содержании хрома пластичны (низкий порог хладноломкости при крупном зерне обеспечивает возможность сварки), что нельзя сказать про ферритные сплавы обычной чистоты.