Марки коррозионностойких сталей – Как улучшается крепкость и характеристики сплава

Марки коррозионностойких сталей – Как улучшается крепкость и характеристики сплава?

Коррозионностойкие стали – это железные сплавы, которые владеют завышенной устойчивостью к коррозии в разных погодных и атмосферных критериях, также в соленой и пресной воде, в неких газовых сферах, кислотах и щелочах. Дальше тщательно распишем характеристики и свойства главных марок противокоррозионной стали.

1. Как получают высококачественный нержавеющий сплав?
2. Хромистые стали – защита от коррозии и экономичность
3. Хромоникелевые сплавы – база строительства и производства
4. Магнитные характеристики противокоррозионных сплавов – от чего же они зависят?

1 Как получают высококачественный нержавеющий сплав?

Зависимо от типа, структуры, процентного соотношения углерода и разных легирующих частей, нержавеющая либо коррозионностойкая сталь условно делится на три группы: аустенитные сплавы, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные. Есть и остальные классы по структурным чертам, но они относятся к остальным типам сплавов. Не считая того, схожая систематизация является условной и обозначает конечную структуру, которая была получена методом неспешного остывания опосля нагрева сплава до наибольших температур при производстве.

Зависимо от параметров, железные сплавы также принято разделять на три группы:

• Коррозионностойкие либо нержавеющие сплавы. Способны противостоять разным видам хим и химической коррозии.
• Жаропрочные стали. Владеют высочайшей жаропрочностью и способностью работать при завышенных температурах в течение долгого периода времени.
• Жаростойкие стали. Способны выдерживать хим действие в разных газообразных сферах при низких отягощениях.

Главным хим элементом, который обеспечивает антикоррозийную устойчивость сплава, является хром. Этот элемент сам по для себя владеет высочайшими антикоррозийными показателями, при добавлении в сплав в определенных процентных соотношениях он образует что-то вроде защитной пленки на поверхности сплава, которая и является главный противокоррозионной защитой. Таковым образом, чем выше содержание хрома, тем лучше будет способность нержавеющей стали противостоять коррозии в разных средах.

Иным элементом, который обеспечивает противокоррозионные характеристики, является никель. Как легирующий элемент, никель вводится в железный сплав с определенным содержанием углерода и хрома и содействует образованию жестких, крепких связей, также усилению защитных параметров.

Сплавы с высочайшим содержанием никеля в особенности всераспространены в среде, где нужно предупредить возникновение межкристальной коррозии. Кроме хрома и никеля, увеличению противокоррозионных параметров содействуют также такие элементы, как медь, молибден, марганец, алюминий, кремний. В качестве особых стабилизирующих частей в сплав нередко вводятся титан и ниобий. Титан обеспечивает завышенную стойкость к коррозии межкристального типа, тогда как ниобий содействует улучшению свариваемости сплава. Соотношение титана, ниобия, меди и остальных элементов-стабилизаторов обязано быть в пару раз выше, чем содержание углерода, по другому сплав теряет пластичность из-за завышенной загрязненности неметаллическими включениями.

2 Хромистые стали – защита от коррозии и экономичность

Хромистые стали принято считать одними из более экономически прибыльных в плане легирования и производства разных противокоррозионных материалов. Из их изготавливают разные изделия металлопроката – трубы, листы, арматуру, проволоку. Зависимо от состава и структуры, такие виды сплавов можно поделить на несколько классов:

• теплоустойчивые хромистые стали мартенситного типа (содержание Cr не превосходит 10 %);
• нержавеющие хромистые (содержание Cr в границах 10-17 %);
• противокоррозионные и сложнолегированные виды хромистых сталей (содержание Cr –12-17 %);
• хромо-азотистые и кислотоупорные различного ферритного типа (могут содержать от 16 до 33 % хрома);
• жаростойкие с присадками разных хим частей (алюминий, кремний, молибден).

Вне зависимости от класса хромистых сплавов, для улучшения взаимодействия с железом и увеличения пластичности и однородности структуры нужно низкое содержание углерода, что достигается методом введения в состав стабилизирующих частей. Наилучшие противокоррозионные характеристики таковых сплавов достигаются методом закалки, отпуска и следующей полировки поверхности при производстве.

Таковой тип сплава способен выдерживать действие больших температур, пресной воды и хим действие в неких средах. Отлично поддаются свариванию и жаропрочные стали при температурах до 750 градусов. Более обширно в технике и производстве всераспространены марки хромистой стали – 0Х13, 2Х13, 4Х13, Х14, Х15, ДИ-1, ДИ-1, 1Х12Сю, 1Х13Н, и остальные стали мартенситного и полумартенситного типа. Процентное содержание хрома в их обычно составляет от 10 до 17 %, при всем этом они содержат углерод в средних количествах и разные легирующие и стабилизирующие элементы.

3 Хромоникелевые сплавы – база строительства и производства

Этот вид противокоррозионных сталей является самым всераспространенным в современной индустрии и производстве. На нынешний денек понятно наиболее 50 марок хромоникелевых сплавов, из которых изготавливают горячекатаные трубы, сортовой и листовой сплав, профили, арматура, уголки, швеллеры. Не считая того, таковая сталь обширно употребляется в хим, энергетической индустрии, авиа- и автомобилестроении. Марки хромоникелевых сталей можно поделить на несколько классов:

• аустенитные с низким содержанием углерода и добавлением стабилизирующих частей;
• кислотостойкие с разными присадками;
• жаропрочные с высочайшим содержанием никеля и хрома (наиболее 20 %);
• аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные со средним содержанием никеля и хрома;

Главными сплавами этого типа являются марки ОХ18Н9, ОХ18Н10, 2Х1Н9, ОХ18Н11 и остальные вида 18-8 (другими словами 18 % Ni в составе сплава), стабилизированные титаном и иными легирующими элементами. Хромоникелевые стали аустенитного типа обширно используются для печей, термических турбин, выходных коллекторов. С ними можно работать в критериях высочайшей наружной злости среды и подвергать их краткосрочному нагреву до температуры 600-650 градусов без доборной термообработки поверхностей.

Хромоникелевые противокоррозионные и жаропрочные стали с добавлением кремния либо бора (Ох23Н18, Х23Н18, Х25Н16) используются для производства жаропрочных листов, лент, трубок, проволоки, которые употребляются для различной аппаратуры, работа которой происходит при температурах выше 850 градусов. В структуре хромоникелевых и никелевых сталей есть определенное количество феррита, который понижается с ростом содержания таковых частей, как марганец, кремний, молибден, и увеличивается при внедрении в состав азота, бора, меди либо никеля в большенном процентном соотношении. Все эти характеристики отражают марки стали подобного типа и определяются по особым таблицам содержания.

4 Магнитные характеристики противокоррозионных сплавов – от чего же они зависят?

Магнитные характеристики нержавеющей стали характеризуются главный структурой, составом и чертами сплава. Как уже упоминалось выше, в составе всех промышленных типов есть ферриты, аустениты и мартенситы, также разные композиции этих составляющих. Таковым образом, от количества и композиции и будет зависеть, магнитная ли та либо другая марки стали.

Противокоррозионные стали с мощной магнитной составляющей, другими словами те марки, которые по дефлоту являются ферромагнетиками, имеют или ферритную, или мартенситную фазовую составляющую. Они магнитятся так же, как рядовая углеродистая сталь. К ним относятся хромоникелевые и никелевые марки 20Х13, 30Х12 и наиболее мягенькие стали ферритного типа с наименьшим содержанием углерода. Таковая магнитная сталь отлично поддается штамповке, разным видам сварки, из нее почаще всего изготавливают режущие инструменты, столовые приборы, детали для машиностроения.

Немагнитные стали – это хромистые и марганцевые марки аустенитного и аустенитно-ферритного типа, которые употребляются в разных отраслях производства и строительства. Более всераспространены марки О8Х18Н10, О8Н18Н10Т. Они характеризуются высочайшей прочностью и стойкостью к коррозионным действиям различного нрава. Хромистые марки стали аустенитно-ферритного типа не магнитят из-за высочайшего содержания хрома и доп легирующих частей в виде молибдена, меди, алюминия.

Коррозионностойкая сталь

Коррозионностойкая сталь, нержавеющая сталь либо просто «нержавейка» — это легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и брутальных средах.

Способность стали с высочайшим содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии нашел британский учёный Гарри Бреарли и в 1913 году он получил патент. Этот год считается годом рождения «нержавейки». Создателем термина «нержавеющая сталь» является Эрнест Стюарт – друг Гарри Бреарли, работавшему в компании по производству столовых устройств, которому были переданы 1-ые эталоны ножей, сделанный из коррозионностойкой стали.

Хим состав

При выбирании хим состава коррозионностойкого сплава руководствуются так именуемым правилом: если к сплаву, неуравновешенному к коррозии (к примеру, к железу) добавлять сплав, образующий с ним жесткий раствор и устойчивый против коррозии (например хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при внедрении моля второго сплава (коррозионная стойкость растет не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Главный легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12-20 %); кроме хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), также элементы, вводимые в сталь для придания ей нужных физико-механических параметров и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo).

Сопротивление нержавеющей стали к коррозии впрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обыденных критериях и в слабоагрессивных средах, наиболее 17 % — коррозионностойкими и в наиболее брутальных окислительных и остальных средах, а именно, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали разъясняется, основным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с брутальной средой, появляется узкая плёнка нерастворимых окислов, при всем этом огромное значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических изъянов.

В мощных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их консистенциях) используют сложнолегированные сплавы с высочайшим содержанием Ni и присадками Mo, Cu, Si.

Коррозионностойкая сталь — систематизация

По хим составу коррозионностойкая сталь делится на:

• Хромистые, которые, в свою очередь, по структуре делятся на мартенситные, полу-ферритные (мартенситно-ферритные стали), ферритные;
• Хромоникелевые — могут иметь аустенитную, аустенитно-ферритную, аустенитно-мартенситную, аустенитно-карбидную структуру;
• Хромо-марганцево-никелевые (систематизация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями).

Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и стабилизированные — с добавками Ti и Nb. Существенное уменьшение склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии достигается понижением содержания углерода (до 0,03 %).

Коррозионностойкая сталь, склонная к межкристаллитной коррозии, опосля сварки, обычно, подвергается тепловой обработке.

Обширное распространение получили сплавы железа и никеля, в каких за счёт никеля аустенитная структура железа стабилизируется, а сплав преобразуется в слабо-магнитный материал.

Мартенситные и мартенситно-ферритные стали

Мартенситные и мартенситно-ферритные стали владеют неплохой коррозионной стойкостью в атмосферных критериях, в слабоагрессивных средах (в слабеньких смесях солей, кислот) и имеют высочайшие механические характеристики. В главном их употребляют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, а именно, ножей, для упругих частей и конструкций в пищевой и хим индустрии, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. К этому виду относятся, стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.

Ферритные стали

Эти стали используют для производства изделий, работающих в окислительных средах (к примеру, в смесях азотной кислоты), для бытовых устройств, в пищевой, легкой индустрии и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Ферритные хромистые стали имеют высшую коррозионную стойкость в азотной кислоте, аква смесях аммиака, в аммиачной селитре, консистенции азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, также в остальных брутальных средах. К этому виду относятся, стали 400 серии.

Аустенитные стали

Главным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высочайшие служебные свойства (крепкость, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и отменная технологичность. Потому аустенитные коррозионностойкие стали отыскали обширное применение в качестве конструкционного материала в разных отраслях машиностроения. К данному классу относятся стали 300 серии. Это марки стали как AISI 304 (L), AISI 321, AISI 316 (L). Данные марки стали занимают фаворитные позиции при производстве различного технологического оборудования в пищевой, хим и остальных отраслях индустрии.

Аустенитно-ферритные и аустенитно-мартенситные стали

Аустенитно-ферритные стали. Преимущество сталей данной нам группы — завышенный предел текучести по сопоставлению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, наименьшее содержание остродефицитного никеля и отменная свариваемость. Аустенитно-ферритные стали находят обширное применение в разных отраслях современной техники, в особенности в хим машиностроении, кораблестроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.

Аустенитно-мартенситные стали. Потребности новейших отраслей современной техники в коррозионностойких сталях завышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей аустенито-мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

Сплавы на железоникелевой и никелевой базе.

При изготовлении хим аппаратуры, в особенности для работы в серной и соляной кислотах, нужно использовать сплавы с наиболее высочайшей коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей употребляют сплавы на железно-никелевой базе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никель-молибденовой базе Н70МФ, на хромоникелевой базе ХН58В и хромоникельмолибденовой базе ХН65МВ, ХН60МБ.

Корозионностойкая сталь — производство и применение

Из хромистой коррозионностойкой стали изготавливают:

• Клапаны гидравлических прессов;
• Турбинные лопатки;
• Арматуру крекинг-установок;
• Режущий инструмент;
• Пружины;
• Бытовые предметы;

Из хромо-никелевых и хромо-марганцево-никелевых нержавеющих сталей изготавливают:

• Бытовые предметы, а именно, столовая посуда (пищевые марки стали)
• Стабилизированные аустенитные нержавеющие стали:
• Сварная аппаратура, работающей в брутальных средах
• Изделия, работающие при больших температурах — 550—800 °C
• В пищевой индустрии различное оборудование и механизмы.

Нержавеющие стали употребляются как в деформированном, так и в литом состоянии.

Особые конструкционные стали

Особые стали – это высоколегированные (выше 18%) стали, владеющие особенными качествами – коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

• 1 Коррозионностойкие стали
• 3 Жаропрочные стали

Коррозионностойкие стали

Коррозионностойкой (либо нержавеющей) именуют сталь, владеющую высочайшей хим стойкостью в брутальных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглероднстых сталей колченогом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Противокоррозионные характеристики сталям присваивают введением в их огромного количества хрома либо хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Хромистые стали наиболее дешевенькие, но хромоникелевые владеют большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали обязано быть не наименее 12% (табл. 7). При наименьшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, потому что ее электродный потенциал становится отрицательным.

Большая коррозионная стойкость сталей достигается опосля соответственной тепловой и механической обработки. Так, для стали 12X13 наилучшая коррозионная стойкость достигается опосля закалки в масле (1000-1100°С), отпуска (700-750°С) и полировки. Эта сталь устойчива в слабоагрессивных средах (вода, пар). Сталь 40X13 используют опосля закалки в масле с температурой 1000-1050°С и отпуска (180-200°C) со шлифованной и полированной поверхностью. Опосля тепловой обработки эта сталь владеет высочайшей твердостью (HRC 52-55).

Таблица 7. Хим состав (%) неких нержавеющих сталей

Наиболее коррозионностойка (в кислотных средах) сталь 12X17. Для производства сварных конструкций эта сталь не рекомендуется в связи с тем, что при нагреве ее выше 900-950°С и резвого остывания (при сварке) происходит обеднение периферийной зоны зернышек колченогом (ниже 12%). Это разъясняется выделением карбидов хрома по границам зернышек, что приводит к межкристаллитной коррозии.

Межкристаллитная коррозия – особенный, весьма страшный вид коррозионного разрушения сплава по границам аустенитных зернышек, когда химический потенциал пограничных участков аустенитных зернышек снижается вследствие обеднения колченогом и при наличии коррозионной среды границы зернышек стают анодами.

Для предотвращения этого вида коррозии используют сталь, легированную титаном 08X17Т. Сталь 08X17Т используют для тех же целей, что и сталь 12X17, также и для производства сварных конструкций.
Хромоникелевые стали содержат огромное количество хрома и никеля, не достаточно углерода и относятся к аустенитному классу. Для получения однофазной структуры аустенита сталь (к примеру, 12Х18Н9) закаливают в воде при температуре 1100-1150°С; при всем этом достигается более высочайшая коррозионная стойкость при сравнимо низкой прочности. Для увеличения прочности сталь подвергают прохладной пластической деформации и используют в виде холоднокатаного листа и ленты для производства разных деталей.

Сталь 12Х18Н9 склонна, как и хромистая сталь ферритного класса, к межкристаллитной коррозии при нагреве. Предпосылки появления межкристаллитной коррозии те же – обеднение периферийной зоны зернышек колченогом (ниже 12%) вследствие выделения из аустенита карбидов хрома. Для предотвращении межкристаллитной коррозии сталь легируют титаном, к примеру сталь 12Х18Н9Т, либо понижают содержание углерода, к примеру сталь 04Х18Н10.

Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют огромную коррозионную стойкость, чем хромистые стали, их обширно используют в хим, нефтяной и пищевой индустрии, в автомобилестроении, транспортном машиностроении в строительстве.

Для экономии дорогостоящего никеля его отчасти подменяют марганцем. К примеру, сталь 10Х14Г14НЗ рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю используют для тяжелонагруженных деталей. Сталь аустенитно-ферритного класса 08X21Н6М2Т’используют для производства деталей и сварных конструкций, работающих в средах завышенной злости – уксуснокислых, сернокислых, фосфорнокислых.

Разработаны марки высоколегированных сталей на базе сложной системы Fe-Cr-Ni-Mo-Си-С. Коррозионная стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в неких брутальных средах весьма велика. К примеру, в 80%-ных смесях серной кислоты. Такие стали обширно употребляют в хим, пищевой, авто и остальных отраслях индустрии.

Жаростойкие стали

При больших температурах сплавы и сплавы вступают во взаимодействие с окружающей газовой средой, что вызывает газовую коррозию (окисление) и разрушение материала. Для производства конструкций и деталей, работающих в критериях завышенной температуры (400-900°С) и окисления в газовой среде, используют особые жаростойкие стали. Под жаростойкостью (либо окалиностойкостью) принято осознавать способность материала противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха либо остальных газовых сред при больших температурах.

К жаростойким относят стали, содержащие алюминий, хром (рис. 28), кремний (табл. 8). Такие стали не образуют окалины при больших температурах. К примеру, хромистая сталь, содержащая 30% Сг, устойчива до 1200°С. Введение маленьких добавок алюминия резко увеличивает жаростойкость хромистых сталей (рис. 29). Стойкость таковых материалов при больших температурах разъясняется образованием на их поверхности плотных защитных пленок, состоящих в главном из оксидов легирующих частей (хрома, алюминия, кремния). Область внедрения жаростойких сталей – изготовка разных деталей нагревательных устройств и энергетических установок.

Жаропрочные стали

Некие детали машин (движков внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургического оборудования и т. п.) долгое время работают при огромных отягощениях и больших температурах (500-1000°С). Для производства таковых деталей используют особые жаропрочные стали. Под жаропрочностью принято осознавать способность материала выдерживать механические перегрузки без существенных деформаций при больших температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др. Они сохраняют свои прочностные характеристики при нагреве до 650°С и наиболее Из таковых сталей изготовляют греющие элементы теплообменной аппаратуры, детали котлов, впускные и выпускные клапаны авто и тракторных движков (см. табл. 8). Зависимо от предназначения различают клапанные, котлотурбинные, газотурбинные стали, также сплавы с высочайшей жаропрочностью.

Рис.28. Скорость окисления сталей (0,5% С) зависимо от содержания хрома

Таблица 8. Коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали

Рис. 29. Скорость окисления жаростойкой стали (С=0,1%, Cr=6%, Mo=0,5%) при 800ºС зависимо от содержания алюминия

Износостойкие стали

Для производства деталей машин, работающих в критериях трения, используют особые износостойкие стали – шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) используют для производства шариков и роликов подшипников. По хим составу (ГОСТ 801-60) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных сталей. Они содержат около 1% Си 0,6-1,5% Сг. Для деталей размером до 10 мм используют сталь ШХ6 (1,05-1,15% С и 0,4-0,7% Сг), а для деталей размером наиболее 18 мм – сталь ШХ15 (0,95-1,05% С и 1,3-1,65% Сг). Тепловая обработка шарикоподшипниковых сталей с маленьким содержанием хрома заключается в закалке и низком отпуске (до 200°С), в итоге чего же обеспечивается твердость HRG 60-66.

Графитизированную сталь (высокоуглеродистую, содержащую 1,5-2% С и до 2% Сг) употребляют для производства поршневых колец, поршней, коленчатых валов и остальных фасонных отливок, работающих в критериях трения. Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит. Количество графита может существенно изменяться зависимо от режима тепловой обработки и содержания углерода. Графитизированная сталь опосля закалки соединяет характеристики закаленной стали и сероватого чугуна. Графит в таковой стали играет роль смазки.

Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мп, используют для производства жд крестовин, звеньев гусениц и т. п. Эта сталь владеет наибольшей износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закалкой (1000-1100°С) при охлаждении на воздухе. Закаленная сталь имеет низкую твердость (НВ 200), опосля мощного наклепа ее твердость увеличивается до НВ 600.