Хромоникелевые стали Х18Н9 (стр. 1 из 2)

Федеральное агентство по образованию

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет»

Кафедра ПАХТ

РЕФЕРАТ

по дисциплине "Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии"

Тема: «Хромоникелевые стали Х18Н9»

Нижнекамск. 2010 г.

Содержание

Введение

Анализ и структура хромоникелевых сталей

Коррозионные свойства хромоникелевых сталей

Хромоникелевые стали сложных систем

Литература

Введение

С целью придания обычным железоуглеродистым сплавам коррозионной стойкости в агрессивных средах и жаростойкости при высоких температурах железоуглеродистые стали легируют хромом, никелем, молибденом, кремнием, алюминием и другими элементами. Выбор легирующих элементов определяется эксплуатационными условиями конструкции, для которой предназначается сплав. Так, хром является наиболее часто применяемым легирующим элементом для создания как коррозионностойких, так и жаростойких сплавов на железной основе. Объясняется это тем, что хром обладает способностью передавать свое свойство пассивироваться железоуглеродистым сплавам, а также повышать защитные свойства высокотемпературной окалины.

Никель при значительных его добавках способствует образованию γ - фазы и ее стабильности в железных сплавах, обеспечивает высокие механические и технологические свойства сплавов (пластичность, вязкость, прокаливаемость и др.) и повышает также их коррозионную стойкость в депассивирующих средах, едких щелочах, расплавах солей и др.

Анализ и структура хромоникелевых сталей

Железо и никель, обладая взаимной растворимостью, дают непрерывный ряд твердых растворов. Никель способствует образованию сплавов с неограниченной γ - областью. Железоникелевые сплавы устойчивы в растворах серной кислоты, щелочей и ряда органических кислот. Однако железоникелевые сплавы не нашли широкого применения в качестве конструкционных материалов в химическом машиностроении, так как они не имеют особых преимуществ па сравнению с хромистыми сталями.

Особо большое распространение нашли стали системы Fe - Cr - Ni без дополнительных присадок и с присадками титана, ниобия, молибдена, меди и др. Введение никеля в систему Fe - Cr вносит значительные изменения в структуру сплава и расширяет область существования аустенита. В зависимости от содержания хрома и никеля в сплаве, хромоникелевые стали подразделяются на аустенитные, аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные. С возрастанием содержания никеля увеличивается область существования γ-фазы, аустенитная структура делается устойчивой при достаточном содержании никеля уже при низких температурах. Повышение содержания хрома, наоборот, уменьшает, область существования γ-фазы. Для получения стали аустенитного класса в системе Fe - Сr - Ni, как это видно из диаграммы на рис.1, достаточно добавки 8 % Ni при содержании хрома 18%.

Рис. 1. Структурная диаграмма хромоникелевых сталей (по Мауеру и Шерреру)

На рис.2 приведена диаграмма, показывающая влияние хрома в железоникелевых сплавах с 8% Ni на положение фаз при различных температурах. Из диаграммы следует, что для получения однофазной γ-структуры при повышенных температурах нельзя увеличивать содержания хрома сверх 20%. Для сохранения аустенитной структуры при более высоком содержании хрома необходимо повысить содержание никеля. Так, для стали

Рис.2 Положение фаз в сплавах железа

хромоникелевая сталь коррозия

Как видно из диаграммы на рис. 2, σ-фаза появляется в системе Fe – Cr-Niв широком интервале составов по хрому и никелю. Область образования чистой интерметаллической σ-фазы лежит приблизительно при 50 % Cr.σ-фаза обладает ограниченной растворимостью в α- и γ- твердых растворах и выделяется в хромоникелевых сталях при температурах приблизительно 900-950°С. Выделяясь в ряде случаев по границам зерен, она сообщает сплаву большую хрупкость. Присадка ферритообразующих элементов (Cr, Ti, Аl и др.) ускоряет образование σ-фазы, а присадка аустенитообразующих элементов (N, С и др.) замедляет ее выделение.

Коррозионные свойства хромоникелевых сталей

Наряду с высокими механическими и технологическими свойствами в хромоникелевых сталях может возникать склонность к межкристаллитной коррозии, в особенности после медленного охлаждения или длительного нагрева стали, а также после повторного нагрева (отпуска) закаленной стали в интервале температур500-850 °С вследствие выпадения по границам зерен карбидов. В связи с этим недостатком хромоникелевой стали ограничивается её применение для сварных конструкций, так как при сварке металл около шва нагревается до 500-850 °С. ' Опасными зонами при сварке аустенитных сталей являются зоны по линии сплавления, по которой в некоторых средах (азотная кислота ( возможно возникновение ножевой коррозии, а также зона, расположенная на некотором расстоянии от шва, где металл подвергается нагреву 500-850°С и возможно выпадение карбидов хрома.

Межкристаллитная коррозия вызывает большую потерю прочности конструкции, часто без изменения внешнего вида. Большинство исследователей считает, что межкристаллитная коррозия хромоникелевых сталей объясняется электрохимической неоднородностью поверхности стали, связанной с работой гальванической пары.

Анодами являются небольшие обедненные хромом зоны металла по границам зерен, а катодами - вся остальная поверхность, находящаяся в пассивном состоянии, не подвергающаяся разрушению. Причину межкристаллитной коррозии этих сталей связывают также и с возникающими на границах зерен напряжениями вследствие превращения γ-фазы в α-фазы, так как образование α-фазы сопровождается заметным уменьшением объема.

Для борьбы с межкристаллитной коррозией могут быть использованы следующие методы:

а) термическая обработка изделий, в том числе и сварных, с нагревом до температуры 1050-1120° С и последующим быстрым охлаждением в воде;

б) применение хромоникелевой стали с пониженным содержанием углерода (не выше 0,03%, а иногда и более низким, что определяется степенью агрессивности среды);

в) введение в сталь таких стабилизаторов (карбидообразующих элементов), как титан, ниобий и др.

Для того чтобы связать углерод стали в другие карбиды, устраняя таким образом возможность образования карбидов хрома, а следовательно, уменьшить возможность появления склонности к межкристаллитной коррозии, нужно ввести в сталь присадку титана, ниобия и др., как было указано ранее для хромистых сталей. Практически в сталь вводят обычно титана в 6-7 раз больше, чем углерода. Содержание ниобия в стали должно превышать содержание углерода примерно в 8-10 раз.

Одной из основных причин, вызывающих пониженную коррозионную стойкость пришовной зоны сварных соединений, по-видимому, следует считать пониженное против необходимых норм содержание связанного в карбиды титана. Что же касается сварного шва, то его склонность к межкристаллитной коррозии объясняется повышенным содержанием в нем углерода и отсутствием титана. В некоторых случаях, вместо обычного принятого режима закалки хромоникелевой стали X18H9 с высоких температур рекомендуется применять так называемый стабилизирующий отжиг. Применение стабилизирующего отжига особенно эффективно в целях предотвращения в конструкциях межкристаллитной коррозии сварных швов, а также зон, расположенных вблизи сварных швов либо вблизи перекрещивающихся сварных швов. Стабилизирующим отжигом называется особый вид термической обработки листовой стали или готовых изделий, при котором в металле достаточно быстро проходят диффузионные процессы, выравнивающие содержание хрома по сечению зерна и приводящие структуру стали в стабильное состояние. Наблюдаемое при этом выделение карбидов хрома по границам зерен не может повлечь за собой (при благоприятных условиях) возникновение склонности к межкристаллитной коррозии или снижение сопротивляемости общей коррозии, поскольку при этом режиме термической обработки диффузионные процессы в стали X18H9, выравнивающие концентрацию хрома в зерне, идут с большой скоростью и обеднение границ зерен по содержанию хрома практически не происходит. Стабилизирующий отжиг осуществляется путем нагрева стали до температуры 850-900°С с выдержкой, достаточной для того, чтобы процессы распада твердого раствора аустенита и выравнивание концентраций хрома по сечению зерна были полностью закончены. Обычно выдержка 3-5 ч является достаточной для завершения этих процессов. Хромоникелевые стали могут в некоторых условиях подвергаться точечной коррозии, которая вызывается местным нарушением пассивности металла в результате образования микроэлементов. Микроэлементы, создающие разность потенциалов между отдельными участками металла, возникают обычно вследствие, наличия неметаллических включений, плен, раковин, трещин, участков окалины и местных загрязнений поверхности стали ржавчиной, пылью и т. п. Электродвижущая сила между пассивированной и непассивированной поверхностью стали достигает значений порядка 0,5-0,6 в. Помимо гетерогенности поверхности металла, условием возникновения точечной коррозии является также присутствие в агрессивной среде кислорода или другого окислителя, который обеспечил бы стабильность пассивного состояния катодной площади и наличие активатора, который не давал возможности пассивироваться анодной зоне (точечному поражению). Последнее условие обеспечивается ионами хлора, брома и др. Поэтому точечная коррозия хромистых и хромоникелевых сталей часто наблюдается в растворах хлоридов в морской воде и в грунтах. На точечную коррозию хромоникелевых сталей весьма существенно влияет рН раствора. Наиболее глубокую точечную коррозию вызывают нейтральные растворы, у которых рН близок к 7; щелочные растворы менее активны; слабокислые растворы вызывают незначительную точечную коррозию при отсутствии ионов-активаторо.