Нержавеющие хромоникелевые

Нержавеющие хромистые стали в растворах хлорида натрия обнаруживают невысокую общую скорость коррозии (табл. 19.9) и растворяются с большой скоростью в растворах хлорида кальция (табл. 19.10). При этом имеют место точечная и язвенная коррозия, заметно подавляемая при наличии в стали небольших количеств молибдена [7].

11 Тринатрийфосфат ОП-10 30 3 Нержавеющие хромистые стали

I) мартенситные нержавеющие хромистые стали с 12—17% Сг и с содержанием >0,15% С;

II) мартенситные сложнолегированные нержавеющие хромистые стали с 12— 17% Сг, содержащие специальные добавки Mo, W, V и небольшое количество Ni (до 3%);

Нержавеющие стали 9—40 — см. также под их наименованиями, например: Подшипниковые стали нержавеющие; Хромистые стали нержавеющие

1. Коррозионностойкие (нержавеющие) хромистые ферритомартенсит-ные стали (1X13, 2X13, 3X13, 4X13 и др.), содержащие соответственно 0,05—0,45% С и около 13% Сг, и ферритные (Х17, Х25). Они хорошо сопротивляются электрохимической коррозии в условиях работы с температурой до 600° С.

Общеизвестные нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали, обладающие высокой устойчивостью в ряде агрессивных сред и получившие широкое применение в различных отраслях промышленности, обладают низкой коррозионной стойкостью в серной и особенно в соляной кислотах.

Низколегированные никелевые, хромистые и молибденовые стал» труднее отличить одну от другой, чем углеродистые, однако от углеродистых сталей они отличаются сильно. Нержавеющие хромистые стали хорошо различаются в зависимости от содержания хрома. С повышением содержания хрома трибоэффект увеличивается с положительным знаком по отношению к чистому железу.

Некоторые сорта легированных сталей имеют заводское обозначение; так, марки завода «Электросталь» обозначаются буквами ЭЙ (здесь буква Э обозначает метод выплавки — электросталь, буква И — исследовательская), а следующие за буквами цифры означают заводской номер (сталь ЭЙ-10, ЭИ-257 и т. д.). Хромоникелевые стали 18% Сг (хрома) и 8% Ni (никеля) заводами-изготовителями иногда обозначаются марками ЭЯ1 или ЭЯ2, а с добавкой титана —ЭЯIT; буква Э означает электросталь, буква Я — жароупорную сталь, а буква Т — наличие титана. Нержавеющие хромистые стали заводами-изготовителями обозначаются маркировкой, в которую входит буква Ж; заводское обозначение ЭЖ-1, ЭЖ-2 и ЭЖ-3 означает: электросталь хромистая, нержавеющая с содержанием углерода соответственно—0,1; 0,2 и 0,3%.

Нержавеющие хромистые стали с содержанием 10—17% хрома при закаливании имеют структуру мартенситного типа. Сложнолегирован-ные 12%-ные хромистые стали мартенситного класса, легированные молибденом, ванадием, вольфрамом и другими элементами, имеют лучшие длительные и кратковременные прочностные характеристики при температурах до 600° С, чем простые аустенитные стали типа 1Х18Н9Т. Стали с содержанием углерода до 0,09% и хрома более 15% имеют ферритную структуру.

В настоящее время для снижения эрозии при изготовлении деталей проточного тракта применяются материалы, обладающие более высокой кавитационно-эрозионной стойкостью, чем углеродистые и низколегированные стали. Для этих целей применяются в первую очередь нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали. Такие стали, как показал опыт эксплуатации крупных гидротурбин, обладают значительно большей износостойкостью, чем углеродистые и низколегирован-

В настоящее время для изготовления ГМР и компенсаторов широко используются конструкционные материалы, имеющие различную природу и коррозионную стойкость, такие, как нержавеющие хромоникелевые сплавы, жаропрочные сплавы на никелевой основе, сплавы титана, к которым предъявляются требования повышенной коррозионной стойкости и сопротивляемости усталостному разрушению, а также определенные технологические требования (пластичность, удовлетворительная свариваемость). Исходя из предпосылки о коррозионно-механической природе разрушения ГМР и компенсаторов, были проведены сравнительные кор-розионно-усталостные испытания хромоникелевой нержавеющей стали 12Х18Н10Т (18-10) и сплава на никелевой основе 12Х25Н60В15 с целью выбора материала повышенной долговечности при работе в различных коррозионно-активных средах (совместно с С.Н. Давыдовым). При этом в качестве последних были выбраны электролиты, обусловливающие различное электрохимическое поведение исследуемых сплавов: дистиллированная вода, в которой стали находятся в устойчивом пассивном состоянии; 3 %-ный раствор хлорида натрия, имитирующий пластовые воды и атмосферу морского климата, в котором возможно локальное нарушение пассивности сплавов за счет питтингообразования при наличии хлор-ионов: 60 %-ный раствор азотной кислоты как энергичный окислитель, в котором материалы находятся в области активного растворения. Причем все перечисленные среды в той или иной степени моделируют основные натурные транспортируемые продукты (обводненную нефть и нефтепродукты - топливо, масло, специальные синтетические жидкости; сжатый воздух).

Нержавеющие хромоникелевые 1200-1500 0,3-0,45 0,4-0,6

Сплавы, обладающие более устойчивой пассивностью, особенно в присутствии ионов хлора, например нержавеющие хромоникелевые стали аустенитного класса, легированные молибденом, например сталь марки Х18Н12МЗТ, а также титан и хром обладают высокой стойкостью к щелевой коррозии. Благодаря высокой стойкости хрома можно рекомендовать хромовые покрытия для защиты от щелевой коррозии.

Полагая для железа \ib3 i=m 8эВ, b = 2,5-10~8 см, К = 1, п ~ 20 (нержавеющие хромоникелевые стали), вблизи ядра дислокаций (х «=< Ь) получаем A W #« 2 эВ, т. е. порядка величины изменения работы сублимации атома в положении на ребре ступеньки. Тогда скорость растворения возбужденного атома (нормально к поверхности) равна скорости растворения ступеньки (тангенциальное направление),что соответствует экспериментально наблюдаемой форме ямок травлени'я, имеющей приблизительно равноосный характер (по крайней мере, в начальный период). Это приближенное равенство частично объясняет появление ограниченной точки зрения [46] об образовании ступеньки при выходе линий скольжения на поверхность как единственной причине повышенной химической активности деформированного металла. Очевидно, в этом месте согласно (112) будет высокая скорость образования зародышей, обусловливающая повышенную реакционную способность металла (см. гл. IV).

Полагая, что и.53 & 8 эВ, b = 2,5 -1(Г8 см, К, = 1, га = 20 (нержавеющие хромоникелевые стали), вблизи ядра дислокаций (х ж д) получаем AW ж 2 эВ, т. е. порядка величины изменения работы сублимации атома в положении на ребре ступенькги. Тогда скорость растворения возбужденного атома (нормально к поверхности) равна скорости растворения ступеньки (тангенциальное направление), что соответствует экспериментально наблюдаемой форме ямок травления, имеющей приблизительно равноосный характер (по крайней мере, в начальный период). Это приближенное равенство частично объясняет появление ограниченной точки зрения [50], согласно которой образование ступеньки при выходе линий скольжения на поверхность является единственной причиной повышенной химической активности деформированного металла. Очевидно, в этом месте, согласно уравнению (125), будет высокая скорость образования зародышей, обусловливающая повышенную реакционную способность металла (см. гл. IV).

В качестве пассивного слоя применяются обычно сплавы типа инвара и платинита (например, сплав железа с 36% никеля), имеющие коэффициент термического расширения, близкий к 1 • 10~6. Высокий коэффициент термического расширения имеют нержавеющие хромоникелевые стали, никельмолиоденовые сплавы (20—27% Ni и 5—6 Мо) и латуни.

Термоэлектрический метод испытаний требует по сравнению с три-•боэлектрическим значительно меньшее количество эталонных образцов. Так, все углеродистые стали хорошо разделяются с применением в качестве эталона проволоки из стали с 0,45% С. При этом стали с содержанием углерода, меньшим чем в эталоне, будут «отрицательны», а с большим — «положительны». Для низколегированных сталей хорошим эталоном может служить рояльная проволока с 0,9% С, имеющая сорбитную структуру. Хромистые стали разделяются с применением эталона из стали с 13% Сг и 0,6% Мо, а нержавеющие хромоникелевые — с эталоном из стали с 17% Сг, 12% № и 2% Мп. Для латуни и бронзы хорошим эталоном является медная

Элементы теплообменной аппаратуры для работы в среде углекислого газа могут быть изготовлены из углеродистых, низколегированных и нержавеющих хромоникелевых сталей. Низколегированные стали в среде углекислого газа коррозионно устойчивы до температуры 300° С; при температуре 400° С и давлении 8 ата в сухом углекислом газе глубина коррозии за 20 лет составляет 0,5 мм; при 550° С за этот же период, образуется отслаивающаяся окалина, а при 600° С происходит сильное растрескивание этих сталей. Нержавеющие хромоникелевые стали коррозионно устойчивы до температуры 600° С.

Натрий. По сравнению с прочими жидкометаллическими теплоносителями щелочные металлы наименее агрессивны по отношению к конструкционным материалам. Самыми распространенными материалами для работы в этих средах являются нержавеющие хромоникелевые стали аустенитного класса, применяемые для длительной работы при температуре до 600° С [77]. Помимо высокой коррозионной стойкости в чистых щелочных металлах (при содержании кислорода не более 0,005—0,01%), эти стали обладают удовлетворительными технологическими свойствами, в частности хорошо свариваются.

Первым двум требованиям полностью удовлетворяют нержавеющие хромоникелевые стали, которые используются для изготовления несущих конструкций, валов и других деталей машин. Однако они склонны к схватыванию при трении, что не дает возможности применять их в узлах трения без предварительной защиты или химико-термической обработки. Проведены исследования по изучению возможности создания подшипниковых износостойких металлокерамических материалов на основе порошков нержавеющих сталей [1] типа Х23Н18, Х18Н15, Х18Н9, Х17Н2 путем применения методов сульфидирования,сульфоборирования, борирования и сульфоцементирования.

Нержавеющие хромоникелевые наплавленные стали обладают высокой эрозионной стойкостью в том случае, если они имеют мартенситную, аустенитно-мартенситную или аустенитную структуру с нестабильным аустенитом, т. е. стали переходного класса. Такая структура в наплавленном металле обеспечивается при содержании хрома от.12 до 16% и никеля от 4 до 8%'. Дополнительное легирование наплавленного металла такого состава аустенитообразующими или ферритообразующими элементами может изменить соотношение между содержанием хрома и никеля.