Хромоникелевые стали Х18Н9
Федеральное агентство по образованию
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет»
Кафедра ПАХТ
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-Ni
в
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
Коррозионные свойства хромоникелевых сталей
Наряду
с высокими механическими и технологическими свойствами в
хромоникелевых сталях может возникать склонность к межкристаллитной коррозии
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
В
растворах солей,
не
содержащих кислород
В табл. приведены экспериментальные данные по точечной коррозии хромистых и хромоникелевых сталей в морской воде. Из таблицы видно большое преимущество стали Х18Н10М2.
Скорость развития точечной коррозии различных марок
При больших скоростях движения морской воды вероятность точечной коррозии значительно меньше вследствие улучшения аэрации поверхности.
Коррозионная
стойкость хромоникелевых сталей (как и хромистых)
обусловлена в основном образованием на поверхности сплава защитной пассивной
пленки ; однако хромоникелевые стали обладают несколько более высокой
коррозионной стойкостью
Расплавленные
металлы, за исключением свинца, разрушают хромоникелевые стали. В расплавленных
хлоридах щелочных металлов с течением времени коррозия этих сталей замедляется.
В большинстве органических соединений, в растворах азотнокислых
Исследования
ряда авторов показали
Хромоникелевые стали сложных систем
Несмотря на широкое применение хромоникелевых сталей типа Х18Н9 для изготовления химической аппаратуры, предназначенной для работы в условиях воздействия сильно агрессивных сред, все же эти стали имеют некоторые недостатки, как, например, недостаточная стабильность аустенита, невозможность применения этих сталей в серной кислоте низких и средних концентраций и в восстановительных средах и др. С целью улучшения тех или иных свойств хромоникелевых сталей их легируют добавками ряда элементов. В ряде случаев повышают процентное содержание никеля или хрома, частично заменяют никель марганцем и т. д.
Хромоникельмолибденовые
стали. Для повышения стойкости
хромоникелевой стали в неокислительных средах в качестве легирующих присадок
обычно вводят такие компоненты, которые сами по себе являются в этих средах
более устойчивыми, чем железо и хром. К таким элементам следует отнести никель,
медь, молибден, кремний и некоторые другие
Особый
интерес представляют хромоникелевые стали, легированные
Хромоникельмолибденовые
стали применяются для изготовления аппаратуры, работающей в сильно агрессивных
средах, в серной кислоте при концентрации
Хромоникельмолибденомедистые стали
Хромоникельмолибденовые
стали имеют ограниченное применение в растворах серной кислоты, а с повышением
температуры эти стали пригодны только в растворах Н2SO4
низких
концентраций
Коррозионная
стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в некоторых агрессивных средах
При
применении хромоникельмолибденомедистых сталей для сварных конструкций в состав
сталей должен быть введен стабилизатор
Применение
для изготовления химической аппаратуры хромомарганцевых и
хромомарганцевоникелевых сталей вызвано возможностью полной или частичной
замены никеля марганцем в хромоникелевых сталях типа Х
Марганец
относится к элементам
Литература
1. Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. М. : «Машиностроение», 1967.
2. Веденкин С.Г. Коррозионные свойства металлов и сплавов. М. : Металлургиздат, 1956.
3. Бабаков А.А. Нержавеющие стали. М. : Госхимиздат, 1956.
4. Коломбье Л., Гохман И. Нержавеющие и жаропрочные стали. М. : Металлургиздат, 1958.
5. Гудермон Э. Специальные стали. М. : «Металлургия» 1966.
6. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов.М.: Издательство АН СССР, 1959.
7. Химушкин Ф.Ф. Нержавеющие стали. М. : «Металлургия» 1967.
Больше работ по теме:
Предмет: Технология машиностроения
Тип работы: Реферат
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ