Безуглеродистые коррозионностойкие стали на Fe-Cr-Ni основе с некоторым варьированием дополнительных легирующих элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
эквивалент, а ферритообразующих - в хромовый эквивалент (рисунок 1.1) [7]. Диаграмма показывает неравновесную структуру сталей, полученную после быстрого охлаждения с 1050 С до комнатной температуры. Относительный вклад каждого элемента в установление структуры определяется никелевым и хромовым эквивалентом по следующим формулам [8]:
Сrэкв = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,5(%Ti) + 1,75(%Nb) + 0,75(%N);
экв = %Ni + %Co + 30(%C) + 25(%N) + 0,5(%Mn) + 0,3(%Cu).
Более точной является структурная диаграмма коррозионностойких сталей, предложенная Я.М. Потаком и Е.А. Сагалевич (рисунок 1.2) [2,6]. Она соответствует структуре сталей после закалки от температур 1050-1100 С, принятых в практике при термической обработке. В отличие от диаграммы А. Шеффлера использование ее требует подсчета эквивалента ферритообразования Еф (Сфэкв) с учетом ферритообразующей способности легирующих элементов и эквивалента мартенситообразования Ем (Смэкв) с учетом влияния легирующих элементов на положение мартенситной точки.
Рисунок 1.1 - Структурная диаграмма для нержавеющих, литых хромоникелевых сталей (А. Шеффлер)
Рисунок 1.2 - Структурная диаграмма для нержавеющих сталей (Я.М. Потак, Е.А. Сагалевич) [9]
Подсчет эквивалентов может быть произведен по следующим формулам [3]:
В виду уникального сочетания свойств (прочность, пластичность, коррозионная стойкость) основную массу (70..75 %) выпускаемых сталей составляют классические аустенитные хромоникелевые стали типа
Х (17-20) Н (10-13). Углерод наряду с повышением прочности увеличивает склонность к хрупкому разрушению, поэтому уменьшение содержания углерода в этих сталях с 0,08-0,12 % до ? 0,03 % позволяет получить высокие значения механических свойств (особенно сопротивляемости хрупкому разрушению), существенно повысить коррозионную стойкость, предотвратить появление межкристаллитной коррозии. Высокое сопротивление межкристаллитной коррозии, хорошую пластичность и свариваемость имеют низкоуглеродистые аустенитные стали 04Х18Н10, 03Х18Н12, 03Х17Н14М3 и др. [10] . Из рисунка 1.3 следует, что при 0,10 % С в стали типа Х18Н12 межкристаллитная коррозия возникает быстрее, чем через минуту при 650 С, в то время как при 0,02 % С она проявляется лишь после 100-200 ч при 550 С [11].
Рисунок 1.3 - Температурно-временная зависимость области склонности стали Х18Н12 к межкристаллитной коррозии: 1 - 0,10 % С; 2 - 0,02 % С
Для повышения сопротивления межкристаллитной коррозии и измельчения зерна сталь легируют титаном или ниобием (15Х28Т, 12Х18Н10Т). Титан и ниобий связывают углерод, образуя карбид TiC и NbC и исключают возможность образования карбидов хрома, а следовательно, обеднение хромом феррита [11,12].
В работе [13] на сплавах с 11-12 % Ni изучали влияние титана и алюминия. Легирование титаном приводит к снижению температуры начала и конца превращения ?>?. В отличие от титана легирование сплавов алюминием вызывает повышение температуры начала превращения ?>?.
Устойчивость сталей против коррозии в органических кислотах, серной кислоте и морской воде повышает молибден (10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т) [14]. Молибден, введенный в состав сталей, оказывает сильное положительное воздействие на сопротивляемость питтинговой коррозии, а также повышает критическую температуру питтингообразования [15]. Молибден, а также вольфрам повышают прокаливаемость стали (особенно в присутствии никеля), способствуют измельчению зерна и подавлению отпускной хрупкости.
Положительно влияет на свойства сталей комплексное легирование молибденом и кобальтом. "ияние кобальта обусловлено тем, что он уменьшает растворимость молибдена в ?-железе и тем самым увеличивает объемную долю фаз, содержащих молибден, то есть повышается ?в [14]. Кобальт так же повышает предел текучести [16]. В работе [17] исследовали Fe-Cr-Ni-Co-Mo стали и показали, что при увеличении в стали содержания молибдена (от 2 до 3 %), а также кобальта (от 2 до 6 %) приводит к увеличению предела текучести, что обусловлено увеличением количества упрочняющих интерметаллидных фаз: R-фазы состава Mo14Cr11(Fe,Co,Ni)28, ?-Cr, ?-Mo. Однако упрочнение сопровождается уменьшением ударной вязкости при криогенных температурах. Это связано с влиянием кобальта на процесс старения в мартенсите - увеличение термодинамической активности хрома в мартенсите и, следовательно, увеличение количества фазы ?-Cr.
Введение кобальта существенно ограничивает интенсивность ?>?-перехода. Как установлено А.Г. Рахштадтом с сотрудниками, при содержании 15 % Со в стали типа Х13Г17АФ образование ?-мартенсита полностью подавляется. Вместе с тем кобальт усиливает формирования
?-фазы и после прокатки с обжатием на 70 % доля этого мартенсита достигает почти 50 % [14].
Кремний повышает стойкость против питтинговой коррозии. Особенно выражено положительное влияние кремния, если сталь одновременно легирована молибденом [15]. Кремний широко используется при выплавке стали как раскислитель. Легирование кремнием углеродистых и хромистых сталей увеличивает их жаростойкость. Содержание кремния в стали ограничивают, т. к. он повышает склонность стали к тепловой хрупкости.
Роль кремния как эффективного упрочнителя аустенитных сталей проявляется не только вследствие того, что он, подобно марганцу, усиливает долю ковалентной связи между атомами и понижает энергию дефектов упаковки, но и потому, что облегчает протекание мартенситных ?>?- и ?>?-превращений.
Производство экономичных видов коррозионностойких сталей развивается в направлении создания