Стали, стойкие к воздействию внешней среды

К коррозионно-стойким (нержавеющим) относят стали, устойчивые в электрохимической, химической, межкристаллитной и другим видам коррозии. Повышение устойчивости стали к коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с основным материалом.

Составы сталей, устойчивых к электрохимической коррозии, устанавливаются в зависимости от рабочей среды. На основании получаемой структуры эти стали могут быть мартенситного, мартенситноферритного, ферритного, аустенитного, аустенитно-ферритного и аустенитно-мартенситного классов.

Для образования на поверхности сталей плотной защитной оксидной пленки типа (Cr, Fe)203 содержание хрома в твердом растворе должно быть не менее 12... 14%. Углерод и азот способствуют охрупчиванию сталей и являются причиной возникновения межкристаллитной (интеркристаллитной) коррозии, которая связана с образованием карбидов хрома по границам зерен и обеднением твердого раствора хромом приграничных участков (менее 12% Сг).

Для предотвращения межкристаллитной коррозии в ряде случаев стали легируют более активными по отношению к углероду элементами (титан, цирконий, ниобий), которые связывают углерод, образуя самостоятельные карбиды.

Жаростойкие (окалиностойкие) стали должны противостоять воздействию среды при высоких температурах. Для повышения жаростойкости в сталь вводят хром, алюминий или кремний, которые, находясь в твердом растворе, образуют на поверхности стали защитные пленки оксидов типа (Cr, Fe)203, (Al, Fe)203 или (Si, Fe)203. Так, при содержании в стали 5...8% хрома жаростойкость повышается до 700...750 °С, увеличение содержания хрома до 15...17% обеспечивает жаростойкость до 950... 1000 °С. Легирование сталей с 25% хрома алюминием в количестве 5% повышает жаростойкость до 1300 °С.

Для изготовления труб и различных элементов теплоэнергетических установок (паросиловые установки) применяют стали марок 12Х1МФ, 25Х2М1Ф. Стали предназначены для длительной эксплуатации при температуре 450...580 °С. Жаропрочность этих сталей обеспечивается получением в результате термической обработки структуры легированного феррита с равномерно распределенными в нем частицами карбидов.

Для деталей различных высокотемпературных установок, печей и газовых турбин применяют жаростойкие стали марок 15Х5М, 40Х10С2М, 20Х23Н13, 12Х25Н16Г7А, 36Х18Н25С2, обладающие и жаропрочностью.

Жаропрочность — способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению под действием приложенных сил при высоких (более 0,3 температуры плавления) температурах. Критериями жаропрочности являются пределы ползучести и длительной прочности.

При ползучести происходит медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести. Пределом ползучести называется напряжение, под действием которого материал деформируется на определенную величину за определенное время при данной температуре, например, Оо,5/1000 700=ЮО МПа, т.е. под действием напряжения 100 МПа при температуре 700 °С через 1000 ч в материале появляется пластическая деформация 0,5%. Разрушение при ползучести начинается с появления пор 1 (рис. 4.5) и клиновидных микротрещин 2 на границах зерен. Микротрещины растут, объединяются и образуют макротрещины.

Микрофотография поврежденного участка стали 25Х2М1Ф

Рис. 4.5. Микрофотография поврежденного участка стали 25Х2М1Ф:

1 — пора; 2— микротрещина; увеличение 400-кратное

Пределом длительной прочности (охТ) называется напряжение, которое приводит к разрушению материала при заданной температуре за определенное время, например, о50о поо= 10 МПа, т.е. через 500 ч при напряжении 10 МПа и температуре 1100 °С произойдет разрушение материала.

Стали используют для изготовления дисков, лопаток, бандажей, диафрагм и роторов паровых турбин.

Криогенные стали широко применяются при температурах ниже точки кипения кислорода (—183 °С) в ракетной, космической областях и в быту.

Эти стали должны обладать достаточной прочностью при нормальных температурах в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. В качестве криогенных применяют низкоуглеродистые никелевые стали, а также стали аустенитного класса, не склонные к хладноломкости. Из сталей ОН6А (до 0,1% С;

6...7% Ni) и ОН9А (менее 0,1% С; 8,5...9,5% Ni) изготовляют резервуары для хранения и транспортирования сжиженных газов при температурах выше —196 °С.

Хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т) применяют для изготовления крупногабаритных газораспределительных установок большой мощности для получения сжиженных газов, а также для транспортных емкостей и хранилищ сжиженных газов. Стали хорошо свариваются и обладают высокой вязкостью при низких температурах (о0 2 = 600 МПа; KCU= 1 МДж/м2). Сложнолегированные стали повышенной прочности (марок 07Х21Г7Н5, 03Х20Н16Г6) при температуре —253 °С имеют о02 = 1150...1350 МПа; KCU=1,0...1,3 МПа и применяют для штампосварных изделий и толстостенных крупногабаритных емкостей. Хромомарганцевые стали марок 03Х13Г19 и 10Х14Г14Н4Т используют для изготовления сварных конструкций.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >