Аустенитные нержавеющие

Аустенитные коррозионно-стойкие и жаропрочные стали (12Х18Н10Т и т. д.) хорошо свариваются в среде аргона как плавящимся, так и неплавящимся электродами. При сварке

Аустенитные стали. В отличие от ферритных и мартенситных хромистых сталей аустенитные коррозионно-стойкие стали обладают более высокими технологическими свойствами. Основными легирующими элементами являются хром и никель, причем никель полностью или частично может быть заменен марганцем. Оба легирующих элемента являются аустенитообразующими. Дополнительное повышение коррозионной стойкости достигается путем введения добавок молибдена и в некоторых случаях—меди.

При испытаниях в стандартных растворах аустенитные коррозионно-стойкие стали сразу же приобретают стационарный потенциал (около 350 мВ по н. в. э), близкий к равновесному потенциалу реакции Си + Сиг+ = 2Си+ [50]. В рабочих средах стационарные потенциалы этих сталей могут быть самыми различными и не совпадать с указанными. Это также может явиться причиной расхождений в результатах стандартных испытаний и реальной работой материала в определенной среде.

Коррозионное растрескивание аустенитных хромоникелевых сталей. Аустенитные коррозионно-стойкие стали подвергаются КР в различных по составу, температуре, давлению средах: горячих растворах неорганических хлоридов; воде и паре высоких параметров, содержащих хлор-ионы и кислород; органических кислотах и хлоридах, морской воде; серной кислоте с хлоридами; смесях хлористого натрия и бихрома калия; соляной кислоте, травильных растворах и др.

Аустенитные коррозионно-стойкие стали

При межкристаллитной коррозии (МКК) действию агрессивной среды подвергаются главным образом границы зерен металла (рис. 73), в результате чего нарушается связь между ними. Межкристаллитной коррозии особенно подвержены хромоникелевые нержавеющие стали. В настоящее время на большинстве предприятий химического машиностроения аустенитные коррозионно-стойкие стали 12Х18Н9Т, 06Х18Н11, 08Х18Н10Т, 12Х18И12Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13МЗТ и др. испытывают на МКК по ГОСТ 6032—75 (метод AM) при кипячении в сернокислом растворе медного купороса в присутствии медной стружки.

Аустенитные коррозионно-стойкие стали недостаточно износостойки, склонны к задирам и схватыванию при трении. Большинство способов упрочнения их поверхностных слоев не приводит к существенному улучшению антифрикционных свойств или снижает коррозионную стойкость. Стали аустенитного класса в отличие от углеродистых сталей не подвержены омеднению по способу контактного вытеснения меди из растворов ее солей без специальной химической обработки (травление в щелочном растворе с последующей кислотной обработкой). Однако омеднение поверхностей^ трения этих сталей становится возможным в процессе трения, т. е. в динамических условиях, которые способствуют возникновению термо-ЭДС. Для достижения этого в воду, служащую смазкой химического аппарата, добавляют водные растворы солей меди. В табл. 33 приведены результаты испытаний колец торцового уплотнения на различных режимах работы со смазкой дистиллированной водой и раствором сернокислой меди.

Аустенитные коррозионно-стойкие стали

23. Какую термическую обработку проходят аустенитные коррозионно-стойкие стали?

Аустенитные коррозионно-стойкие стали и никелевые сплавы. Потоки быстрых нейтронов вызывают в аусте-нитных коррозионно-стойких сталях и никелевых сплавах изменение механических свойств, радиационное рас-

— Аустенитные коррозионно-стойкие стали 458—461 .

Аустенитные нержавеющие стали применяют очень широко не только из-за их высоких антикоррозионных свойств, но и благодаря высоким технологическим и механическим свойствам. Эти стали хорошо прокатываются в горячем и холодном состояниях, в холодном состоянии выдерживают глу- 10 бокую вытяжку и профилирование, допускают применение электросварки, без охрупчивания околошовных зон.

Серная кислота. При комнатной температуре высокой стойкостью в этой кислоте обладают все аустенитные нержавеющие стали (хромистые типа Х17 нестойки). Примерно при 70°С аустенитные хромоникелсвые стали нестойки даже в кислотах слабой концентрации, но примерно до 5% H2SC>4 могут работать аустенитные стали с добавлением молибдена и меди (стали ЭИ943, см. табл. 83).' В кипящей серной кислоте до концентрации примерно 30% все стали, в том числе и сталь ЭИ943, нестойки. В этих случаях следует применять сплавы типа хастеллой, а при концентрации от 30% до 60—80% п кипящей серной кислоте могут работать лишь тугоплавкие металлы (рис. 366).

Вместо цветных металлов для этой цели применяют более дешевые немагнитные аустенитные стали. Аустенитные нержавеющие (см. гл. XIX) или износоустойчивые (см. гл. XX) стали пригодны как немагнитные, если по прочностным свойствам они удовлетворяют поставленным требованиям. Однако сталь ПЗ часто не проходит по прочностным и технологическим свойствам, а аустенитные нержавеющие стали слишком дороги в качестве материала для деталей большой массы (например, для немагнитных бандажных колец в турбогенераторах). В этом случае применяют стали, легированные марганцем, хромом, алюминием при сравнительно повышенном содержании углерода (около 0,4%) и ограниченном содержании никеля.

Аустенитные нержавеющие стали СГ, ОН", Вг~

были отмечены Брирли (г. Шеффилд, Англия) в 1913 г. В поисках лучшего материала для оружейных стволов он обнаружил, что сплавы Cr—Fe с 12 % Сг не разрушаются травильными растворами, содержащими азотную кислоту, и в течение длительного времени не ржавеют в атмосфере. На основании исследований Маурэра и Штрауса аустенитные нержавеющие стали Cr—Fe— Ni были впервые применены в 1912—1914 гг. в Германии на сталелитейных заводах Крупна. -ч

Аустенитные нержавеющие стали, содержащие 18 % Сг и 8 % Ni (стали 18-8), наиболее распространенные из всех ныне выпускаемых нержавеющих сталей. В последние годы ежегодный выпуск в США различных типов нержавеющих сталей, включая жаропрочные, превысил миллион тонн.

Аустеншпные стали получили свое название по аустенитной фазе или у-фазе, которая существует в чистом железе в виде стабильной структуры в температурном интервале от 910 до 1400 °С. Эта фаза имеет гранецентрированную кубическую решетку, немагнитна и легко деформируется. Она является основной или единственной фазой аустенитных нержавеющих сталей при комнатной температуре и в зависимости от состава имеет стабильную или метастабильную структуру. Присутствие никеля в значительной степени способствует сохранению аустенитной фазы при закалке промышленных сплавов Сг—Fe—Ni от высоких температур. Увеличение содержания никеля сопровождается повышением стабильности аустенита. Легирование марганцем, кобальтом, углеродом и азотом также способствует сохранению при закалке и стабилизации аустенита. Аустенитные нержавеющие стали могут упрочняться холодной обработкой, но не термообработкой. При холодной обработке аустенит в метастабиль-ных сплавах (например, 201, 202, 301, 302, 302В, 303, 330Se, 304, 304L, 316, 316L, 321, 347, 348; см. табл. 18.2) частично переходит в феррит. По этой причине указанные стали и являются метастабильными. Они магнитны и имеют объемно-центрированную кубическую решетку. Этим превращением объясняется значительная степень упрочнения при механической обработке. В то же время стали 305, 308, 309, 309S при холодной обработке слабо упрочняются, и если и становятся магнитными, то в очень малой степени. Сплавы с повышенным содержанием хрома и никеля (например, 310, 310S, 314) имеют практически стабильную аустенитную структуру и при холодной обработке не превращаются в феррит и не становятся магнитными. Аустенитные нержавеющие стали очень широко применяют в различных областях, включая строительство и автомобильное производство, а также в качестве конструкционного материала в пищевой и химической промышленности.

Первые два сплава иногда легируют титаном или ниобием для повышения допустимого содержания углерода и азота. Все эти сплавы можно закалять от 925 °С без ухудшения коррозионных свойств. Благодаря тому, что они сохраняют пассивность в агрессивных средах, их коррозионная стойкость обычно выше, чем у обычных ферритных и некоторых аустенитных нержавеющих сталей, представленных в табл. 18.2. Они более устойчивы, например в растворах NaCl, HNO3 и различных органических кислот. Если по какой-либо причине происходит локальная или общая депассивация этих сталей, то они корродируют с большей скоростью, чем активированные никельсодержащие аустенитные нержавеющие стали, имеющие в своем составе такие же количества хрома и молибдена [8, 9].

Для аустенитных сплавов интервал сенсибилизирующих температур составляет 400—850 °С. Степень склонности к межкристаллитной коррозии после такого нагрева зависит от времени нагрева. Несколько минут нагрева при температурах вблизи 750 °С эквивалентны нескольким часам при более низких (или еще более высоких) температурах (рис. 18.1) [13, 14]. К межкристаллитной коррозии приводят медленное охлаждение сплава с прохождением области сенсибилизирующих 'Температур, а также длительные сварочные работы. При быстром охлаждении этого не происходит. Следовательно, аустенитные нержавеющие стали нужно закаливать от высоких температур, и это, как правило, выполняется. Точечная сварка, при которой металл быстро нагревается в результате кратковременного протекания электрического тока и затем быстро охлаждается, не вызывает сенсибилизации. В то же время электродуговая сварка может предста-

В сильно окислительных средах (например, кипящем 5 т растворе ,HNO3 с добавкой ионов Сг6+) аустенитные нержавеющие стали, включая и стабилизированные марки, закаленные от 1050 °С, подвергаются слабой межкристаллитной коррозии [20]. Растрескивание может не происходить. Коррозия наблюдабтся, только если сталь находится в транспассивной области, следовательно, ионы-окислители типа Сгв+ (0,05—0,25 m раствор К2Сг2О7), Мп'+, Се4+ являются необходимыми добавками к кипящей азотной кислоте. Скорость коррозии увеличивается с ростом содержания никеля в сплаве [21]. В сплаве с 78 % Ni, 17 % Сг и 5 % Fe она более чем десятикратно превышает эту величину для сплава аналогичного состава, но содержащего только 10 % Ni (длительность испытаний 70 ч). Этот эффект находится в противоречии с данными, согласно которым никель повышает стойкость нержавеющих сталей к КРН.

1. Катодная защита поляризацией до потенциала ниже критического потенциала питтингообразования. Для этого можно применять приложенный извне ток, а также в хорошо проводящих средах (например, морской воде) — защиту цинковыми, железными или алюминиевыми протекторами [44]. Аустенитные нержавеющие стали, применяемые для сварки малоуглеродистой листовой стали, а также гребные винты из стали 18-8, установленные на судах из черной стали, не подвергаются питтингу.