Коррозионно-стойкие нержавеющие стали

В зависимости от химического состава коррозионно-стойкие, нержавеющие стали делятся на:
*хромистые,
*хромоникелевые.

Хромистые стали.
Стали мартенситного класса марок ст.20X13, ст.30X13, ст.40X13 содержат в среднем около 13% хрома.
Это минимальное количество хрома, делающее сталь нержавеющей.
Эти стали устойчивы против коррозии в атмосфере, слабых растворах органических кислот и солей и других агрессивных средах.

Для повышения коррозионной стойкости стали подвергаются:
*упрочняющей термической обработке,
*шлифованию,
*полированию.

Чем больше в хромистых сталях углерода, тем сильнее снижается коррозионная стойкость. С повышением содержания углерода возрастает также хрупкость сталей.
С понижением содержания углерода хромистые стали по структурному признаку переходят из мартенситного класса в мартенситно-ферритный (сталь марки ст.12X13) и даже чисто ферритный (сталь марки ст.08Х13) классы.
Стали марок ст.08Х13, ст.12X13, ст.20Х13 являются не только коррозионно-стойкими, но и жаропрочными. Они могут использоваться при температурах 500-650 °С в нагруженном состоянии.
Недостатком хромистых сталей с 13% хрома является низкая стойкость против коррозионного растрескивания и точечной коррозии в средах, содержащих ионы хлора.

Хромоникелевые стали.
Стали марок ст.20X17Н2 (мартенситного класса) и ст.14Х17Н2 (мартенситно-ферритного класса) имеют более высокие механические свойства и коррозионную стойкость, чем рассмотренные хромистые стали. Сталь марки ст.20X17Н2 хорошо штампуется, удовлетворительно обрабатывается резанием, сваривается всеми видами сварки. Удовлетворительные технологические свойства имеет и сталь марки ст.14X17Н2. Она устойчива по отношению к азотной кислоте, многим органическим кислотам. Сталь не только коррозионно-стойкая, но и жаропрочная и может применяться при температуре до 400 °С.

Низкоуглеродистые ферритные стали.
Эти стали имеют высокую коррозионную стойкость, содержат 17-28% хрома (марки ст.12X17, ст.08X17Т, ст.15Х25Т и др.). Они применяются для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (азотной кислоте), в водных растворах аммиака, в аммиачной селитре и других агрессивных средах. Стали применяются в отожжённом состоянии или без термообработки.

Недостатками высокохромистых сталей ферритного класса являются:
*склонность к росту зерна при нагреве,
*склонность к охрупчиванию в интервале температур 400-500 °С,
*трудности в обеспечении свариваемости,
*склонность к межкристаллитной коррозии,
*невысокие прочностные свойства.

Стали марок ст.12X17 и ст.15X28 (без титана) для изготовления сварных конструкций не рекомендуются.
И, наоборот, стали марок 08X17Т и 15Х25Т могут использоваться для изготовления сварных конструкций.

Высокохромистые стали ферритного класса марок ст.08X17Т, ст.12X17, ст.15Х25Т и ст.15X28 используются также в качестве жаростойкого материала, причём у сталей марок ст.08X17Т, ст.15Х25Т и ст.15X28 жаростойкость имеет преимущество по сравнению с коррозионной стойкостью.

Коррозионно-стойкая подшипниковая сталь марки ст.95X18 мартенситного класса применяется для изготовления подшипников для нефтяного оборудования, подшипников, работающих в морской воде, растворах кислот и других агрессивных средах.

Хромоникелевые стали аустенитно-мартенситного (переходного) класса.
Эти стали широко применяются в качестве конструкционного материала в различных областях техники. Химическая стойкость сочетается у них с высокой прочностью, хорошей свариваемостью и достаточной пластичностью.

Высокие механические свойства стали данного класса получают после комплексной термической обработки, состоящей из закалки или нормализации от 975-1130 °С, обработки холодом при -70 °С или высокого отпуска для дестабилизации аустенита при 740-760 °С и старения при 350-500 °С с последующим охлаждением на воздухе.

Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали аустенитно-ферритного и аустенитного классов.
Стали этих классов широко применяются в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в самолёто-и судостроении, в строительстве и в быту. Это объясняется высокими механическими свойствами, немагнитностью, хорошей свариваемостью, высокой прочностью и пластичностью в сварных соединениях.

Стали аустенитно-ферритного класса после оптимальной термической обработки (закалки в воде или воздухе с 950-1050 °С) имеют структуру, состоящую из равномерно чередующихся зерен феррита и аустенита (с соотношением фаз примерно 1:1).

У сталей данного класса имеется ряд преимуществ по сравнению с однофазными аустенитными сталями: более высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости, отсутствие склонности к росту зерна при сохранении двухфазной структуры, меньшая склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию, меньшее содержание дефицитного никеля.

Существенный недостаток сталей аустенитно-ферритного класса — рост хрупкости при 400-600 °С, поэтому их предельная рабочая температура составляет 350 °С.

Хромоникелевые стали аустенитного класса нашли широкое применение в различных отраслях машиностроения в качестве коррозионно-стойкого и жаростойкого конструкционного материала.

Эти стали после закалки в воде, масле или на воздухе с 1000-1100 °С имеют однородную структуру аустенита. При этом достигается наиболее высокая коррозионная стойкость в окислительных средах в сочетании с хорошей пластичностью при умеренной прочности.

Наибольшее распространение в технике получили стали марок ст.12Х18Н10Т, ст.08Х18Н10Т и ст.10Х17Н13М2Т, имеющие высокую коррозионную стойкость в большом диапазоне агрессивных сред и отличающиеся хорошей технологичностью (свариваемостью, штампуемостью).

Сталь марки ст.12Х18Н9 склонна к межкристаллитной коррозии, поэтому после закалки её нельзя нагревать выше 400 °С, т.е. практически нельзя сваривать различными методами сварки, за исключением точечной.

Стали с низким содержанием углерода (маркист. 03X18Н11 и др.) менее склонны к межкристаллитной коррозии, они имеют повышенную коррозионную стойкость в азотной кислоте высоких концентраций и в других агрессивных средах, хорошую свариваемость, пластичность, высокую способность к полированию.

Для уменьшения склонности хромоникелевых аустенитных сталей к межкристаллитной коррозии в состав стали вводят также титан и реже ниобий (марки ст.08Х18Н10Т, ст.12Х18Н10Т, ст.08Х18Н12Б и др.). Эти стали можно успешно использовать для сварных конструкций, работающих в агрессивных средах.

Положительное влияние на увеличение коррозионной стойкости сталей в ряде сред (органические кислоты, морская вода и др.) оказывают добавки молибдена (2-4%). Однако стали, содержащие молибден (марки ст.08Х17Н13М2Т, ст.10Х17Н13М2Т и др.), обладают склонностью к охрупчиванию в результате нагрева при 600-750 °С и имеют более низкую коррозионную стойкость в условиях действия азотной кислоты повышенных концентраций, чем хромоникелевые стали.

Хромомарганцевоникелевые аустенитные стали
Для экономии остродефицитного никеля взамен хромоникелевых аустенитных сталей выпускаются хромомарганцевоникелевые стали, где часть никеля заменяется марганцем.

Хотя коррозионная стойкость хромомарганцевоникелевых сталей несколько ниже, чем сталей, содержащих 18% хрома и 10% никеля, они широко применяются в промышленности для изготовления бытовых приборов, пищевого оборудования, установок для сжиженных газов и т.д. Хромомарганцевоникелевые стали марок ст.10Х14Г14Н4Т и ст.07Х21Г7АН5 применяют в качестве криогенного материала при температурах -196 °С, -253 °С.

Коррозионно-стойкие (кислотостойкие) сплавы на железоникелевой и никелевой основе.
При изготовлении химической аппаратуры, работающей в агрессивных кислотных средах (в серной, соляной, азотной, фосфорной кислотах и их смесях различной концентрации) при различных температурах необходимо применять материалы с более высокой коррозионной стойкостью, чем нержавеющие стали. Для этих целей используют кислотостойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основах.

Сплавы на железоникелевой основе применяются для изготовления сварных конструкций в целлюлозно-бумажной промышленности, производстве минеральных удобрений и в других отраслях техники при работе в серной кислоте различных концентраций и других агрессивных средах.

Сплавы на никелевой основе, содержащие большое количество молибдена, применяют в особо агрессивных средах (в соляной, серной, фосфорной, концентрированной уксусной и других кислотах) при повышенных температурах.