Жаростойкие стали и сплавы

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Специальные стали

Поверхностное разрушение металла под действием внешней среды называется коррозией. В зависимости от механизма коррозионного процесса различают электрохимическую (под действием электролитов) и газовую (под действием газов) коррозию. Стали, являющиеся стойкими против электрохимической коррозии, классифицируют как коррозионностойкие или нержавеющие, а против газовой коррозии – жаростойкие.

Основной причиной электрохимической коррозии сталей является низкий электрохимический потенциал железа, который может повысить только хром. Наличие в стали более 12% Cr делает её коррозионностойкой.

Различают хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали. Хромистые стали разделяются в зависимости от содержания хрома на три типа: с 13% Cr, 17% Сr и 27% Cr.

Стали с 13% Cr относятся к сталям мартенситного класса. Это наиболее распространенные и дешевые нержавеющие стали и, кроме этого, имеют хорошую свариваемость. Стали 30Х13 и 40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т. д. Эти стали закаливают от 1000…1050^оС в масле и отпускают при 180…200^оС с получением твердости 50…60 HRC.

Стали с 17% и 25% Сr относятся к сталям ферритного класса. Широкое распространение получили стали 12Х17, 15Х25Т, 15Х28, 25Х25Т. Сталь 12Х17 применяют после рекристаллизационного отжига при 760…780^оС для изготовления оборудования для пищевой промышленности и кухонной посуды. Стали 15Х25Т и 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей, работающих в агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20^оС.

Хромоникелевые нержавеющие стали 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10Т относятся к немагнитным сталям аустенитного класса. Для получения чисто аустенитной структуры, обладающей высокой коррозионной стойкостью, их закаливают в воде от 1100…1150^оС.

При нагревании этих сталей до температур 500…570^оС возможно образование по границам зерен аустенита карбидов хрома, в результате чего приграничные зоны обедняются хромом до содержания менее чем 12%. Это создает условия для распространения коррозии по границам зерен (так называемая межкристаллитная коррозия). Для предотвращения этого явления в сталь вводят 0,10…0,15 % Ti.

Жаростойкость (окалиностойкость) - это сопротивление металла окислению в газовой среде при высоких температурах. К жаростойким относятся стали, которые работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 500^оС.

Для повышения окалиностойкости сталь легируют хромом, алюминием, кремнием. Эти элементы имеют большее сродство c кислородом, чем железо, и образуют на поверхности стали плотные пленки окислов Cr₂O₃, Al₂O₃, SiO₂. Наличие этих пленок приводит к торможению процессов последующего окисления.

Окалиностойкость зависит от состава стали, а не от её структуры и определяется, прежде всего, содержанием хрома. Минимальное содержание хрома, которое обеспечивает окалиностойкость при разных температурах, составляет: для 700^оС – 5%; для 900^оС – 12%С; для 1000^оС – 18%; для 1100^оС – 25%.

Стали, легированные Cr и Si, имеют название сильхромы, легированные Cr и Al – хромали, а легированные Cr, Al и Si – сильхромали.

В качестве сильхромалей широкое распространение нашли стали мартенситного класса 40Х9С2 и 40Х10С2М, которые имеют температуру окалинообразования 850^оС.

Сталь 10Х13СЮ (сильхромаль) окалиностойкая до 950^оС и, кроме этого, обладает стойкостью в средах, содержащих серу. Однако необходимо отметить, что присутствие большого количества алюминия и кремния в этих сталях способствует повышению хрупкости и поэтому их содержание ограничивают.

Для работы при более высоких температурах до 1100^оС применяют стали 10Х23Н18, 15Х25ТЛ, 30Х24Н12СЛ.