Химический состав коррозионностойких сталей
Коррозионностойкая или нержавеющая сталь – это легированная сталь, которая устойчива к коррозии в атмосфере и агрессивных средах, а также обладает термостойкими свойствами.
Нержавеющая сталь отличается от углеродистой содержанием хрома. Незащищенная углеродистая сталь сразу начинает ржаветь под воздействием влаги и воздуха. Ржавчина - пленка оксида железа, существенно ускоряет процесс коррозии. Так как у оксида железа плотность ниже, чем у стали, его слой расширяется и может отслаиваться и отпадать. В нержавеющих сталях имеется необходимое количество хрома для создания инертного слоя оксида железа на поверхности. Данный слой предотвращает распространение коррозии, посредством блокировки диффузии кислорода.
Статья: Сталь повышенной коррозионной стойкости
При выборе состава коррозионностойкой стали придерживаются правила N/8, которое гласит: если к металлу, который неустойчив к коррозии, добавлять металл, образующий с ним твердый раствор и устойчивый к коррозии, то защитное действие проявляется скачкообразно в случае введения 1/8, 2/8, 3/8 … N/8 моль второго металла. Основным легирующим элементом для стали является хром, нержавеющей стали могут содержать элементы, которые сопутствуют железу - углерод, кремний, марганец, сера, фосфор, а также элементы, вводимые для придания определенных физических и механических свойств - титан, никель, ниобий, молибден, кобальт.
Степень сопротивления нержавеющей стали коррозии зависит от содержания хрома:
- При содержании хрома более 13 % сплавы являются нержавеющими при обычных условиях и в слабоагрессивных средах.
- При содержании хрома более 17 % сплавы являются коррозионностойкими в более агрессивных средах, например, в азотной кислоте с крепостью до 50 %.
Коррозионная стойкость нержавеющей стали в первую очередь обусловлена тем, что на поверхностях хромосодержащий детали, которая контактирует с агрессивной средой, образуется нерастворимая пленка оксилов. В сильных кислотах используются сложнолегированные стали с большим содержанием никеля, меди, кремния и молибдена. Увеличенная атмосферная коррозионная стойкость сталей может достигаться за счет изменения химического состава. Например, легирование медь в пределах 0,2-0,4 % коррозионная стойкость открытых конструкций увеличивается на 20 - 30%.
Основные виды нержавеющих сталей
Основными группами нержавеющих сталей являются:
- ферритные,
- мартенситные,
- аустенитные,
- комбинированные.
К ферритной группе относятся хромистые стали, которые маркируются F. В такиx сталях содержание хрома может достигать 30 %, а содержание углерода не превышает 0,15 %. Они обладают ферромагнтиными свойствами - характеризуются намагниченностью за пределами магнитного поля при критической низкой температуре. Чтобы достичь оптимальных свойств регулируется и определяется баланс между содержанием углерода и хрома. К достоинствам сталей ферритной группы относятся высокая пластичность, высокая прочность, высокая коррозионная стойкость, хорошая деформируемость в условиях холодной деформации, а также возможность термической обработки посредством отжига. Она используется в машиностроении, медицинской промышленности, приборостроении, пищевой промышленности, энергетике и в производстве оборудования, которое работает в щелочной и кислотной средах.
Под мартенситной структурой понимается структура, которая получается в результате закалки заготовки с последующим отпуском. Процесс закалки заключается в нагреве до температуры, превышающей критическую, а отпуск в последующем охлаждении. В результате этого происходит перестроение кристаллической решетки, а сплавы, полученные таким образом, обладают жаропрочностью, высокой твердостью, хорошей упругостью, устойчивостью к коррозии. Однако, в результате закалки и отпуска может увеличиваться хрупкость стали. Стали мартенситной группы используются при изготовлении металлических изделий, которые используются в агрессивных средах слабой и средней интенсивности. Хорошая упругость позволяет изготавливать валы, пружины, фланцы.
Аустенитные стали отличаются химическим строением - внедрением углерода в молекулярную решетку железа. В данных сталях может содержаться до 33% хрома и никеля. Немагнитность аустенитных сталей позволяет использовать их в широком спектре производственных процессов. Они обладают хорошей прочностью, экологической чистотой, пластичностью в горячем и холодном состояниях устойчивостью к электромагнитным излучениям, стойкостью к агрессивным средам.
В комбинированных сплавах сочетаются структуры и свойства аустенитно-ферритной и аустенитно-мартенситной групп.
