Виды нержавеющих сталей, коррозионная стойкость

 

 

Понятие о коррозии металла.

 

    Коррозия – это процесс разрушения металла под воздействием внешней среды. По механизму протекания различают химическую коррозию, возникающую под воздействием газов и неэлектролитов (нефть), и электрохимическую, развивающуюся в случае контакта металла с электролитами (кислоты, щелочь, соли, влажная атмосфера, почва, морская вода).

    Электрохимическая коррозия имеет свои разновидности: равномерная (по всей поверхности) и  локальная (на отдельных участках поверхности).

    В неоднородном, а часто и в однородном, металле коррозионный процесс зачастую реализуется за счет возникновения на поверхности стали микрогальванических элементов в связи с наличием там участков, обладающих различным электрохимическим потенциалом.

    Электрохимическая неоднородность может быть вызвана как наличием в сплаве нескольких фаз, так и разницей электрохимического потенциала на границе зерна и в объеме зерна. В данном случае по границам зерна реализуется интеркристаллитная (межкристаллитная) коррозия.

    Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими) сталями. Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой защитные пленки, препятствующие непосредственному контакту с внешней средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.

    На рисунке 1 показано распределение наиболее популярных марок нержавеющих сталей группы AISI 400 и группы AISI 300 в координатах: электрохимический потенциал стали–индекс P.I. Чем выше находится марка стали на этом рисунке, тем выше ее электрохимический потенциал и, следовательно, выше коррозионная устойчивость стали.

 

 

    P.I.=%Cr+3,3*%Mo    для сталей группы AISI 400

                  P.I.=%Cr+3,3*%Mo+16*%N  для сталей группы AISI 300

                 Исследования проводились в 3,5% растворе NaCI при температуре 30 градусов Цельсия  

 

Рис. 1

 

Понятие межкристаллитной коррозии (МКК) и способы борьбы с ней.

    Нагрев сталей, содержащих большое количество хрома, в интервале 400-800°С приводит к выделению в пограничных зонах зерен карбидов хрома Cr₂₃C₆ и обеднению в связи с этим указанных зон хромом ниже 12%-ного предела. Это вызывает снижение электрохимического потенциала пограничных участков аустенитного зерна и их растворение в коррозионной среде. Коррозионное разрушение имеет межкристаллитный характер, приводит к охрупчиванию стали, и называется межкристаллитной коррозией (МКК).

    Для уменьшения склонности сталей к МКК в их состав вводят сильные карбидообразующие элементы – титан или ниобий – в количестве, равном пятикратному содержанию углерода. В этом случае образуются карбиды типа TiC и NbC, а хром остается в твердом растворе. Этот способ борьбы с МКК является наиболее дорогим.

    Другим, более дешевым и распостранённым, способом борьбы с МКК является производство нержавеющих сталей с минимальным (менее 0.4%) содержанием углерода (С). В таких сталях (пример, AISI 304, 304L, 316, 316L) образование карбидов хрома Cr₂₃C₆ резко ограничено из-за отсутствия углерода.

    Добавление в стали типа AISI 316Ti небольшого количества титана (Ti) вызвано необходимостью придания стали специальных потребительских свойств (см. таблицу 1)

Таблица 1. Стали нержавеющие аустенитные (хромоникеленвые)  серии AISI 300.

                     Примеры применения.

Нержавеющие стали разделяют на две группы: хромистые и хромоникелевые.

Хромистые коррозионностойкие стали применяют трех типов: с 13, 17 и 27% хрома.

    При этом содержание углерода в сталях с 13% хрома может меняться в зависимости от требований.

    Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны, хорошо свариваются и штампуются. Их применяют для изготовления деталей, испытывающих ударные нагрузки (клапаны гидравлических прессов) или работающих в слабоагрессивных средах (лопатки гидравлических и паровых турбин и компрессоров). Рабочая температура до 450 градусов Цельсия.

Стали 30Х13 и 40Х13 обладают высокой твердостью и повышенной прочностью. Эти стали используют для изготовления карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов.

    Высокохромистые стали (12Х17, 15Х25Т, 15Х28) обладают более высокой коррозионной стойкостью и часто используются как окалиностойкие. Легирование титаном (15Х25Т) необходимо для повышения сопротивляемости межкристаллитной коррозии (см. таблицу 2). Сталь 08Х17Т жаростойка до 900 градусов Цельсия и применяется в теплообменниках.

Таблица 2. Стали нержавеющие ферритные и мартенситные серии AISI 400.

                    Классификация и рекомендации по применению.

Классификация сталей по базовым свойствам	Марка стали		Базовые химические компоненты	Характеристика стали и/или изделий из нее	Рекомендации по применению
	Стандарт DIN (EN)	Стандарт AISI
Стандартный тип	1.4006	410	13% Cr	Базовая ферритная низкохромистая сталь мартенситной структуры	Оборудование для общественного питания, детали машин, детали клапанов, очистительные установки, части насосов (оси), барабаны для вальцовки меди, решетки для угля и желоба
	1.4016	430	18% Cr	Cталь ферритная нержавеющая незакаливаемая	Товары повседневного использования, кухонное оборудование, декор, отделка, контейнеры для отжига латуни, горелки для нафты, резервуары и цистерны для азотной кислоты, установки для азота
	1.4000	410S	13% Cr  0.08% C	Базовая низкохромистая сталь с пониженным содержанием углерода, улучшенной обрабатываемостью, коррозионной стойкостью и прочностью сварных соединений	Столовые ножи, столовая посуда
Стали со способностью к глубокой вытяжке	1.4016	430	18% Cr	Базовая хромистая ферритная сталь с улучшенной способностью к глубокой вытяжке, незакаливаемая	Товары повседневного использования, кухонное оборудование, декор, отделка
Стали свариваемые и с высокой коррозионной стойкостью	1.4510	439	18% Сr Ti   LC	Прекрасная коррозионная стойкость в среде конденсата отработанных газов автомобиля	Автомобильные глушители, лифты и эскалаторы, кухонное оборудование
	1.4113	434	18% Сr 1% Mo	Сталь аналогичная стали 430, но стойкость к общей и точечной коррозии лучше чем у стали 430	Наружная отделка автомобилей (бамперы или иные выпуклые украшения, подверженные коррозии под воздействием антифризных солей).
		444	19%Cr 2%Mo Nb-UL	Превосходная стойкость к химической и электрохимической коррозии, приближенная к стойкости стали AISI 316	База солнечных батарей, баки для горячей воды
Стали для деталей машин		403	13%Сr - 0.1% С	Детали машин с высокой коррозионной стойкостью и пригодностью к механической обработке	Детали машин
Стали для изготовления оборудования общественного питания	1.4021	420	13%Cr – 0.2%C	Сталь нержавеющая мартенситная, закаливаемая до твердости HRC 50/52, детали с высокой износостойкостью	Лезвия бытовых автоматов, втулки, отвертки, детали высокотемпературных агрегатов, хирургический и стоматологический инструмент, штампы для изделий из пластмассы и стекла, части клапанов и валов
	1.4028	420	13%Cr – 0.3%C	Сталь нержавеющая мартенситная, закаливаемая до твердости HRC 50/52, детали с высокой износостойкостью	Оборудование для общественного питания, форсунки моющих систем, краны (затворы), чаши для весов
Стали с высокой стойкостью к окислению	1.4512	409	11%Cr Ti-LC	Пониженное содержание углерода, высокая стойкость к окислению и обрабатываемость	Трубы для отвода отработанных газов, коллекторы, кожухи конвертеров

         

    Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяются на аустенитные, аустенито-мартенситные и аустенито-ферритные. Структура этих сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов. Такие стали используются в машиностроении, химической промышленности, пищевой промышленности, ракетостроении, судостроении, медицине и авиации.

    Ниже приводится описание свойств наиболее популярных импортных хромоникелевых сталей (химический состав каждой стали можно посмотреть в таблице, которая также приведена на нашем сайте).

Сталь AISI 304. Базовая аустенитная нержавеющая сталь (аналог 08Х18Н9). Превосходные показатели по свариваемости. При длительном использовании при температуре от 450 до 850 градусов Цельсия в стали может развиваться процесс МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности

    Сталь AISI 304L. Полный аналог стали AISI 304, но содержание углерода менее 0,03%, что гарантирует минимальную склонность к МКК даже при температуре 450-850 градусов Цельсия. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

    Сталь AISI 321. Аналог стали 08Х18Н10Т. При достаточно высоком содержании углерода для защиты от МКК применяется легирование титаном. Возможно длительное использование при  температура  700-800 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

    Сталь AISI 316. Данная сталь содержит 2-3% молибдена, что обеспечивает прекрасную устойчивость против коррозии в агрессивных средах. При критических температурах (порядка 800 градусов Цельсия) возникает опасность МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

    Сталь AISI 316L. Аналог стали AISI 316, но с содержанием углерода менее 0,03%, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

    Сталь AISI 316Ti. Аналог стали AISI 316, но с добавлением титана, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур 800-850 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.