Легированные чугуны

Хромистые чугуны приобретают коррозионную стойкость только при условии содержания хрома в твердом растворе в количестве, достаточном для достижения. Первый порог устойчивости соответствует содержанию 11,7 масс.% Сг. Первоначально хром вступает в реакцию с углеродом, содержащемся в чугуне, и образует карбиды типа Сr7С3. При этом 1 % С связывает около 10% Сг, что вызывает сильное обеднение твердого раствора хромом. Основные марки хромистых чугунов Х28 и Х34 содержат (26-30) % Сг и (32-36) % Сг соответственно. Хромистые чугуны хорошо сопротивляются механическому износу, прочны на изгиб и растяжение, обладают удовлетворительными литейными свойствами. Они устойчивы к газовой коррозии до температуры 1100° С, жаропрочность до 600°С. Из них готовят печную арматуру, части барабанных сушилок, плавильные горшки, реакторы, автоклавы и т.д.

Никелевые чугуны — СЧЩ-1 и СЧЩ-2 — устойчивы к воздействию расплавов щелочей. Чем больше содержится в чугуне никеля, тем выше его стойкость. Никелевые чугуны жаропрочны и жаростойки.

Никеле-хромо-кремнистый чугун — нихросилалъ — имеет состав: 1,8-3,0% Сг, 13-20% Ni, 5-7% Si, 1,7-2,0% С и 0,6-0,8% Мп. Он характеризуется повышенной жаростойкостью, жаропрочностью и вязкостью.

Никеле-медно-кремнистый чугун — нирезист — отвечает составу: 2-4 % Сг, 11-16 % Ni, 1,5-2,5 % Si, 2,8 % С, 6-7 % Си и 2 % Мn.

Он жаростоек до 600 °С и жаропрочен до 550 °С. Применяется при повышенных нагрузках.

Алюминиевые чугуны жаростойки. Чугун марки «Чуголь» имеет состав: 5,5-7,0% А1, 1,0-2,3% Si, 2,5-3,2% С и 0,6-0,8% Мn. Он имеет хорошую жаростойкость — 900 ° С, но пониженную жаропрочность — 400°С. Применяется при малых механических нагрузках, но высоких температурах. Из алюминиевых чугунов готовят тигли для расплавленных солей, цементационные ящики.

Кремнистые сплавы — ферросилиды — содержат до 14-18% кремния и до 0,4-0,8 % углерода. Они обладают низкими прочностными свойствами, высокой твердостью и хрупкостью, чувствительны к перепадам температур. Изделия из таких сплавов получают обычно методом литья.

Кремнистый чугун — силалъ (С-21-40) состава: 5-10% Si, 2,4- 2,5 % С, 0,5-0,6 % Мn является доступным жаростойким (до 850 °С) и достаточно жаропрочным материалом. Он используется для изготовления колосников и деталей печной аппаратуры.

Современные коррозионностойкие сплавы и стали

В зависимости от структуры коррозионностойкие стали подразделяются на:

• мартенситные и мартенсито-ферритные, к которым относятся конструкционные (08X13,12X13,20X13), высокоуглеродистые инструментальные (30X13, 40X13, 95X18) и хромоникелевые мартенсито-ферритные (14Х17Н2Д2Х17) стали;

• ферритные (08Х17Т, 08Х17Т1); к ним относятся и суперферриты, содержащие пониженное количество С, N и О (например, 015Х18М2Б);

• аустенитные, к которым относятся хромоникелевые стали типа XI8H1ОТ, хромоникельмолибденовые стали с содержанием 2-4% Мо (например, 03Х17Н14М2, 10Х17Н13МЗТ, 08Х17Н13М2Т), хромоникельмарганцевые и хромомарганцевые стали (например 20Х13Н4Г9,10Х14АГ15,07Х21Г7АН5), высоколегированные коррозионностойкие сплавы на основе железа (например, 03ХН28МДТ);

• аустенито-ферритные (например, 08Х22Н6Т, 03Х25Н5АМ2, 06Х225Н7М2Б);

• аустенито-мартенситные (содержащие 12-17 % Сг) и мартенсито-стареющие (например, 08Х15Н5Д2Т, 09X15Н8Ю, 0Х13Н8- Д2ТМ).

В последние годы большое внимание уделяется разработке суперсталей с повышенным содержанием Сг (22-28 %), Ni (24-28 %), Mo (4-8 %), N (до 1 %) и др.

В зависимости от назначения коррозионностойкие стали подразделяются на стойкие против различных видов локальной коррозии— межкристаллитной, питтинговой и коррозионно-механического износа.

Стали аустенитного класса. Стали этого класса имеют ГЦК решетку твердого (γ) раствора. Они немагнитны, обладают высокой пластичностью в интервале от 196 до 800°С; отличаются высокой жаростойкостью и сопротивлением коррозии в растворах электролитов.

Условно стали разделяют на три группы по содержанию углерода:

• С≤(0,08-0,12)% — стали типа Х18Н10, Х18Н10Т(Б), Х17Н- 13М2(3)Т;

• С≤(0,02-0,03)% —стали типа Х18Н11,Х17Н14М2(3);

• С ≤(0,02-0,03)% (при S < 0,015-0,020%, Р ≤0,02-0,030%) — стали типа Х20Н25 и Х25Н21 с 2-6 % Мо.

В отечественной практике получили распространение стали 03Х18Н17 и 03Х17Н14М3.

Сталь 03X18Н11 применяется для изготовления оборудования и трубопроводов в производстве азотной кислоты и аммиачной селитры. Для изготовления сварного оборудования этих производств в настоящее время применяют сталь марки 03Х19АГЗН10 взамен 03Х18Н11, что обеспечило снижение металлоемкости оборудования на 20%.

Сталь 03Х17Н14МЗ используется для изготовления аппаратуры в производстве карбамида и капралактама, фосфорной кислоты и минеральных удобрений.

Разработаны и внедрены в производство новые марки 03X18Н16- МЗ-ВД и 02Х25Н22АМ2-ПТ. Первая марка применяется в производстве медицинского инструмента и имплантантов. Она соответствует требованиям международного стандарта ИСО 5832/1-87. Вторая марка стали заменила импортные стали 2RE69 и 25USFEP для изготовления оборудования, работающего в наиболее жестких условиях синтеза карбамида, а также в сернокислых, азотнокислых и сероводородосодержащих средах.

Эффективным способом повышения коррозионной стойкости хромоникелевых сплавов в сильноокислительных средах является легирование их кремнием.

Стали 03Х8Н22С6 и 02Х14Н19С6Б применяются для сварного оборудования, работающего в атмосфере концентрированной HNO3 при температурах до 110 °С.

Разработанная в последние годы азотсодержащая сталь 03Х20Н16АГ6 применяется в криогенном машиностроении для изготовления сварных крупногабаритных аппаратов, работающих под давлением и при периодической смене температур от 20 °С до —269 °С.

Стали ферритного класса. Это — хромсодержащие (от 11 % до 30% Сг) сплавы железа, имеющие ОЦК решетку а-твердого раствора. Они не уступают в ряде сред по коррозионной стойкости аустенитным сталям, но имеют более низкие механические характеристики, ферромагнитны и склонны к межкристаллитной коррозии (МКК). Наибольшее влияние на склонность к МКК оказывают углерод и азот.

Стали аустенитно-ферритного класса (ГОСТ 5632-72) по сравнению с аустенитными характеризуются более высокой прочностью (в 1,5-2 раза), стойкостью к МКК и к растрескиванию в хлоридных и щелочных средах.

Существуют три поколения аустенитно-ферритных сталей, содержащих:

• С ≤0,12 %, стабилизированных титаном (марки 08Х22Н6 (ЭП53) и 08Х21Н6М2Т (ЭП54));

• С ≤0,03 % (марки 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2);

• С ≤ 0,03 %, дополнительно легированные азотом.

Наилучшим комплексом свойств обладают низкоуглеродистые стали третьего поколения. Наиболее перспективна среди них сталь марки 03Х24Н6АМЗ (ЗИ130). После закалки при температуре 1070— 1120 °С в стали формируется двухфазная аустенитно-ферритная структура с соотношением аустенита и феррита в пределах 40-50 %. Эта сталь является высокоэффективной технологичной коррозионностойкой сталью. Вследствие повышенной прочности ее целесообразно применять при эксплуатации в условиях коррозионно-эрозионного изнашивания. Из этой стали изготовлено оборудование для производства экстракционной фосфорной кислоты, минеральных удобрений, карбамида и капралактама.

В промышленности наряду с легированными сталями и чугунами широко используются другие металлы и сплавы на их основе.