Безуглеродистые коррозионностойкие стали на Fe-Cr-Ni основе с некоторым варьированием дополнительных легирующих элементов

В решении этой проблемы связаны исследования, выполненные В.Р. Баразом, А.Н. Богомоловым, С.В. Грачевым и др. [33,36-38] и направленные на изыскание

Безуглеродистые коррозионностойкие стали на Fe-Cr-Ni основе с некоторым варьированием дополнительных легирующих элементов

Дипломная работа

Разное

Другие дипломы по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Литературный обзор

1.1 Особенности легирования коррозионностойких аустенитных сталей

1.2 Коррозионностойкие стали аустенитного класса

1.2.1 Стабильные аустенитные стали

1.2.2 Нестабильные аустенитные стали

1.3 Аустенитные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением

1.3.1 Стали с карбидным упрочнением

1.3.2 Стали с интерметаллидным упрочнением

1.4 Аустенитные стали, содержащие азот

1.5 Постановка задачи исследования

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

результаты эксперимента и их обсуждение

ВЫВОДЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Для производства изделий точного машиностроения, медицинской промышленности и других отраслей требуются высокопрочные коррозионностойкие стали функционального назначения.

В настоящее время марочный сортамент отечественных коррозионностойких сталей и сплавов представлен 63 марками, включенными в базовый ГОСТ 5632-72 и более чем 40 марками специального назначения, выпускаемыми по техническим условиям [1,2]. Это наиболее используемые на практике материалы различных структурных классов (мартенситного, аустенитного, ферритного и смешанных классов). Составы сталей, устойчивых к электрохимической коррозии, устанавливают в зависимости от среды, для которой они предназначаются. Эти стали можно разделить на два основных класса хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную, мартенситно-ферритную или мартенситную структуру, и хромоникелевые, имеющие аустенитную, аустенитно-мартенситную или аустенитно-ферритную структуру [3]. Однако широко распространенные и применяемые в промышленности стали мартенситного класса (20Х13, 30Х13) имеют недостаточную высокую коррозионную стойкость, а стали аустенитного класса (12Х18Н10Т) пониженную технологичность, в результате чего возникает необходимость поиска рациональных составов сталей, удовлетворяющих комплексу требуемых свойств: высокой прочности и технологичности, хорошей теплостойкости и коррозионной стойкости. В данной работе предприняты попытки изучения и разработки технологии получения высокопрочных изделий в виде проволоки из новых безуглеродистых сталей аустенитного класса на Fe-Cr-Ni основе.

 

1 Литературный обзор

 

.1 Особенности легирования коррозионностойких аустенитных сталей

 

Легирование коррозионностойких сталей и сплавов преследует достижение высокой коррозионной стойкости в рабочей среде (влажная атмосфера, морская вода, кислоты, растворы солей, щелочей, расплавы металлов и др.) и обеспечение заданного комплекса физико-механических характеристик.

Устойчивость против коррозии повышается при введении в состав стали хрома, никеля, алюминия, кремния. Эти элементы образуют непрерывную прочную оксидную пленку и повышают электродный потенциал, то есть увеличивают электроположительность стали.

Хром является основным легирующим элементом коррозионно-стойких сталей. Его содержание находится в пределах от 11 до 30 %.
С ростом содержания хрома коррозионная стойкость стали растет. Легирование стали хромом приводит к уменьшению склонности аустенитного зерна к росту при нагреве, существенному увеличению ее прокаливаемости, а также к замедлению процесса распада мартенсита [3].

Кроме хрома в состав коррозионностойких сталей входит также никель. Он повышает коррозионную стойкость в слабо окисляющих или неокисляющих растворах химических веществ, а также стабилизирует аустенитную структуру и позволяет создать аустенитные хромоникелевые стали с высокой коррозионной стойкостью. Никель увеличивает пластичность и вязкость стали вследствие уменьшения сопротивления кристаллической решетки движению дислокаций, а также снижения энергии взаимодействия дислокаций с атомами внедрения. Кроме того, никель снижает температуру порога хладноломкости и уменьшает чувствительность стали к концентраторам напряжений; перечисленные факторы способствуют повышению сопротивления стали хрупкому разрушению. Использование никеля в качестве основы позволяет получить сплавы с высокой коррозионной стойкостью в сильных агрессивных кислотах [4].

При создании коррозионностойких сталей для получения необходимой структуры, свойств и обеспечения максимальной коррозионной стойкости используют в различных сочетаниях также другие легирующие элементы: ферритообразующие (Cr, Mo, Al, Si, Ti, Nb, W, V) и аустенитообразующие (Ni, C, Mn, N, Co, Cu) [3]. В основном влияние легирующих элементов на область существования γ-фазы можно объяснить их изоморфностью (однотипностью кристаллической решетки) одной из фаз железа: α-фазе или γ-фазе. Так, никель изоморфен γ-фазе (решетка ГЦК), а молибден - α-фазе (решетка ОЦК). Однако встречаются и исключения, например алюминий замыкает γ-фазу, хотя и изоморфен ей [5].

Наиболее распространенные в технике и изученные в настоящее время коррозионностойкие стали аустенитного, аустенитно-ферритного и аустенитно-мартенситного классов имеют в своей основе различные комбинации систем Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-Mn с дополнительным легированием разными элементами [6]. При одновременном введении ферритообразующих и аустенитообразующих элементов в сталях могут наблюдаться различные структурные и фазовые соотношения. Для облегчения определения фазового состава сталей существуют структурные диаграммы. Пользуясь диаграммой А. Шеффлера, можно ориентировочно определить структуру стали, объединяя действие аустенитообразующих добавок в никелевый эквивалент, а ферритообразующих - в хромовый эквивалент (рисунок 1.1) [7]. Диаграмма показывает неравновесную структуру сталей, полученную после быстрого охлаждения с 1050° С до комнатной температуры. Относительный вклад каждого элемента в установление структуры определяется никелевым и хромовым эквивалентом по следующим формулам [8]:

 

Сrэкв = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,5(%Ti) + 1,75(%Nb) + 0,75(%N);

экв = %Ni + %Co + 30(%C) + 25(%N) + 0,5(%Mn) + 0,3(%Cu).

 

Более точной является структурная диаграмма коррозионностойких сталей, предложенная Я.М. Потаком и Е.А. Сагалевич (рисунок 1.2) [2,6]. Она соответствует структуре сталей после закалки от температур 1050-1100° С, принятых в практике при термической обработке. В отличие от диаграммы А. Шеффлера использование ее требует подсчета эквивалента ферритообразования Еф (Сфэкв) с учетом ферритообразующей способности легирующих элементов и эквивалента мартенситообразования Ем (Смэкв) с учетом влияния легирующих элементов на положение мартенситной точки.

 

Рисунок 1.1 - Структурная диаграмма для нержавеющих, литых хромоникелевых сталей (А. Шеффлер)

 

Рисунок 1.2 - Структурная диаграмма для нержавеющих сталей (Я.М. Потак, Е.А. Сагалевич) [9]

 

Подсчет эквивалентов может быть произведен по следующим формулам [3]:

 

 

В виду уникального сочетания свойств (прочность, пластичность, коррозионная стойкость) основную массу (70..75 %) выпускаемых сталей составляют классические аустенитные хромоникелевые стали типа
Х (17-20) Н (10-13). Углерод наряду с повышением прочности увеличивает склонность к хрупкому разрушению, поэтому уменьшение содержания углерода в этих сталях с 0,08-0,12 % до ≤ 0,03 % позволяет получить высокие значения механических свойств (особенно сопротивляемости хрупкому разрушению), существенно повысить коррозионную стойкость, предотвратить появление межкристаллитной коррозии. Высокое сопротивление межкристаллитной коррозии, хорошую пластичность и свариваемость имеют низкоуглеродистые аустенитные стали 04Х18Н10, 03Х18Н12, 03Х17Н14М3 и др. [10] . Из рисунка 1.3 следует, что при 0,10 % С в стали типа Х18Н12 межкристаллитная коррозия возникает быстрее, чем через минуту при 650 °С, в то время как при 0,02 % С она проявляется лишь после 100-200 ч при 550 °С [11].

 

Рисунок 1.3 - Температурно-временная зависимость области склонности стали Х18Н12 к межкристаллитной коррозии: 1 - 0,10 % С; 2 - 0,02 % С

 

Для повышения сопротивления межкристаллитной коррозии и измельчения зерна сталь легируют титаном или ниобием (15Х28Т, 12Х18Н10Т). Титан и ниобий связывают углерод, образуя карбид TiC и NbC и исключают возможность образования карбидов хрома, а следовательно, обеднение хромом феррита [11,12].

В работе [13] на сплавах с 11-12 % Ni изучали влияние титана и алюминия. Легирование титаном приводит к снижению температуры начала и конца превращения γ→α. В отличие от титана легирование сплавов алюминием вызывает повышение температуры начала превращения γ→α.

Устойчивость сталей против коррозии в органических кислотах, серной кислоте и морской воде повышает молибден (10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т) [14]. Молибден, введенный в состав сталей, оказывает сильное положительное воздействие на сопротивляемость питтинговой коррозии, а также повышает критическую температуру питтингообразования [15]. Молибден, а также вольфрам повышают прокаливаемость стали (особенно в присутствии никеля), способствуют измельчению зерна и подавлению отпускной хрупкости.

Положительно влияет на свойства сталей комплексное легирование молибденом и кобальтом. Влияние кобальта обусловлено тем, что он уменьшает растворимость молибдена в α-железе и тем самым увеличивает объемную долю фаз, содержащих молибден, то есть повышается σв [14]. Кобальт так же повышает предел текучести [16]. В работе [17] исследовали Fe-Cr-Ni-Co-Mo стали и показали, что при увеличении в стали содержания молибдена (от 2 до 3 %), а также кобальта (от 2 до 6 %) приводит к увеличению предела текучести, что обусловлено увеличением количества упрочняющих интерметаллидных фаз: R-фазы состава Mo14Cr11(Fe,Co,Ni)28, α-Cr, α-Mo. Однако упрочнение сопровождается уменьшением ударной

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>