Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123


4 8 12 16 20 28 32 36 40 44 Эсг = %Сг + %Мо+ l,5%Si + 0,5%Nb

Рис. 5.7. Структурная диаграмма для хромоникелевых коррозионностойких сталей (диаграмма Шеффлера)

повышенной агрессивности, например в производстве фосфорной и уксусной кислот, а также в средах, содержащих ионы хлора, в них стали вводить молибден в количествах от 2 до 6 % при сохранении хрома на уровне 16...18% и увеличении содержания никеля до 13...16 %. Повышение содержания никеля в сталях этого типа обусловлено, в основном, необходимостью компенсировать ферритообразующее действие молибдена, чтобы в стали сохранить аустенитную структуру. Появилась группа аустенитных хромоникельмолибденовых сталей, обладающих существенно более высокой коррозионной стойкостью и сохранивших уникальное сочетание физико-механических свойств хромоникелевых сталей. К этому типу сталей относятся стали 09...10Х17Н13М2(3)Т, 03Х17Н14МЗ, 03Х18Н16МЗ-ВД и др.

Аустенитных хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей типа 18-10 и 17-13-3 в стандартах промышленно развитых государств достаточно много. Они имеют весьма широкий спектр применения. В частности, стали типа Fe-17Cr-10Ni-3Mo-Ti (ЭИ448) широко используют для сварных конструкций, работающих в кипящих фосфорной кислоте, 10%-ной серной, уксуснокислой кислоте, в производстве мочевины и других средах повышенной агрессивности.

Хромомарганцевые и хромоникельмарганцевые стали. Стремление сохранить комплекс свойств хромоникелевых аустенитных сталей и одновременно удешевить их посредством уменьшения в составе дорогостоящего никеля привело к созданию группы хромоникельмарганцевых и хромо-марганцевых аустенитных сталей, в которых никель частично или полностью заменен марганцем.

Стали группы Сг-Mn-N в средах слабой агрессивности могут достаточно эффективно заменять хромоникелевые стали. Марганецсодержащие аустенитные стали имеют более высокий предел текучести при комнатной температуре при сохранении пластичности на уровне или даже несколько выше хромоникелевых сталей. Наиболее применимы из указанной группы стали 10Х14Г14Н4Т (ЭИ711), 07Х21Г7АН5 (ЭП222), 10Х14АГ15 (ДИ13), 10Х13Г18Д (ДИ61).

Таким образом, марганцовистые аустенитные нержавеющие стали имеют более высокий предел текучести при комнатных температурах, чем хромоникелевые стали. Термическая обработка этих сталей идентична хромоникелевым, но марганцевый аустенит имеет существенные отличия от хромоникелевого прежде всего по характеру протекания карбидной реакции при нагреве в интервале 500...800°С. Основной избыточной фазой, вьщеляющейся в хромомарганцевых сталях, в том числе

6928

Наконец, третье возможное фазовое превращение в аустенитных хромоникелевых сталях - образование а-фазы мартенситного типа, наблюдается в очень специфичных условиях раздельного или совместного воздействия холодной деформации и низких температур. Так, в сталях 03X18Н8 и 03Х18Н10 а-мартенсит образуется при охлаждении до -60 и -196 °С, а в стали 03Х18Н12 при -250 °С.

Металлопрокат из аустенитных нержавеющих сталей, как бьио отмечено выше, - наиболее распространенный вид металлопродукции из высоколегированных сталей, применяемый праетически во всех областях промышленности и строительства. Такая востребованность аустенитных хромоникелевых сталей обусловлена уникальным комплексом физико-механических и коррозионных свойств. Стали этого класса парамагнитны, имеют только им присущее сочетание прочности, пластичности, вязкости вплоть до водородных (-253 °С) и гелиевых (-269 °С) температур, свариваемости, коррозионной стойкости во многих средах окислительного характера. Эти стали широко используются для сварных конструкций различного назначения в химической, пищевой и других отраслях промышленности и машиностроении.

Хромоникельмолибденовые стали. С целью дальнейшего повышения коррозионной стойкости хромоникелевых сталей для работы в средах



сталях с азотом, является карбид Cr23Cg, в то время как в хромоникелевых сталях наряду с карбидом СгззС вьщеляются карбиды типа МеС (TiC, NbC) в зависимости от легирования.

Несмотря на, казалось бы, более предпочтительньш комплекс свойств нержавеющих сталей с марганцем по сравнению с хромоникелевыми сталями, первые не получили развития главным образом по причине неудовлетворительной стойкости их в хлорсодержащих средах, в частности, в морской воде.

Стали аустенито-ферритного класса. Дальнейшее развитие экономичных нержавеющих сталей привело в середине XX в. к созданию двухфазных сталей аустенито-ферритного класса, в иностранной литературе дуплекс-стали , которые демонстрируют свойства, присущие аустенит-ным и ферритным сталям в отдельности. Название сталей этого класса подсказывает, что при комнатных температурах структура их состоит из аустенита и феррита обычно в соотношении, близком к единице. Аус-тенито-ферритные стали в отличие от аустенитных и ферритных характеризуются более высокими прочностью (предел текучести их выше в 1,5-2 раза), стойкостью к МКК, стойкостью против коррозионного растрескивания под напряжением в хлоридных и щелочных средах. Существует три поколения аустенито-ферритных сталей: к первому поколению относятся стали, содержащие < 0,12% углерода и стабилизированные титаном, это стали 08Х22Н6 (ЭП53), 08Х21Н6М2Т (ЭП54); ко второму поколению относятся стали, содержащие < 0,03 % С без стабилизирующих элементов, это стали 03Х23Н6 (ЗИ68), 03Х22Н6М2 (ЗИ67); к третьему поколению относятся стали с < 0,03 % С без стабилизирующих элементов, но дополнительно легированные азотом до 0,35 %. Наилучшим комплексом свойств обладают стали третьего поколения, из которых наиболее перспективна сталь 03Х24Н6АМЗ (ЗИ130). Так, в растворах серной кислоты сталь 03Х24Н6АМЗ имеет более высокую коррозионную стойкость, чем сталь 10Х17Н13М2Т (ЭИ448), которая содержит 13 % никеля, и не уступает сплаву на железоникелевой основе 06ХН28МДТ (ЭИ943), содержащему 28 % никеля. Сталь 03Х24Н6АМЗ хорошо противостоит питтинговой коррозии: в растворе 6%-ного РеС1з скорость коррозии составляет < 0,1 г/м ч и близка к скорости коррозии высоконикелевого сплава ХНЗОМДБ; сталь устойчива против сероводородного коррозионного растрескивания при нагрузке 0,9оо2 и базе испьгганий 720 ч в стандартном растворе 5%-ного NaCl, насыщенном сероводородом и подкисленном уксусной кислотой до рН 2,9...3,0; наконец, сталь целесообразно применять для работы в серно-, фосфорно- и

азотнокислых средах, а та1сже в условиях коррозионно-эрозионного изнашивания.

Структурные превращения в аустенито-ферритных сталях достаточно сложны, что определяется наличием двух составляющих с разным типом кристаллических решеток и разной скоростью диффузии в них легирующих элементов.

Железоникелевые сплавы. Для работы оборудования при производстве крепких кислот различных концентраций, сложных минеральных удобрений, целлюлозы и в других средах повышенной агрессивности комплекса физико-механических и коррозионных свойств коррозионностойких сталей бывает недостаточно. В таких случаях приходится использовать сплавы на железоникелевой и никелевой основах, которых в мире и в России создано достаточно много. Под сплавами на железоникелевой основе принято понимать сплавы железа с никелем, в которьгх сумма никеля и железа составляет > 65 % при приблизительном соотношении железа к никелю, равном 1,5. Сплавы на основе никеля - это никель, легированный различными элементами: хромом, молибденом, ниобием, вольфрамом, ванадием и другими элементами. Существуют в промышленности условия, в которых никакой другой конструкционный материал, кроме никелевых сплавов, не может обеспечить нормальное течение технологического процесса.

К группе отечественных сплавов на железоникелевой основе относятся сплавы 06ХН28МДТ (ЭИ943), 03ХН28МДТ (ЭП516), ХНЗОМДБ (ЭК77), ХН40МДБ (ЭП937), ХН40МДТЮ (ЭП543) и др.

Сплавы ЭИ943 и ЭП516 характеризуются одинаковой стойкостью к общей коррозии в серной кислоте при более высокой стойкости к МКК сплава ЭП516 за счет пониженного содержания углерода (<0,03%).

Сплав ЭК77 разработан для работы в растворах серной и фосфорной кислот, загрязненных хлоридами и фторидами, в производстве минеральных и органических кислот, т. е. в условиях, для которых коррозионная стойкость сплавов ЭИ943 и ЭП516 недостаточна. Сплав стоек против питтинговой и щелевой коррозии, пригоден для работы в сероводород-содержащих средах.

Сплав ХН40МДБ (ЭП937), которому соответствуют зарубежные сплавы Nicrofer 4823hMo, Inco alloy G-3, Incoloy 825 и другие, обладает исключительно высокой стойкостью к точечной и язвенной видам коррозии, коррозионному растрескиванию в хлоридах и сероводородсодержа-Щих средах. Сплав весьма стоек в растворах серной кислоты (при концентрациях до 60 % и температуре 80 °С), в кипящих растворах азот-



ной (до 40 %), фосфорной (до 40 %), муравьиной кислоте всех концентраций.

Сплав ХН40МДТЮ (ЭП543) относится к категории дисперсионно-твердеющих материалов, в которых комплекс служебных свойств достигается после закалки от 1050... 1100 °С и последующего старения при 750 °С. Сплав применяется для тяжелонагруженных узлов подземного скважинного оборудования, работающего на сероводородсодержащих месторождениях.

Сплавы на основе никеля. Для экстремальных условий эксплуатации, когда на металл одновременно воздействуют среды высокой агрессивности, высокие температуры и давления, комплекса физико-механических и коррозионных свойств железоникелевых сплавов бывает недостаточно. В этом случае применяют довольно дорогостоящие никелевые сплавы, в которых железо может присутствовать в незначительных количествах. Никель обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, способностью растворять в большом количестве многие элементы, такие как хром, молибден, железо, медь, которые являются основными легирующими элементами коррозионностойких никелевых сплавов.

Коррозионностойкие никелевые сплавы разработаны на основе трех систем легирования [16]: Ni-Мо, Ni-Сг-Мо и Ni-Cr:

- никельмолибденовые сплавы марок Н65М-ВИ (ЭП982-ВИ), Н70МФВ-ВИ (ЭП814А-ВИ) и их зарубежные аналоги Hastelloy В-2, Nimofer S6928, имеющие исключительно высокую стойкость в средах неокислительного характера - в соляной, фосфорной, серной кислотах, влажном хлористом водороде, органических кислотах при повышенных температурах;

- никельхромомолибденовые сплавы марок ХН63МБ (ЭП758У), ХН65МВУ (ЭП760) и их зарубежные аналоги Hastelloy С-276, Hastelloy С-22, обладающие вьюокой коррозионной стойкостью в широкой гамме высокоагрессивных сред окислительного и восстановительного характера, в водных растворах хлоридов меди (до 20 %) и железа (до 35 %), растворах серной, фосфорной, уксусной и муравьиной кислот, загрязненных ионами хлора и фтора, в сухом хлоре, мокром хлористоводородном газе, в кремнефтористоводородной кислоте и в других агрессивных средах;

- никельхромовые сплавы марок ХН58В (ЭП795) и зарубежный аналог Nicrofer 6030, имеющие высокую стойкость в растворах азотной кислоты в присутствии фтор-иона при высоких температурах. Никеле-

вые сплавы этой основы легирования успешно используют как жаростойкий материал, например, сплав ХН78Т (ЭИ435).

Необходимо отметить, что сравнительные испытания отечественных сплавов на основе никеля Н65М-ВИ, ХН65МВ, ХН63МБ с зарубежными (Крупп ВДМ) сплавами близкого состава Hastelloy В-2, Nimofer S6928, Hastelloy С-276, Hastelloy С-22, Nicrofer 5715hMoW, Nicrofer 5923hMo, проведенные в ЦНИИЧМ и НИИхиммаше, показали, что первые не уступали, а в ряде случаев превосходили последние по комплексу эксплуатационных свойств.

Задачи, стоящие перед металлургами всех стран в плане улучшения свойств коррозионностойких сталей и сплавов, сводятся к оптимизации легирования, к общему повышению качества металлопродукции, к снижению издержек производства. За счет оптимального легирования достигается формирование требуемой структуры стали, чистота стали по неметаллическим включениям и нежелательным избыточным фазам и получение наиболее благоприятного сочетания в сталях служебных свойств. В этом смьюле сюгжение содержания углерода в сталях с фер-ритной, аустенитной и аустенито-ферритной структурой, а также в железоникелевых и никелевых сплавах является одним из путей для до-стргжения поставленной цели.

Имеется много работ, в которых показана практическая возможность частичной замены дорогого и дефицитного никеля на другие аустени-тообразующие элементы с улучшением свойств аустенитных коррозионностойких сталей. Известно, что азот в количествах 0,05...0,25 % оказывает положительное влияние на комплекс физико-механических и коррозионных свойств нержавеющих сталей со структурой аустенита и при этом для производства нержавеющих сталей с указанными содержаниями азота нет необходимости в перестройке промышленной технологии производства серийных хромоникелевых сталей типа 18-10. В ЦНИИЧМ им. И. П. Бардина разработана хромоникелевая коррозионностойкая сталь ЭК177 (03Х17АН9), свободная от недостатков как титансодержа-Щих, так и низкоуглеродистых беститанистых сталей. Сталь ЭК177 после закалки с 1000... 1050 °С имеет гарантированный предел текучести выше 325 Дж/мм, что более чем на 25 % превышает предел текучести титансодержащих сталей типа 08...12Х18Н10Т при сохранении высокой пластичности (б > 40 %) и вязкости. Сталь структурно стабильна и при охлаждении, и при холодной деформации, она не склонна к МКК после провоцирующих отпусков при температурах 450...750°С, т.е. после сварки не требуется термообработка. Промышленное производство сор-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка