 |
|
Современные коррозионно-стойкие 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 (14X17Н2,12X17) стали;
·ферритные (08X17Т, 08X17Т1); к ним относятся и суперферриты, содержащие пониженное количество С, N и О (например, 015Х18М2Б);
·аустенитные, к которым относятся хромоникелевые стали типа XI8H10Т, хромоникельмолибденовые стали с содержанием 2-4% Мо (например, ОЗХ17Н14М2, 10Х17Н13МЗТ, 08Х17Н13М2Т), хромоникельмарганцевые и хромомарганцевые стали (например, 20Х13Н4Г9,10Х14АГ15,07Х21Г7АН5), высоколегированные коррозионно-стойкие 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 коррозионно-стойкие 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 [6].
Условно стали разделяют на три группы по содержанию углерода:
· С ≤ (0,08-0,12)% — стали типа Х18Н10, XI8Н10Т(Б), XI7Н- 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.
До недавнего времени свыше 70 % от общего объема производства коррозионно-стойких сталей приходилось на группу с повышенным содержанием углерода (0,08-0,12%). В ГОСТ 5632-72 и в стандарте США AISI эта группа представлена марками: 12X18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10 (AISI 321), 12Х18Н9 (AISI 302), 08Х18Н10 (AISI 304), 08Х18Н12Б (AISI 347), 08Х17Н13М2Т и др.
Начиная с 1970-х годов наметилась устойчивая тенденция роста объема производства второй группы сталей — низкоуглеродистых типа 06X18Н10, 02-03X18Н11 (AISI 304 L), 02-03X17Н14М2-3.
В отечественной практике получили распространение стали 03Х18Н17 и 03X17H14M3.
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 ОЗХ19АГЗН10 взамен 03X18Н11, что обеспечило снижение металлоемкости оборудования на 20 %.
Сталь 03X17H14M3 используется для изготовления аппаратуры в производстве карбамида и капралактама, фосфорной кислоты и минеральных удобрений [6].
Разработаны и внедрены в производство новые марки 03 XI8Н16- 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 хро- моникелевых 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 03Х20Н- 16АГ6 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 α-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.
По содержанию углерода ферритные стали делят на три группы:
· с высоким содержанием С (0,08-0,15%);
· с содержанием С (0,02-0,04%) и Ni (0,02-0,04%);
· с низким содержанием С (≤ 0,01-0,02 %) и Ni (≤ 0,01-0,02 %).
В последнее десятилетие созданы стали марок 04X15СТ, 04X17Т, 04Х19МАФТ с пониженным содержанием углерода, которые по комплексу механических и коррозионных свойств вплотную приближаются к хромо-никелевым сталям аустенитного типа.
Внедрение метода вакуумно-индукционной выплавки, снижение содержания углерода и азота, оптимизация содержания хрома и молибдена позволили создать уникальные коррозионно-стойкие ферритные стали при минимальных затратах.
В России созданы стали 015Х18М2Б и 01Х18М2Т-В4 с повышенной стойкостью к растрескиванию, питтинговой и щелевой коррозии. Сталь 01Х18М2Т-В4 применяют для изготовления сварного теплообменного оборудования, работающего при температурах 20 - 300 °С и давлении до 1,6 МПа в среде каустической соды, хлорорганических продуктов, в нефтеперерабатывающей промышленности.
Суперферриты типа 25Cr-2Mo (E-Brite), 25Cr-4Mo-4Ni (MONIT), 28-30Cr-3Mo (A129-X) и 28-30Cr-4Mo-2Ni (A129-4-2) обладают исключительной стойкостью против всех видов локальной коррозии. Их используют при изготовлении теплообменников для работы в концентрированных хлоридных растворах и в морской воде.
Ферритные стали с пониженным (марки 04X15СТ, 04X19МАФТ) и низким содержанием углерода и азота (марки 01Х18М2Т, 01X25М2Т), являются перспективными коррозионно-стойкими сталями.
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 03X24H6AM3 (3И130). 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 коррозионно-стойкой 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 [6].
Современные аустенитно-ферритные стали благодаря своим особым коррозионным и механическим свойствам являются наиболее перспективными для использования во многих областях химической, нефтехимической, нефтегазодобывающей промышленности, в морском строительстве и при опреснении морской воды.
Промышленное применение высоколегированных сплавов на основе системы Fe-Cr-Ni обусловлено особыми физико-механическими свойствами, стойкостью в сильно агрессивных средах, окалиностойкостью и способностью к упрочнению.
Сплавы 06ХН28МДТ и 03ХН28МДТ предназначены для работы в условиях производства H2SO4 различных концентраций до 80 °С, сложных минеральных удобрений, экстракционной фосфорной кислоты. Сплав ХН30МДТ (ЭК 77) предназначен для работы в фосфорной кислоте с содержанием фтора до 1,8% при температуре до 120° С. В зарубежной практике для аналогичных целей используются сплавы Cromfer 2328 и Саникро-28 (Швеция).
Для изготовления различной химической аппаратуры, подвергающейся одновременному воздействию агрессивной среды и механическим напряжениям, применяется высокопрочный дисперсионно-твердеющий сплав ХН40МДТЮ (ЭП543).