Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Коррозионная стойкость стали может быть повышена, если, во-первых, содержание углерода снизить до минимально возможного количества и, во-вторых, ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы, в таком количестве, при котором скачкообразно повысится электродный потенциал сплава. Сталь, стойкую против атмосферной коррозии, называют нержавеющей. Стали или сплавы, имеющие высокую стойкость при коррозионном воздействии кислот, солей, щелочей и других агрессивных сред, называют кислотостойкими.

Хромистые коррозионностойкие стали

Хром – основной легирующий элемент, делающий сталь коррозионностойкой в окислительных средах.

Хромистые стали выплавляют с содержанием 13 % Cr, 17 % Cr и 28 % Cr . Стали 08X13 и 12X13 обладают повышенной пластичностью.

Из сталей 30X13 и 40X13 делают измерительный и медицинский инструменты, пружины и другие коррозионностойкие детали, от которых требуется высокая твердость или прочность.

Хромоникелевые коррозионностойкие стали

Добавление никеля к железу (в количестве 1/8 моля) улучшает коррозионную стойкость сплава в серной кислоте.

Состав и свойства хромоникелевых коррозионностойких сталей приведены в ГОСТ 5632.

Стали аустенитного класса 04X18Н10, 12X18Н9Т, 09Х14Н16Б, 08Х10Н20Т2 и др. пластичны, хорошо свариваются, обладают повышенной жаропрочностью, коррозионностойки во многих средах, имеющих среднюю активность. Сталь 12Х18Н10Т -наиболее дешевая, и поэтому ее применяют чаще других.

Аустенитно-мартенситные стали (стали переходного класса). К сталям переходного класса относятся стали 09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю, 08Х17Н5МЗ, 20Х13Н4Г9 и др.

Аустенитно-ферритные стали. К этому классу относятся стали 12Х2Ш5Т и 08Х22Н6Т.

В нержавеющих сталях наблюдается особый вид коррозии, называемый межкристаллитной коррозией (иногда также называют ее интеркристаллитной). Такая коррозия протекает, главным образом, по границам зерен и представляет большую опасность,посколькунеимееткаких-либовнешнихпризнаков.Приэтомпрочностькатастрофически падает, исчезает металлический звук, металл настолько легко разрушается, что может быть превращен в порошок.

Коррозионностойкие сплавы и чугуны

Кроме нержавеющих сталей, в промышленности используют и другие коррозионностойкие сплавы.

Для особо агрессивных сред применяют сплавы на никелевой основе типа хастеллой (сплавы НИМО). Содержание никеля в этих сплавах достигает 80 %. Вторым элементом, присутствующим в этих сплавах в больших количествах, является молибден (от 15% до 30%).

Недостатком этих сплавов является склонность к Межкристаллитной коррозии, поэтому содержание углерода в них должно быть минимальным.

Коррозионностойкие чугуны стойки во многих агрессивных средах (и не только в окислительных).

Стали для труб нефтепроводов и нефтепродуктопроводов

Стали для труб делятся на три категории:

а)    углеродистые и низколегированные, поставляемые в состоянии проката;

б)    углеродистые и низколегированные, упроченные экспандированием;

в)    углеродистые и низколегированные, поставляемые после термической обработки.

В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик углеродистая стальподразделяется на две группы и одну подгруппу. Группа А – сталь с гарантируемыми механическими свойствами; группа Б – сталь с гарантируемым химическим составом; подгруппа В – сталь с гарантируемыми механическими свойствами и с дополнительными требованиями по химическому составу.

Стали, наиболее часто используемые для изготовления труб (в скобках указан класс прочности):

14ХГС; 10Г2С1;15 ХСНД и т.д.;

20Ф, 09ГСФ, 09ФСБ, 13ХФА, 08ХМФЧА, 15ХМФА;

10 (К34), СтЗсп (К38), 20 (К42);

09ГСФ, 06ГФБАА;

13ГС,13ПС-У,17ПС, 17Г1С-У,12ГСБ,12Г2СБ, 10Г2БТЮД0Г2ФБЮ.

В настоящее время поставщики в маркировках зачастую не указывают подробный состав сталей труб и деталей технологии их обработки, а указывают только их класс прочности - «К». Соответственно, в классе прочности К60 - цифра 60 отражает значение предела прочности в единицах системы СИ. Технологические характеристики вьшускаемых труб приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Технологические характеристики выпускаемых труб

Примерным аналогом классу прочности К по американскому стандарту API-5L является класс «X». Например, в обозначении «Х70» число 70 соответствует пределу текучести в американских единицах измерения (в фунтах на квадратный дюйм). При этом предел прочности сталей по американским стандартам близок к российским, а пределы текучести могут и не совпадать.

Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. В связи с развитием новых отраслей промышленности непрерывно возникают новые специфические требования к металлическим материалам. Это вызвало быстрое развитие производства многих металлов, которые в недалеком прошлом изготавливали в небольших количествах только для целей исследования.

Медь

Медь – пластичный металл. Плотность меди - 8,9 г/см³.

Медь является важнейшим проводниковым материалом по электропроводности, лишь незначительно уступая серебру. Поэтому примерно половину всей меди потребляет электрорадиотехническая промышленность.

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную и медь мягкую, отожженную.

Широкое распространение в промышленности имеют сплавы меди с другими элементами - латуни и бронзы. Медь и многие ее сплавы стойки против атмосферной коррозии.

Латуни

Латунями называют медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах.

Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий, никель, марганец, кремний и т. д.

Олово, марганец и алюминий увеличивают прочность и коррозионную стойкость (так называемые «морские латуни»). Кремний повышает твердость и прочность, улучшает литейные свойства. Латуни маркируют буквой Л и числом, указывающим среднее содержание меди. Например, Л80 - латунь, содержащая 80 % меди и 20 % цинка. В марках латуней сложного состава имеются буквы, соответствующие введенным легирующим элементам. Например, в латуни ЛМцС58-2-2 содержится 58 % меди; 2 % марганца и 2 % свинца, остальное - цинк.

Бронзы

Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами, среди которых цинк не является основной добавкой, называют бронзами.

Бронзы обладают хорошими литейными свойствами, их усадка при литье в три раза меньше, чем у стальных отливок. Некоторые бронзы имеют достаточно высокую пластичность и хорошо обрабатываются давлением" и резанием. Большинство бронз имеет хорошую коррозионную стойкость. Бронзы широко используют как антифрикционные сплавы.

Маркируют их буквами Бр, далее следуют буквы и цифры, показывающие содержание легирующих элементов, а содержание меди определяется по разности от 100 %. Например, в бронзе марки БрОЦС 8-4-3 содержится 8 % олова, 4 % цинка, 3 % свинца, остальное - медь.

Алюминий и его сплавы

Алюминий – один из наиболее легких конструкционных металлов; его плотность 2,7 г/см³. Технически чистый алюминий имеет относительно невысокую температуру плавления (657 °С), незначительную прочность, низкую твердость, но очень высокую пластичность.

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к воздействию влаги, растворов азотной кислоты и многих других агрессивных сред, что объясняется наличием на его поверхности защитной пленки Аl₂Оз- Ценными технологическими свойствами алюминия являются его хорошая деформируемость и свариваемость.

Деформируемые алюминиевые сплавы подразделят на термически упрочняемые и термически неупрочняемые. Прочность алюминия можно повысить легированием. В сплавы,не упрочняемые термической обработкой, вводят марганец или магний. Сплав алюминия с марганцем обозначают АМn, сплавы алюминия с магнием – АМg.

Дуралюмины – это сплавы алюминия с медью (от 2,2 % до 4,8 % Си), магнием (от 0,4 % до 2,4 % Mg) и марганцем (от 0,4 % до 0,8 % Мn). Марки этих сплавов обозначают буквой Д и цифрами, которые являются условными номерами сплавов, например, Д1, Д6, Д16 и т. д. Дуралюмин повышенного качества (более чистый по примесям, с более узкими пределами содержания легирующих элементов) обозначают буквой А, например, Д16А.

Сплав В95 относится к наиболее прочным алюминиевым сплавам (2 % Си; 2,5 % Mg; 0,5 % Мn; 6 % Zn; 0,15 % С; 0,5 % Si; 0,5 % Fe). Высокие прочностные свойства указанного сплава получаются в основном в результате легирования цинком и магнием.

Ковочные сплавы обозначают буквами АК и цифрой, обозначающей просто номер сплава, например: АК1 или АК5.

Наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами являются сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами.

Кремний имеет плотность 2, 4, поэтому его добавка не увеличивает массы алюминиевых сплавов.

Силумины маркируют буквами АЛ и порядковой цифрой, например: АЛ2 или АЛ 13.