Коррозионностойкие жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы

Шлямнев А.П.
Москва, 2000 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

Данную группу сталей используют для службы в средах повышенной агрессивности. Под термином "высоколегированные" подразумевают группу материалов, по степени легирования превышающих наиболее широко распространенные аустенитные стали типа 18—10. Кроме того, высоколегированные стали обычно легируют определенными элементами (Mo, Si и др.) с целью повышения сопротивляемости материала в конкретном электролите или какому-либо виду коррозии.

Основную группу представляют достаточно распространенные хромо-никелевые стали, легированные молибденом, типа Х17Н13М2(3), проявляющие стойкость в средах восстановительного характера, а также используемые обычно при опасности возникновения питтинговой и щелевой коррозии и сероводородного охрупчивания [1-3].
Стали по содержанию углерода делятся на две группы: с 0,08-0,10 % С, стабилизированные титаном, и с < 0,03 % С нестабилизированные.
Сталь 03Х17Н14МЗ используют для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях производства карбамида и капролактама. Она также стойка в кипящей фосфорной, 10%-ной уксусной кислотах, а также в сернокислых средах [2].
Повышение чистоты стали по содержанию не только углерода (< 0,030 %), но и таких примесных элементов, как S (до 0,010—0,015 %), Р (до 0,020 %), Si (до 0,4 %), а также оптимизация содержания основных легирующих элементов (Cr, Ni, Mo, N) привели к созданию ряда хромоникельмолибденовых сталей с повышенными коррозионными свойствами. Разработана и внедрена в производство сталь 03Х18Н16МЗ-ВД (ЗИ133-ВД) [4], предназначенная для изготовления медицинского инструмента, в частности, имплантатов. сталь соответствует требованиям международного стандарта ИСО 5832/1—87. К сталям для хирургических имплантатов предъявляются весьма жесткие требования: по неметаллическим включениям, количеству S-феррита, размеру аустенитного зерна, соотношению хрома и молибдена (Сг + Мо > 26), идентичности механических свойств при растяжении различных плавок. сталь 03Х18Н16МЗ-ВД имеет регламентируемую структуру и требуемый комплекс коррозионных и механических свойств. В закаленном и нагартованном состояниях сталь обладает высокой стойкостью против питтинговой коррозии в средах, содержащих ионы хлора. Скорость коррозии в растворе 10%-ного FeCl3 * Н2О составляет ОД—0,2 г/(м2  ч), что в 13 раз ниже, чем у стали 12Х18Н9Т. Механические свойства стали (проволока 0 4,6 мм) в закаленном состоянии равны: s в = 530—570 Н/мм2, s0,2 = = 200—270 Н/мм2, 5 = 47 %, а после 70%-ной степени холодной деформации уровень указанных характеристик повышается соответственно до 1350 и 12(10 Н/мм2 при ψ = 55 %. производство стали 03Х18Н16МЗ-ВД освоено на заводах России в необходимом сортаменте.
Следующая группа сталей — на хромоникелевой основе типа 20Сг ~ 25Ni и 25Сг—20—22Ni, которые дополнительно комплексно легированы молибденом и медью или молибденом, медью и кремнием (03Х22Н21М4ГБ, 02X21Н25М5ДБ, 02Х25Н22АМ2 и др.). Стали имеют низкое содержание углерода, а также легированы азотом.
Особо низкоуглеродистая сталь 02Х25Н22АМ2-ПТ (ЧС108-ПТ) [5-7] используется для изготовления нового и замены импортного оборудования высокопроизводительного производства карбамида. сталь рекомендуется (взамен сталей 2RE69, 254SFEP и др.) для изготовления оборудования, работающего в наиболее жестких условиях синтеза карбамида (при температуре от —70 до +200 °С и давлении до 200 Н/мм2). Сочетание повышенной прочности (а, = 625-774 Н/мм2, о02 = 302-296 Н/мм2, ψ = 45 %) и высокой коррозионной стойкости позволяет рекомендовать сталь 02Х25Н22АМ2 вместо стали 03Х17Н14МЗ "карбамидного качества" с целью снижения металлоемкости оборудования при одновременном увеличении его надежности и срока службы. сталь 02Х25Н22АМ2 целесообразно также использовать для изготовления оборудования, работающего в сернокислых, азотнокислых, сероводородсодержащих средах, а также вместо сталей типа Х17Н|4М2(3)Т в условиях, вызывающих питтинговую коррозию [6, 7].
Для работы в агрессивных средах, загрязненных хлоридами и фторидами (рН = 1, температура среды 80 °С), разработана и внедрена высоколегированная сталь 02Х21Н25М5ДБ (ЭК5).
Наиболее эффективным способом повышения коррозионной стойкости хромоникелевых сталей в сильно окислительных средах (горячие концентрированные растворы азотной и серной кислот) является легирование их кремнием [1, 8, 9]. На основе системы Fe—Cr—Ni с 5—7 % Si создан ряд сталей [1, 2, 9].
Сталь 03Х8Н22С6 применяют для сварного оборудования, работающего под воздействием концентрированной азотной кислоты при высоких температурах (85%-ной концентрации и выше при температурах до 100 °С) [2].
Сталь 015Х14Н19С6Б (ЧСПО-ВИ) рекомендуется [9] для изготовления сварного химического оборудования для производства концентрированной азотной кислоты (85—98%-ной концентрации) нитрат-магниевым способом при температуре до 110 °С и для работы в других сильно окислительных средах.