WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В работе исследовали восемь наиболее распространенных сталей такого типа, выпускаемых в крупном промышленном масштабе широкого сортамента, предназначенные для различных условий эксплуатации: типа 18–10 без дополнительного легирования- 0Cr18Ni9 (КНР), 12Х18Н9 (Россия), обладающие высокой стойкостью против общих видов коррозии в нейтральных и кислых средах, жаростойкостью до 850 °С и жаропрочностью до 600 °С; типа 18–10–Ti- 12Х18Н10Т (Россия), 1Cr18Ni9Ti (КНР)- предназначенные для создания оборудования и сооружений в условиях возможной межкристаллитной коррозии и высоких (до 800 °С) температур;

типа 18–10–Мо- X2CrNiMo18143 (Германия), 00Cr17Ni14Mo2 (КНР), 316L (США)- обладающие высокой коррозионной стойкостью против питтинговой коррозии в средах, содержащих хлор-ион; типа 18–10–Ti–Mo- 10X17H13M2T (Россия) – обладающая наиболее высокой коррозионной стойкостью против общих и локальных (питтинговая и межкристаллитная и др.) видов коррозии в нейтральных и кислых средах. Химический состав исследуемых сталей приведен в таблице 2. Все стали находились в виде промышленного проката толщиной 6 мм (состояние поставки), их механические свойства приведены в таблице 3. Все исследуемые стали имеют близкие прочностные и пластические характеристики.

Таблица 3 – Механические свойства исследуемых сталей Марка стали, Испытание на растяжение Испытание на твёрдость 1) страна, ГОСТ б0,2, МПа бв, МПа 2), % HB HRВ H, МПа 0Cr18NiКНР 205 570 40 170 88 GB4237–12X18HРоссия (СССР) 216 520 38 156 84 ГОСТ 7350–1Cr18Ni9Ti КНР 205 520 40 155 84 GB4237–12Х18Н10Т Россия (СССР) 236 530 38 160 85 ГОСТ 7350–X2CrNiMoГермания 190 490 40 145 81 DIN 00Cr17Ni14MoКНР 177 500 40 150 82 GB4237–316L США 175 500 40 150 82 AISI 10Х17Н8МРоссия (СССР) 225 530 38 160 85 ГОСТ 7350–Приведены результаты исследований микроструктуры, её анализ на загрязненность (наличие неметаллических включений) с определением размера зерна в соответствии с ГОСТ 5639–82 и ГОСТ 1778–70, результаты электрохимических коррозионных исследований и стойкости против межкристаллитной коррозии этих сталей.

Известно, что в зависимости от способа производства даже одинаковые по химическому составу аустенитные хромоникелевые стали могут иметь различный размер зерна и загрязненность неметаллическими включениями и 1) экспериментательно 2) экспериментательно, пересчет из значений твердости по HB микротвердость. Это может оказать существенное влияние на их коррозионное поведение в условиях электрохимической и газовой коррозии.

В этой связи были проведены исследования микротвердости и микроструктуры сталей, в том числе после высокотемпературных (500– 900 °С) нагревов.

Выявления размера зерна проводили путем подсчета количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, с определением среднего условного диаметра, средней площади зерна и соответствующего балла по ГОСТ 5639–82.

Соотношение балла зерна и микротвердости приведены на рисунке 1, а загрязненность неметаллическими включениями – в таблице 4.

микротвердость 2100 балл зерна Н балл МПа зерна 1500 1 2 3 4 5 6 7 Марка сталей Рисунок 1 – Соотношение балла зерна и микротвердости На рисунке 1 цифры по оси абсцисс обозначают соответствующие марки сталей: 1 – 0Cr18Ni9; 2 – 12X18H9; 3 – 1Cr18Ni9Ti; 4 – 12Х18Н10Т;

5– X2CrNiMo18143; 6– 00Cr17Ni14Mo2; 7– 316L; 8– 10X17H13M2T.

Таблица 4 – Загрязненность неметаллическими включениями Средняя Величина Количество включений по группам значимость для объемного Марка стали групп по процента, площади 1 2 3 4 5 6 v, % включений 0Cr18Ni9 48 46 42 38 21 18 –– 341 0,12X18H9 33 42 30 34 19 17 –– 381 0,1Cr18Ni9Ti 35 31 24 20 17 16 4 519 0,12X18Н10T 52 42 31 35 22 14 4 348 0,X2CrNiMo18143 34 31 26 21 19 16 –– 272 0,00Cr17Ni14Mo2 44 36 34 24 14 11 3 399 0,316L 51 44 35 23 15 13 3 303 0,10Х17Н13М2T 35 42 24 30 19 15 2 350 0,Из рассматриваемых сталей самое крупное зерно (балл 3) у стали X2CrNiMo18143, а самое мелкое у сталей 0Cr18Ni9 (балл 9).

Можно отметить, что существует определенная взаимосвязь между микротвердостью и баллом зерна, с уменьшением размера зерна микротвердости сталей уменьшается, что соответствует закону Холла–Петча.

Взаимосвязь между твердостью и загрязненностью зерна неметаллическими включениями не установлена.

Большой разброс значений по величине зерна и разнообразие вторичных фаз включения по химическому составу (в основном карбиды, сульфиды не установлены), форме и различной степени дисперсности предполагает и различное поведение сталей в условиях электрохимической коррозии.

Для выяснения возможности взаимозамены таких сталей с точки зрения коррозионной стойкости были проведены электрохимические поляризационные исследования в кислой (рН = 1) и нейтральной (рН = 7) средах и испытания на межкристаллитную коррозию в соответствии с существующим ГОСТом.

В результате исследований были выявлены характерные участки анодных поляризационных кривых, дающих необходимую информацию о коррозионном поведении сталей. Основные электрохимические параметры анодных кривых рассматриваемых сталей в кислой и нейтральной средах приведены соответственно в таблицах 5 и 6. На рисунке 2 в качестве примера показаны поляризационные кривые наиболее применяемых в России и КНР аналогичных по химическому составу сталей 12X18H10T и 1Cr18Ni9Ti в серной кислоте.

Таблица 5 – Результаты электрохимических исследований в 1,0 н.

растворе H2SOiкор, iпп, Марка П, пп, Ппп, мкА мкА ст. мВ пп, мВ мВ мм/год мм/год стали см2 см0Cr18Ni9 –240 0,88 0,011 40 780 1,52 0,12X18H9 –290 0,22 0,002 30 450 0,73 0,1Cr18Ni9Ti –340 3,41 0,040 180 500 0,69 0,12X18Н10T –280 0,15 0,002 220 240 0,34 0,X2CrNiMo18143 –320 0,46 0,006 40 400 0,72 0,00Cr17Ni14Mo2 –360 0,51 0,006 80 320 0,51 0,316L –260 0,24 0,002 240 420 0,18 0,10Х17Н13М2Т –220 0,13 0,001 160 320 0,52 0,Таблица 6 – Результаты электрохимических исследований в 0,1 н.

растворе Na2SOiкор, iпп, Марка П, пп, Ппп, мкА мкА ст. мВ пп, мВ мВ мм/год мм/год стали см2 см0Cr18Ni9 –640 0,58 0,007 –140 460 1,32 0,12X18H9 –260 0,49 0,006 40 320 0,43 0,1Cr18Ni9Ti –380 0,30 0,004 –120 340 0,78 0,12X18Н10T –280 0,38 0,005 60 240 0,77 0,X2CrNiMo18143 –100 0,36 0,005 120 280 0,43 0,00Cr17Ni14Mo2 –400 0,24 0,002 –80 440 0,33 0,316L –240 0,07 0,001 –60 400 0,18 0,10Х17Н13М2Т –180 0,72 0,008 –60 120 0,41 0,Примечание.

ст – стационарный потенциал; iкор – плотность тока коррозии; П – скорость коррозии при стационарном потенциале; пп – потенциал начала полной пассивации; пп – протяженность области устойчивого пассивного состояния; iпп – плотность тока полной пассивации; Ппп – скорость коррозии в области пассивного состояния.

Рисунок 2 – Анодная и катодная поляризационные кривые cтали 1Cr18Ni9Ti (а) и 12X18H10T (б) в 1,0 н. растворе H2SOКак следует из таблиц 5 и 6, в кислой среде в соответствии с ГОСТ 13819–68 "Коррозия металлов. Десятибалльная шкала коррозионной стойкости" стали 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 316L и 10Х17Н13М2Т относятся по коррозионной стойкости к баллу 2; стали X2CrNiMo18143 и 00Cr17Ni14Mo– к баллу 3, что соответствует группе стойкости "весьма стойкие". Стали 0Cr18Ni9 и 1Cr18Ni9Ti имеют балл стойкости 4, что соответствует группе стойкости "стойкие". Это определяет возможность их замены внутри соответствующих групп сталей и сталей группы "стойкие" на стали группы "весьма стойкие" или при более жестких требованиях к эксплуатируемому оборудованию на стали внутри соответствующих баллов. Стали меньшего балла не могут заменять стали более высоких баллов с точки зрения их коррозионной стойкости.

В нейтральной среде все стали обладают высокой коррозионной стойкостью. В соответствии с десятибалльной шкалой коррозионной стойкости стали 00Cr17Ni14Mo2 и 316L имеют балл коррозионной стойкости 2, а остальные стали – балл стойкости 3. Все исследуемые стали относятся к группе "весьма стойкие". Это позволяет проводить их взаимозамену независимо от марки и страны производителя без ограничения.

Способность аустенитных хромоникелевых коррозионностойких сталей в окислительных и нейтральных средах переходить при анодной поляризации в пассивное состояние делает возможным применение при необходимости их анодной защиты.

Из практики анодной защиты минимальная протяженность области устойчивой пассивации, необходимая для нормальной работы системы анодной защиты, должна составлять не менее 50 мВ.

В кислой среде у всех исследуемых сталей, кроме 1Cr18Ni9Ti, пассивность хоть и наступает, но плотность тока пассивного состояния, следовательно, и скорость коррозии, выше или равна скорости анодного саморастворения при стационарном потенциале. Применение анодной защиты в этом случае оправдано только для стали 1Cr18Ni9Ti, так как в 5 раз снижает скорость коррозии, переводя сталь из группы "стойкие" в группу "весьма стойкие". В нейтральной среде некоторое уменьшение скорости коррозии за счет анодной защиты возможно только у сталей 12Х18Н9 (на 0,001 мм/год) и 10Х17Н13М2Т (на 0,003 мм/год), что не имеет практического значения.

Отличие в коррозионном поведении таких сталей может быть связано с различной структурой сталей и наличием в них загрязнений в виде карбидов и нитридов и различными физико-механическими свойствами.

При анодной защите нержавеющих сталей следует учитывать их склонность в определенных условиях к межкристаллитной коррозии. Все исследуемые стали после испытаний по методу АМ (ГОСТ 6032–84) показали высокую стойкость против межкристаллитной коррозии.

В четвертой главе приведены результаты исследований стойкости сталей типа 18–10 и их модификаций производства России, КНР, Германии и США против высокотемпературного окисления.

С целью определения возможности взаимозамены сталей типа 18–10 и их модификаций производства разных стран, эксплуатирующихся при воздействии высоких (500–900 °С) температур были проведены исследования жаростойкости и изменения прочности близких по химическому составу и механическим свойствам наиболее применяемых сталей такого типа, выпускаемых в крупном промышленном масштабе в России (12Х18Н9, 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т), КНР (0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti и 00Cr17Ni14Mo2), Германии (X2CrNiMo18143) и США (316L). Методы исследований приведены выше.

4,0Cr18Ni3,12X18HII группа 3,1Cr18Ni9Ti 2,5 12X18Н10T X2CrNiMo2,00Cr17Ni14MoI группа 1,316L 10Х17Н13М2T 1,0,0,500 600 700 800 Температура, оС Рисунок 3 – Зависимость скорости газовой коррозии исследуемых сталей от температур после выдержки 100 часов На рисунке 3 приведены графики зависимости скорости газовой коррозии исследуемых сталей от температуры после испытаний в течение 100 часов. Как видно из рисунка, скорость коррозии у всех исследуемых Скорость коррозии, мм / год сталей до температуры 700 °С практическая одинаковая и составляет примерно 0,18–0,23 мм/год (при 500 °С она не превышает 0,05–0,07 мм/год).

При температурах до 600 °С практически не изменяются и прочностные свойства сталей, что видно из рисунка 4.

Рисунок 4 – График изменения прочности при высоких температурах исследуемых сталей после выдержки 100 ч С увеличением температуры до 800 °С твердость и прочность всех исследуемых сталей возрастает, а при нагреве до 900 °С несколько снижается, хотя и остается выше, чем исходная и до 600 °С. Повышение в у всех исследуемых сталей после выдержки при температурах от 600 °С до 800 °С объясняется образованием вторичных фаз твердых карбидов хрома, железа и никеля. При этом максимальное выделение карбидов происходит при 800 °С, после чего начинается усиленная их коагуляция, число карбидов уменьшается, а размеры их увеличиваются. При температурах свыше 800 °С наряду с коагуляцией начинается обратный процесс перехода карбидов в твердый раствор с образованием однородной массы аустенита.

Начиная с 700 °С выделяются две группы сталей, существенно отличающиеся по скорости высокотемпературного окисления: первая группа – стали 0Cr18Ni9, 12X18H9, 1Cr18Ni9Ti и 12X18H10T; вторая группа – стали X2CrNiMo18143, 00Cr17Ni14Mo2, 316L и 10Х17Н13М2Т легированные молибденом. Скорость коррозии сталей второй группы выше, чем у первой, особенно при температурах 800–900 °С.

Следует отметить, что с увеличением времени испытаний с 20 до часов интенсивность коррозии падает, что, по-видимому, связано с образованием на поверхности сталей более плотных и высокозащитных оксидных пленок типа шпинели (FeCr2O4, NiFe2O4 и NiCr2O4), препятствующих диффузии коррозионных реагентов (в основном кислорода) и уменьшающих число дефектов в решетке оксидов.

При температурах 800 °С и выше происходит заметное (в 1,5–3 раза) увеличение скорости коррозии у сталей второй группы модифицированных Мо. Это может быть связано с образованием легкоплавких оксидов молибдена (температура плавления MoO составляет 795 °С), их высокой летучестью, приводящей к разрыхлению защитной пленки оксидов легирующих элементов, и каталитическим влиянием Mo на скорость газовой коррозии по схеме: 2Cr+3MoO3=Cr2O3+3MoO2; Fe+MoO3=FeO+MoO2;

Ni+MoO3=NiO+MoO2; 2MoO2+O2=2MoO3.

Учитывая вышеизложенное, с точки зрения жаростойкости и сохранения прочностных свойств после выдержки при высоких температурах, исследуемые стали можно рекомендовать их взаимозамену без ограничения при эксплуатации до 700 °С. При необходимости использования сталей в области более высоких температур до 900 °С их можно взаимозаменять внутри соответствующих групп или использовать стали первой группы вместо сталей второй группы.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1 Впервые систематизированы по химическому составу аустенитные хромоникелевые стали типа 18–10 и их модификации производства разных стран – основных мировых производителей таких сталей, выявлены полные и приблизительные аналоги сталей такого типа, что позволяет сделать первоначальный выбор марок сталей с целью их взаимозамены при проектировании и ремонте оборудования и сооружений.

2 Несмотря на то, что исследуемые стали, применяемые в аналогичных эксплуатационных условиях, имеют примерно одинаковый химический состав и механические свойства с учетом состояния поставки, они существенно отличаются по структуре (степенью и характером загрязненности, размером зерна). Это, в свою очередь, оказывает влияние на их коррозионное поведение в условиях общей и локальных видов коррозии.

3 В нейтральной среде все стали обладают высокой коррозионной стойкостью. В соответствии с десятибалльной шкалой коррозионной стойкости стали 00Cr17Ni14Mo2 и 316L имеют балл коррозионной стойкости 2, а остальные стали – балл стойкости 3. Все исследуемые стали относятся к группе "весьма стойкие". Это позволяет проводить их взаимозамену независимо от марки и страны производителя без ограничения.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.