Классификация сталей в зависимости от свойств и назначения

В зависимости от основных свойств и назначения высоколегированные стали подразделяют на следующие группы:

- коррозионно-стойкие, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (влаж­ной атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской и др.), в том числе против межкристаллитной коррозии под напряжением, питтинговой (точечной) коррозии и др.;

- жаростойкие (окалиностойкие), не окисляющиеся при высоких температурах нагрева (до 1300°С); обладающие стойкостью против химического разрушения (коррозии) их поверхности в газовых средах (в том числе в сухой воздушной атмосфере) при температу­рах выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

- жаропрочные, способные работать при температурах свыше 1000°C в течение определенного гарантированного времени без снижения прочности и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью;

-   хладостойкие высоколегированные стали и сплавы, сохраняющие достаточную пластичность и вязкость при температурах вплоть до - 269°С, работающие под напряжением на протяжении ограниченно или неограниченно длительного времени.

Примеры.

Группу сталей нержавеющих в атмосферных условиях составляют стали, содержащие свыше 10% хрома. К коррозионностойким в различных агрессивных средах относятся стали, содержащие 15% и более хрома.

Жаростойкими до температуры 900°С являются нержавеющие стали марок 12X17, 08X17Т, 15Х18СЮ; до температуры 1100°С - 15Х25Т, 15X28, 20Х25Н20С2 и другие; до температуры 1300°С - 15Х25Ю5 и др.

Жаропрочными при температурах до +565 …+ 610°С являются стали с содержанием 11 - 12,5% хрома, легированные молибденом, вольфрамом, ванадием; при температурах до 650°С - хромоникелевые стали типа 18-9 и 18-10, стабилизированные титаном; до 800°С - хромоникельмолибденовые аустенитные стали, сталь 15Х14Н14В2М и др.

Весьма перспективными коррозионностойким и хладостойкими являются стали с низким со­держанием углерода и дополнительно легированные азотом (08Х21Н5АГ7 и др.). Последний целесооб­разно использовать как для частичной замены никеля, так и для повышения прочностных характери­стик стали. Как будет показано дальше, перспективность таких сталей с низким содержанием углерода и наличием азота основана на лучшей свариваемости и более высокой коррозионной стойкости.

 

Антикоррозионные покрытия

Наряду с применением высоколегированных, коррозионностойких материалов применяют антикоррозионные покрытия, т.е. нанесение защитных покрытий из цинка, олова и алюминия на недорогие конструкционные стали с целью повышения жаро - и коррозионной стойкости в агрессивных средах.

Пленка, которая образуется при нанесении покрытия, препятствует агрессивному воздействию окружающей среды и предохраняет металл от разрушения.

Для защиты металлоконструкций от атмосферной и электрохимической коррозии используются оцинкованные и алитированные (покрытые алюминием) конструкционные стали.

Применяются горячие и гальванические способы покрытия.

При горячем цинковании (погружением металла в расплавленный цинк) толщина покрытия увеличивается с повышением толщины металла и может изменяться в пределах 25 - 110 мкм. Например, при толщине металла

1,6 мм - покрытие 50 мкм

3,6 мм - 85 - 90 мкм

6,5 мм и более - покрытие 110 мкм

Цинк имеет катодную защиту от коррозии, которая остается эффективной даже при наружном повреждении, то есть при сварке остается защищенным слой стали, подплёночная коррозия на цинковом слое кромки срезов уже полностью исключается.

Использование данной технологии стало актуальным после того, как в различных отраслях жизнедеятельности человека начали активно эксплуатировать металлические конструкции, покрытые цинком. Указанное покрытие хорошо защищает от коррозии и образования опасной ржавчины, составляя определенную конкуренцию изделиям из нержавеющей стали. Кроме того, оцинковка очень хорошо смотрится внешне, из-за чего изделия с таким покрытием довольно часто применяют при воплощении оригинальных дизайнерских задумок.

Цинковый слой может составлять 1-20 мкм, такие элементы часто используются не только в строительстве, но и в автомобилестроении, бытовой технике, при установке кондиционеров и вентиляционных систем.

Алитирование металла - это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали алюминием. Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах. Наиболее распространена жидкая диффузионная металлизация - процесс погружения детали в расплавленный металл.

Из сталей с защитными покрытиями обычно сваривают такие конструкции, как резервуары, трубопроводы, опоры линии электропередачи, мосты и т.д.

В химическом машиностроении широко распространены двухслойные материалы. Основной слой плакированной стали изготавливается из малоуглеродистой или низколегированной стали. Плакирующий слой с определенной толщиной изготавливается из высоколегированной стали.

Применение антикоррозионных покрытий и двухслойных сталей позволяет сэкономить дорогостоящие высоколегированные стали.

Примеры.

Наиболее часто применяют двухслойные стали толщиной 8-40 мм с основным слоем из стали Ст3сп, Ст10, 15К, 20К, 16ГС, 09Г2С, 12МХ, 12ХМ и защитным (плакирующим) слоем из коррозионно-стойких сталей марок 20X13, 08Х18Н10Т, Х17Н13М2Т.

Применяются также двухслойные стали толщиной 10-12 мм с коррозионно-стойким слоем из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.

На АЭС двухслойный металл применяется для изготовления трубопроводов большого диаметра, крупногабаритных сварных металлоконструкций реактора и различных емкостей.
Для хранения жидких радиоактивных отходов (кубового остатка, пульпы) на АЭС строятся специальные подземные хранилища жидких радиоактивных отходов (ХЖО). Хранилище состоит из ряда емкостей, выполненных из железобетона и облицованных изнутри коррозионно-стойкой листовой сталью.

Аппараты из двухслойных сталей изготавливают в соответствии с ОСТом, проведенных ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», ОАО «ВНИИнефтемаш», ОАО «НИИхиммаш», АООТ «ВНИИнефтехим», а также производственного опыта ОАО «Волгограднефтемаш», ОАО «Петрозаводскмаш», ОАО «ЭМК-АТОММАШ».

Применяемые импортные марки двухслойных сталей и соответствующие им отечественные аналоги приведены в табл. 3. Химический состав плакирующего слоя импортных двухслойных сталей приведен в табл. 4.

 

Таблица 3 - Марки двухслойных сталей

Марка стали

США, По ASTM ФРГ, по DIN Франция, по NF Отечественные аналоги

Основной слой

А516 Gr60 НН (1.0425) DIN 17155 A42 NFA36-205 Ст.3сп, 20К ГОСТ 14637 А516 Gr70 StE355(1.1106) DIN 17102 E355 NFA36-201 16ГС, 09Г2С ГОСТ 5520 А387 Gr12 А387 Gr11 13CrМо44 (1.7335) DIN 17155 15CD4.05 NFA36-206 12ХМ ГОСТ 5520

Плакирующий слой

А240 Тр405 X6Gr13 (1.4000) DIN 17440 Z6C13 NFA36-572 08X13 ГОСТ 5582 А240 Тр321 X6CrNiTi1810 (1.4541) DIN 17440 Z6CNT18-11 NFA36-209 08Х18Н10Т ГОСТ 7350 A240 Tp316Ti X6CrNiMoTi 17122 (1.4571) DIN 17440 Z8CNDT17-12 NFA36-209 08Х17Н13М2Т ГОСТ 7450

 

 

Таблица 4 - Химический состав плакирующего слоя импортных двухслойных сталей

Марка стали	Химический состав, %									Твердость, НВ, не более
	C, не более	Mn, не более	Si, не более	Cr	Ni	S, не более	P, не более	Мо	Прочие элементы
ASTM A240 Тр405	0,08	1,00	1,00	11,5 - 14,5	£ 0,60	0,030	0,040	-	Аl = 0,10 - 0,30	183
X6Gr13 (1.4000) DIN 17440	0,08	1,00	1,00	12,0 - 14,0	-	0,030	0,045	-	-	185
Z6C13 NFA36-572	0,08	1,00	1,00	11,5 - 13,5	-	0,030	0,040	-	-	-
ASTM A240 Тр321	0,08	2,00	0,75	17,0 - 19,0	9,0 - 12,0	0,030	0,045	-	Ti = 5(C + N) £ 0,70	217
Х6CrNiTi1810 (1.4541) DIN 17440	0,08	2,00	1,00	17,0 - 19,0	9,0 - 12,0	0,030	0,045	-	Ti = 5C £ 0,80	-
Z6CNT18-11 NFA36-209	0,08	2,00	1,00	17,0 - 19,0	10,0 - 12,0	0,030	0,040	-	Ti = 5C £ 0,60	-
ASTM A240 Tp316Ti	0,08	2,00	0,75	16,0 - 18,0	10,0 - 14,0	0,030	0,045	2,00 - 3,00	Ti = 5(C + N) £ 0,70	217
X6CrNiMoTi 17122 (1.4571) DIN 17440	0,08	2,00	1,00	16,5 - 18,5	10,5 - 13,5	0,030	0,045	2,00 - 2,50	Ti = 5C £ 0,80	-
Z8CNDT17-12 NFA36-209	0,10	2,00	1,00	16,0 - 18,0	11,0 - 13,0	0,030	0,040	2,00 - 2,50	Ti = 5C £ 0,60	-

 

 

Контрольные вопросы к главе 1

1. По каким показателям классифицируются стали и сплавы?

2. Перечислите структурные составляющие системы Fe–C.

3. Чем отличается аустенит от феррита?

4. Как классифицируются стали по назначению?

5. Каким образом определяется принадлежность стали к структурному классу?

6. Назовите область применения двухслойных сталей.

7. Что такое плакирующий слой в двухслойных сталях?

8. С какой целью применяют цинкование и алитирование сталей?

9. С какой целью целесообразно использовать структурную диаграмму Шеффлера?