маркировка и химическая стойкость легированных сталей


информация
Для обозначения марок стали разработаны и применяются ГОСТы.Обозначения состоят из небольшого числа цифр и букв, указывающих примерный состав стали.
Каждый легирующий элемент обозначается буквой: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, Г — марганец, Д — медь, Р — бор, Б — ниобий, Ц — цирконий, С — кремний, П — фосфор, Ч — редкоземельные металлы, В — вольфрам, Т — титан, А — азот, Ф — ванадий, Ю — алюминий.
Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высоко углеродистых инструментальных сталях в десятых долях процента).
Цифры идущие после буквы указывают на примерное содержание данного легирующего элемента (при содержании менее 1% цифра отсутствует).
Например: 12Х17Н10 — сталь содержит порядка 0,10-0,14% углерода, 16-18% хрома, 9-12% никеля; 30ХГС — 0,28-0,35% углерода, до 1% хрома, марганца и кремния.
Для того, чтобы показать, что в стали ограничено содержание серы и фосфора (менее 0,03%), а также что соблюдены все условия металлургического производства высококачественной стали, в конце обозначения марки ставят А. Если сталь проходила специальную термическую обработку — ставят Т.
В ряде случаев для сокращения числа знаков в обозначении отступают от точного соблюдения системы ГОСТов. Например, в инструментальных сталях, имеющих углерода более 1%, цифры обозначающие его содержание полностью опускают. Нестандартные марки обозначают самым различным образом. Так, опытные марки,  обозначаются буквой И (исследовательские) и П (пробные) и порядковым номером, например ЭИ179 и т.д.


Таблица соответствия маркировки некоторых российских
сплавов и их зарубежных аналогов:

ГОСТ

DIN

AISI

08X13

1,4000

403

12X18H10T

1,4541

321

08X18H10T

1,4541

321

08X17H13M2T

1,4571

316

03X17H14M3

1.4435

316L

20X13

1,4021

420

 

Нержавеющие стали Поверхностное разрушение металла под действием внешней среды называется коррозией. Чистое железо и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и многих других средах, так как образующаяся пленка окислов недостаточно плотна и не изолирует металл от химического воздействия среды. Некоторые химические элементы повышают коррозийную стойкость стали против коррозии, таким образом можно подобрать сталь, практически не подвергающуюся разрушению в данной среде.
При введении легирующих элементов происходит скачкообразное повышение коррозионной стойкости. К примеру, введение в сталь более 12% хрома (Cr) делает ее более стойкой к коррозии в атмосфере и во многих других промышленных средах. Сталь содержащая менее 12% Cr, подвержены сильной коррозии, как и простое железо. Стали содержащие 12-14% Cr, ведут себя как благородные металлы. Обладая положительным электрохимическим потенциалом они не ржавеют и не окисляются на воздухе, в воде, в ряде кислот, солей и щелочей.

Хромистые нержавеющие стали
Хромистые нержавеющие стали применяют трех типов: 13, 17 и 27% Cr в зависимости от требований имеют различное содержание углерода.
Стали с содержанием Cr более 17% имеют иногда небольшие добавки титана и никеля, которые вводят для улучшения механических свойств. Помимо этого стали с таким содержанием хрома обладают высокой коррозионной стойкостью даже при температуре в 900ºС.
Стали с содержанием хрома 13% более распространенные и наиболее дешевые, их применяют для изготовления изделий бытового назначения и в технике. Эти стали хорошо свариваются. Сплавы с низким содержанием углерода пластичны, с высоким – обладают высокой твердостью и повышенной прочностью, из них изготавливают детали повышенной прочности и износоустойчивости (хирургический инструмент, подшипники, пружины и другие детали, работающие в активной коррозийной среде).Аустенитные стали Введение достаточного количества никеля (Ni) в хромистую сталь обеспечивает лучшую механическую прочность, делает сталь более стойкой к коррозии и к низким температурам. Нержавеющие стали с содержанием 18% Cr и 10% Ni получили наиболее широкое распространение в машиностроении.
Для того, чтобы повысить сопротивление коррозии в кислотах в сталь вводят молибден и медь при одновременном увеличении содержания никеля. При необходимости, чтобы иметь более высокие механические свойства вводят титан и алюминий.
Более высокую коррозийную стойкость имеют никелевые сплавы типа хастеллой 80% Ni и 20% Mo (сплавы НИМО) с дополнительным легированием. Титан Титан (Ti) имеет высокую удельную прочность, благодаря чему сплавы на его основе получили широкое применение в технике, особенно в тех областях, где важное значение имеет масса изделия (авиация, ракетостроение и др.). Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в большом количестве агрессивных сред, превосходя зачастую в этом отношении нержавеющую сталь. Поэтому проще перечислить среды, в которых титан растворяется это концентрированные плавиковая, соляная, серная, ортофосфорная, щавелевая и уксусная кислоты.
Высокая коррозионная стойкость титана обусловлена образованием на поверхности плотной защитной оксидной пленки. Если эта пленка не растворяется в окружающей среде, то можно считать, что титан в ней абсолютно стоек. Например, морская вода за 4000 лет растворит слой титана толщиной 30 — 40 микрон (1 микрон равен 10-4 см). Если же оксидная пленка растворима в данной среде, то применение в ней титана недопустимо.

Тугоплавкие металлы. К тугоплавким относят металлы: ванадий, вольфрам, гафний, молибден, ниобий, тантал, технеций, титан, хром, цирконий, — температура плавления которых выше температуры плавления железа (1539оС), кроме металлов платиновой и урановой групп и некоторых редкоземельных.
Следует отметить, что при высоких температурах все тугоплавкие металлы являются кислотостойкими. При этом наиболее сильно выделяется тантал. Ниобий и молибден по коррозионной стойкости превосходят сплавы на основе железа или никеля, однако уступают танталу.
Применение таких материалов целесообразно в средах, в которых другие материалы не обладают коррозионной стойкостью. К таким средам относятся неорганические крепкие кислоты при повышенных температурах, а так же некоторые промышленные среды.
Несмотря на высокую стоимость по сравнению с высоколегированной нержавеющей сталью или хастеллой, применение сплавов тугоплавких металлов оправдано, так как вследствие высокой стойкости возможно эксплуатировать химические установки практически весь срок без замены деталей.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в некоторых кислотах. Серная кислота. При комнатной температуре высокой стойкостью в этой кислоте обладают все легированные стали. При 70ºС хромоникелевые стали нестойки даже в кислотах слабой концентрации, но примерно до 5% H2SO4 могут работать стали с добавлением молибдена и меди. Однако последние разрушаются в кипящей серной кислоте до концентрации 30%. В этих случаях следует применять сплавы типа хастеллой, а при концентрации выше 30% в кипящей серной кислоте могут работать лишь тугоплавкие металлы.

Фосфорная кислота. При комнатной температуре любой концентрации устойчивы все аустенитные стали, хромистые нет. В горячей кислоте устойчивы стали с добавками молибдена и меди до концентрации 25%, в кипящей – хастеллой до 50%, а при более высокой устойчивы лишь тугоплавкие металлы.

В соляной кислоте устойчивы стали с добавлением молибдена или меди при комнатной температуре и до концентрации 5%. Также можно использовать титан при слабой концентрации.
Выше сказанное можно условно изобразить на диаграмме, где показана коррозионная стойкость различных материалов относительно друг друга в кипящей серной кислоте. Следует отметить, что подобные зависимости наблюдаются и в ряде других крепких неорганических кислот, за исключением плавиковой и азотной.