КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ СТАЛЕЙ СИСТЕМЫ Fe-Cr-Ni

Наиболее эффективным способом повышения коррозионной стойкости хромоникелевых сталей в сильноокислительных средах (к которым относятся горячие концентрированные растворы азотной и серной кислот) является легирование кремнием. За рубежом наибольшее применение имеют коррозионностойкие хромоникелевые стали типа 18—15, содержащие не более 5% Si. В нашей стране освоено производство металлопродукции из стали марки 02Х8Н22С6 с 6 % Si, недостатками которой являются повышенная склонность к межкрис-таллитной коррозии (МКК) в горячих концентрированных растворах азотной кислоты и низкая пластичность сварных соединений.

Кремний имеет ограниченную растворимость в высоколегированных Fe—Cr—Ni-системах л способствует образованию 6-феррита и (Г-фазы, вызывающих низкотемпературное охрупчивание. С выделением o’-фазы, обогащенной хромом и кремнием, связывают появление МКК и отпускной хрупкости при нагреве в области 600—750 °С.

Одним из основных способов снижения склонности к МКК является глубокая очистка расплава от углерода и других примесных элементов. Существенное значение имеет также содержание хрома, а для аустенитных сталей— отношение содержания хрома и никеля.

В сильноокислительных средах МКК сопро-вождается интенсивным выкрашиванием аусте- нитных зерен, что приводит к большим весовым потерям металла. Положительное влияние кремния в этих условиях связывают с повыше-нием коррозионной стойкости границ зерен вследствие образования защитных оксидных пленок.

В настоящей работе с применением матема-тического планирования эксперимента иссле-дована система Fe—Сг—Ni—Si в диапазоне концентраций 8—20 % Сг; 10—24 % Ni и 3—7 % Si с дополнительным легированием ниобием (0—1,0) и различным содержанием углерода [0,01—0,05% (по массе)].

При обработке результатов экспериментов по коррозионной стойкости в кипящей 72 %-ной, а также в 85 и 98 %-ной HN03 при 100 °С (данные ГИАПа), механическим свойствам, ударной вязкости и горячей пластичности получены уравнения регрессии. Эти уравнения в виде полных полиномов второй степени позволяют оценить значимость каждого легирующего элемента, а также рассчитать основные свойства сталей исследованной системы. С помощью уравнений регрессии для исследованных свойств построены диаграммы сечений поверхностей отклика- для системы Ni—Сг при заданных фиксированных концентрациях 5; 6 и 7 % Si 0,01 и 0,03 % С и О и 0,5% Nb.

Линии равных значений скорости коррозии сталей после закалки и провоцирующего отпуска при 600 °С показывают (рис. 1), что области коррозионной стойкости сталей как в 98 %-ной, так и в 5,5 %-ной HN03 при 100 °С для заданных концентраций 0,01 %С; 0% Nb и 5—6% Si (кривая 7) ограничены содержаниями хрома (11,5-14 %) и никеля (17-20 %). Для заданных концентраций 0,03% С; 0,5% Nb и 5-6% Si (кривая 2) области ограничены более узкими пределами содержаний хрома (11,5-13%) и никеля (19-20,5%). хромом (9,5-20%) и никелем (12-21%) (рис. 2, кривая 7). При концентрациях 0,03% С; 6% Si и 0,5% Nb повышению стойкости против МКК способствует стабилизация сталей ниобием (рис. 2, кривая 2).

Оптимальные антикоррозионные свойства во всех трех коррозионных средах имеет сталь типа 01Х14Н19С6Б, что было подтверждено в результате проведенных опытно-промышленных плавок.

Изучение свариваемости сталей исследованной системы основывалось на определении ударной вязкости основного металла, металла околошовной зоны (ОШЗ) и зоны термического влияния (ЗТВ) с помощью имитации сварочного нагрева в широком температурном интервале 1300-800 °С.

Ударная вязкость основного металла для концентраций 0,01% С; 3% Si и 0% Nb достигает максимальных значений КСУ = 390 Дж/см2 при содержаниях 14% Сг и 18% Ni. Для этой основы (рис. 3) наблюда- ется снижение ударной вязкости при увеличении концентрации до 0,03% С, до 1,0% Nb и свыше 4% Si. Ударная вязкость металла ОШЗ в условиях максимального перегрева (1300 °С) резко снижается по сравнению с ударной вязкостью основного металла. При этом максимальные значения KCV соответствуют 17 % Сг.

Влияние углерода, кремния и ниобия на ударную вязкость металла ОШЗ (рис. 4) при содержании 14% Сг и 18% Nb имеет аналогичный характер, как и для основного металла. Графики, представленные на рис. 3 и 4, характеризуют изменения значений ударной вязкости по отношению к основному уровню KCV = 390 и 76 Дж/см2 соответственно.

Горячую пластичность изучали по методике ИМЕТ-1 при динамическом растяжении нагретых образцов со скоростью 2,3—4,0 с”1, что со-ответствует скорости деформации при свободной ковке. Пластичность оценивали по относительному сужению испытуемого образца

Рве. 4. Изменение уровня ударной вязкости околошовной зоны в зависимости от легирования (14 % Сг и 18 % Ni) (ф, %). За критическую температуру принимали температуру, обеспечивающую значения ф не менее 60%.

Наиболее существенное влияние на эту температуру и величину температурного интервала деформации при 14% Сг и 18% Ni оказывают кремний (при концентрации свыше 4%) и ниобий.

Механические свойства на разрыв при ком-натной температуре изучали в закаленном со-стоянии и после провоцирующего отпуска при 600 °С. Расчетные значения механических свойств сталей системы Cr—Ni—Si изменяются в широких пределах в зависимости от содержания хрома и никеля. Так, при концентрациях 0,01% С; 6% Si и 0% Nb в отпущенном состоянии они имеют <гв = 504—1122 Н/мм2; = 112—836 Н/мм2 и 65 = 30—68 %. Увеличение концентрации до 0,03 % С и введение 0,5 % Nb способствуют снижению пластичности (65) от 12 до 44%.

Таким образом, достижение особо низкого содержания углерода (0,01 %) в стали типа Х14Н19С6 не только гарантирует высокую кор-розионную стойкость в сильноокислительных средах, но и обеспечивает повышенную тех-нологичность в металлургическом и машино-строительных переделах.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994