Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Коррозионная стойкость хромистых сталей

03.04.2019


Хромистые стали обладают повышенной стойкостью как к электрохимической (низкотемпературной), так и к химической (высокотемпературной) коррозии.

Коррозионная стойкость хромистых сталей возрастает по мере повышения содержания хрома в сплаве скачкообразно. Существенное повышение коррозионной стойкости наблюдается при содержании хрома в стали сначала при 11,8% (соотношение мольных долей железа и хрома 1:8), а затем при 23,7% (соотношение мольных долей железа и хрома 2:8). Тамман связывал эту закономерность с упорядоченным расположением ионов обоих металлов в кристаллической решетке твердого раствора. По Тамману, при достижении соотношения мольных долей металлов с разной коррозионной стойкостью 1:8 в решетке появляются плоскости, особо богатые катионами защищающего компонента.

В средах, содержащих электролит, коррозионная стойкость хромистых сталей объясняется высокой склонностью к пассивации. Она возрастает по мере повышения содержания хрома примерно до 11—12% (рис. 5.14). В сталях, содержащих меньшее количество хрома, пассивирующие слои состоят в основном из оксидов железа, возможно, с внедренными атомами хрома. При содержании хрома 11—12% и более и невысоком содержании углерода (до 0,2%) пассивирующие слои представляют собой тонкие пленки, состоящие главным образом из Cr2O3. Сталь подобно хрому приобретает способность к самопассивации. Именно поэтому нержавеющие стали содержат в своем составе не менее 12% хрома (стали 08X13,20X13 и др.). В то же время повышение содержания углерода в стали способствует разблагораживанию потенциала и снижению коррозионной стойкости. При увеличении содержания углерода до 0,3—0,4% сталь, содержащая 13—15% хрома, не пассивируется в воздушно-аэрируемых растворах.
Коррозионная стойкость хромистых сталей

Хромистые стали, содержащие 13% и более хрома, хорошо сопротивляются питтинговой коррозии и хлоридному коррозионному растрескиванию в нейтральных и слабощелочных средах. Хром является основным компонентом, препятствующим активирующему действию хлорид-ионов и ионов других галогенов на нержавеющую сталь. Повышение его содержания облегчает пассивацию стали в присутствии хлорид-ионов. Введение в хромистую сталь никеля способствует облегчению активирующего воздействия галогенид-ионов на поверхность нержавеющей стали за счет смещения потенциала в область положительнее потенциала питтингообразования. Такие стали проявляют склонность как к питтинговой коррозии, так и к хлоридному коррозионному растрескиванию. Существенное легирование никелем (более 6%) изменяет фазовое состояние стали. Аустенит хромо-никелевых сталей лучше сопротивляется развитию трещины, чем феррито-перлитная или, тем более, мартенситная структура хромистых. Тем не менее в большинстве случаев хромистые стали с феррито-перлитной структурой типа 08X13 проявляют более высокую стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию, чем аустенитные хромо-никелевые, в нейтральных средах, содержащих хлориды. На установках ABT для изготовления корпусов ректификационных колонн широко используется двухслойная сталь с плакирующим слоем из стали 08X13. Вследствие того, что в пусковой период, во время остановок на ремонт и во время пропаривания создаются условия для развития хлоридного коррозионного растрескивания, не рекомендуется заменять ее биметаллом с плакирующим слоем из стали 12Х18H10Т.

Появление мартенсита, например в процессе сварки, резко снижает стойкость хромистых сталей ко всем видам коррозионного растрескивания. В кислых средах стойкость хромистых сталей к питтинговой коррозии и хлоридному коррозионному растрескиванию недостаточно высокая независимо от структуры стали.

Нержавеющие хромистые стали подвержены межкристаллитной коррозии. Для повышения стойкости к MKK их легируют титаном или ниобием (до 1%), снижают содержание углерода (до 0,01%). В нефтеперерабатывающей промышленности на участках, где возможна MKK или межкристаллитное коррозионное растрескивание под действием серной или сернистой кислоты (печные змеевики и реакторное оборудование установок гидроочистки и риформинга), стараются избегать применения хромистых сталей из-за их недостаточной коррозионной стойкости в рабочих средах соответствующего оборудования.

Во влажных сероводородсодержащих средах поведение хромистых сталей в общем соответствует их поведению в электролитах: стойкость к общей коррозии повышается по мере увеличения в них содержания хрома. Так, в растворах сероводорода, не содержащих соляной кислоты, наблюдалась следующая скорость коррозии у различных сталей (в мм/год): Ст 3 — 0,21; 15X5M — 0,04; Х8 — 0,02; 08X13 — 0,01. Однако уже небольшие добавки HCl резко снижали стойкость хромистых сталей к общей и питтинговой коррозии. Поэтому хромистые стали не рекомендуется использовать для изготовления низкотемпературного оборудования, контактирующего с кислыми хлорид-содержащими растворами сероводорода. Нейтрализация и защелачивание рабочей среды расширяют возможность применения хромистой стали в присутствии сероводорода. В растворах сероводорода хромистые нержавеющие стали проявляют большую устойчивость к наводороживанию даже в кислых средах, чем углеродистые. К сероводородному коррозионному растрескиванию стали 08X13, 12X13 и 12X17 проявляют повышенную стойкость. К щелочному KP в условиях, реализующихся при переработке нефти и газа, они стойки и не уступают сталям аустенитного класса.

В средах с высоким содержанием CO2 хромистые стали как с S, так и с 13% хрома практически не отличаются по коррозионной стойкости от углеродистых.

В растворах гликолей (условия, имитирующие работу отпарной колонны при регенерации ДЭГ) хромистые стали, содержащие 5% хрома, нестойки. Сталь 08X13 стойка в отсутствие хлоридов при pH > 4. При наличии в среде хлорид-ионов в кислых средах возможна питтинговая коррозия.

Что касается стойкости хромистых сталей к видам коррозии, протекающей по неэлектрохимическому механизму, то практически ко всем видам разрушений они проявляют высокую стойкость.

Жаростойкость хромистых сталей (сопротивление высокотемпературному окислению кислородом) повышается по мере увеличения в них хрома. В сталях, содержащих 5—9% хрома, атомы хрома, внедренные в оксидную пленку, снижают ее проводимость и увеличивают защитные свойства. В сталях с 12% хрома поверхность защитного оксида практически полностью состоит из оксида хрома.

На рис. 5.15 показана зависимость скорости коррозии некоторых сталей от температуры.

В табл. 5.4 приведены значения температуры, при которых окалинообразование становится недопустимо высоким в условиях высокотемпературного окисления кислородом.

Что касается стойкости хромистых сталей к ванадиевой коррозии, то сведения об этом весьма скудны. Известно, что V2O5 образует с ванадатом хрома эвтектику с температурой плавления 6650С. Это дает основания полагать, что хромистые стали не должны проявлять стойкость к ванадиевой коррозии.

К высокотемпературной сероводородной коррозии хромистые стали проявляют высокую стойкость. Считается, что она обусловлена особым строением защитной пленки, возникающей на поверхности металла. Внешний слой этой пленки рыхлый, состоит из сульфидов железа и практически не обладает защитным действием. Внутренний характеризуется плотным строением, прочно сцеплен с металлом. В состав его кристаллической решетки входят как атомы серы и железа, так и атомы хрома, причем содержание хрома в пленке может превышать таковое в металле. Следует иметь в виду, что влияние легирования стали хромом на стойкость к BTCK в присутствии водорода зависит от парциального давления сероводорода в рабочей среде. При малом парциальном давлении сероводорода (до 10в-5 МПа) стойкость к BTCK монотонно возрастает с повышением содержания в стали хрома от 0 до 15%. При более высоком парциальном давлении сероводорода в среде (до 2*10в-4 МПа) стойкость к BTCK практически не меняется до 12% хрома в стали и резко увеличивается при дальнейшем повышении его содержания до 15%. Увеличение содержания хрома в стали сверх 20% практически не сказывается на его стойкости к BTCK.

По отношению к средам, содержащим нафтеновые кислоты, хромистые стали проявляют более высокую стойкость, чем углеродистые. Скорость коррозии в этих средах падает в ряду сталь углеродистая — сталь с 4% хрома — сталь с 13% хрома. Тем не менее стойкость хромистых сталей оказывается недостаточной для обеспечения надежной эксплуатации оборудования даже при легировании стали 17% хрома.

Хром является одним из основных легирующих элементов, повышающих стойкость стали к водородной коррозии. Это, как указывалось выше, связано с тем, что процесс водородной коррозии определяется разложением цементита в присутствии водорода при высоких температурах. Хром, образуя более устойчивые карбиды, чем цементит (карбид железа), препятствует водородной коррозии. Соответственно содержание углерода в стали тоже влияет на ее стойкость к этому виду разрушения. Чем больше в стали углерода, тем больше хрома требуется, чтобы связать его в устойчивый карбид типа (Cr, Fe)23C6. Так, при 600°С и давлении водорода 80 МПа водородоустойчивость стали достигается при наличии в ней не менее 10% хрома. При меньшем содержании хрома образуются недостаточно устойчивые карбиды и стойкость к водородной коррозии не достигается. На рис. 4.13 приведены области применения ряда хромистых сталей в условиях, вызывающих водородную коррозию.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: