Главная / Справочная информация / Сборник статей / Влияние легирующих элементов на свойства нержавейки

Влияние легирующих элементов на свойства нержавейки

Нержавеющая сталь в основном используется для устойчивости к коррозии в водном растворе, но также широко применяется для использование при высоких температурах, когда углеродистые и низколегированные стали не обеспечивают адекватную коррозионную стойкость и прочность. Такие стали находят применение там, где требуется стойкость к окислению при высоких температурах и жаропрочность одновременно. Строительный материал подвергается воздействию высоких температур во многих отраслях промышленности и в быту, и иногда при одновременном воздействии агрессивной среды. В зависимости от условий эксплуатации, требования на материал, используемый при высоких температурах, должен быть следующим:

  • высокая прочность;
  • хорошая пластичность;
  • устойчивость к окислению и высокотемпературной коррозии;
  • стабильная микроструктура;
  • хорошая устойчивость к разрушающей коррозии.
Надежный навес из нержавеющей стали

Сплавы для высокотемпературного применения разработаны так, чтобы была в состоянии образоваться защитная оксидная пленка. Пассивирующая пленка на сплавах может состоять из тех оксидов, которые отвечают критериям этой самой защитной пленки: оксид хрома (Cr2O3), оксид алюминия (Al2O3) и, возможно, диоксид кремния (SiO2).

Эффект хрома особенно заметен при температурах свыше 500 °C. Этот элемент образует на поверхности металла плотный, прилегающий слой, богатый оксидом хрома, замедляя проникновению кислорода, препятствуя коррозии стали.

В сталь кроме хрома могут быть добавлены другие легирующие элементы для увеличения стойкости к окислению. Кремний и алюминий ведут себя подобно хрому. Они окисляют избирательно, и если они присутствуют в достаточных количествах, то могут образовывать сплошные пленки из SiO2 и Al2O3. Сцепление пленки с поверхностью нержавейки может быть значительно улучшена путем небольшой добавки редкоземельных металлов (РЗМ), таких как церий (Ce) или лантан (La). Это особенно важно, когда предполагается термоциклирование. Кроме того, La и Ce увеличивают пластичность, деформируемость стали, уменьшает твердость и чувствительность к перепадам температур, значительно повышается прочность стали.

Никель увеличивает пластичность, жаропрочность и придает устойчивость к цементации и азотированию. Следует избегать высокого содержания никеля из-за образования серных соединений, которые формируют низкую температуру плавления никель-серных соединений. Увеличение азота и углерода повышает сопротивление вязкости.

Молибден увеличивает высокотемпературную вязкость. Это обычно ограничено 3%. Увеличение содержание молибдена приводит проблемам с окислением. Поэтому для нержавейки нужен баланс с никелем.

При добавлении титана в небольших количествах, примерно 0,3-0,7%, увеличивается прочность на разрыв в аустенитных сплавах. То же самое справедливо и для ниобия.

Бор увеличивает вязкость и используется при относительно малых концентрациях – как правило 0,002%.

Химический состав наиболее важен для термостойкости, чем другие параметры, например, как микроструктура.