3.4 Спеціальні сталі

3.4.1 Корозійностійкі (нержавіючі) сталі

Поверхневе руйнування металу під дією зовнішнього середовища називається корозією. Залежно від механізму корозійного процесу розрізняють електрохімічну (під дією електролітів) і газову (під дією газів) корозію. Сталі, що є стійкими проти електрохімічної корозії, класифікують як корозійностійкі або нержавіючі, а проти газової корозії – жаростійкі.

Основною причиною електрохімічної корозії сталей є низький електрохімічний потенціал заліза, який може підвищити тільки хром. Наявність в сталі більше 12% Cr робить її корозійностійкою.

Розрізняють хромові і хромонікелеві нержавіючі сталі. Хромові сталі розділяються залежно від змісту хрому на три типи: з 13% Cr, 17% Сr і 27% Cr.

Сталі з 13% Cr відносяться до сталей мартенситного класу. Це найпоширеніші і дешевші неіржавіючі сталі і, окрім цього, мають хорошу зварюваність. Сталі 30Х13 і 40Х13 використовують для карбюраторних голок, пружин, хірургічних інструментів й ін. Ці сталі гартують від 1000…1050^оС в маслі і відпускають при 180…200^оС з отриманням твердості 50…60 HRC.

Сталі з 17% і 25% Сr відносяться до сталей феритного класу. Широке поширення набули сталі 12Х17, 15Х25Т, 15Х28, 25Х25Т. Сталь 12Х17 застосовують після відпалу рекристалізації при 760…780^оС для виготовлення устаткування для харчової промисловості і кухонного посуду. Сталі 15Х25Т і 15Х28 використовують частіше без термічної обробки для виготовлення зварних деталей, що працюють в агресивних середовищах і ударних навантажень, що не піддаються дії, при температурі експлуатації не нижче -20^оС.

Хромонікелеві нержавіючі сталі 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10Т відносяться до немагнітних сталей аустенітного класу. Для отримання чисто аустенітної структури, яка має високу корозійну стійкість, їх гартують у воді від 1100…1150^оС.

При нагріванні цих сталей до температур 500…570^оС можлива утворення по межах зерен аустеніту карбідів хрому, внаслідок чого примежові зони обідняються хромом до змісту менш ніж 12%. Це створює умови для розповсюдження корозії по межах зерен (так звана міжкристалічна корозія). Для запобігання цьому явищу в сталь вводять 0,10…0,15 % Ti.

3.4.2 Жаростійкі сталі і сплави

Жаростійкість (окалиностійкість)  це опір металу окисленню в газовому середовищі при високих температурах. До жаростійких відносяться сталі, які працюють в не навантаженому або слабо навантаженому стані при температурах вище 500^оС.

Для підвищення окалиностійкості сталь легують хромом, алюмінієм, кремнієм. Ці елементи мають більшу спорідненість з киснем, ніж залізо, і утворюють на поверхні сталі щільні плівки оксидів Cr₂O₃, Al₂O₃, SiO₂. Наявність цих плівок призводить до гальмування процесів подальшого окислення.

Окалиностійкість залежить від складу сталі, а не від її структури і визначається, перш за все, змістом хрому. Мінімальний зміст хрому, який забезпечує окалиностійкість при різних температурах, складає: для 700^оС – 5%; для 900^оС – 12%С; для 1000^оС – 18%; для 1100^оС  – 25%.

Сталі, леговані Cr і Si, мають назву сильхроми, леговані Cr і Al –хромалі, а леговані Cr, Al і Si – сильхромалі.

Як сильхромалі широке розповсюдження знайшли сталі мартенситного класу 40Х9С2 і 40Х10С2М, які мають температуру окалиноутворення 850^оС.

Сталь 10Х13СЮ (сильхромаль) окалиностійка до 950^оС і, окрім цього, володіє стійкістю в середовищах, що містять сірку. Проте необхідно відзначити, що присутність великої кількості алюмінію і кремнію в цих сталях сприяє підвищенню крихкості, і тому їх зміст обмежують.

Для роботи при вищих температурах до 1100^оС застосовують сталі 10Х23Н18, 15Х25ТЛ, 30Х24Н12СЛ.