- •Диплом Даши 2010 г оглавление
- •Реферат
- •Введение
- •Литературный обзор
- •Понятие коррозионностойких сталей
- •1.2. Легирование коррозионностойких сталей
- •1.3. Классы коррозионностойких сталей
- •Мартенситные и мартенситно-ферритные стали
- •1.3.2. Мартенситно-стареющие стали
- •1.3.3. Ферритные стали
- •1.3.4. Аустенитные стали
- •1.3.4.1 Стабильные аустенитные стали
- •1.3.4.2. Нестабильные аустенитные стали
- •1.3.4.3. Аустенитные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением
- •1.3.4.3.1. Стали с карбидным упрочнением
- •1.3.4.3.2. Стали с интерметаллидным упрочнением
- •1.3.4.4. Аустенитные стали, содержащие азот
- •1.3.5. Аустенитно-ферритные стали
- •Постановка задачи
- •2. Материал и методы исследования
- •2.1 Материал исследования
- •2.2. Методы исследования
- •2.2.1. Металлографические методы исследования
- •2.2.2. Рентгеноструктурные методы исследования
- •2.2.3. Магнитные методы исследования
- •Результаты эксперимента и их обсуждение
- •Влияние Тнагр под закалку на аустенитные стали I группы
- •Влияние старения на аустенитные стали I группы
- •Влияние холодной пластической деформации на механические свойства исследуемых сталей
- •Заключение
- •Безопасность жизнедеятельности
- •4.1. Характеристика условий труда
- •4.2. Обеспечение безопасности труда
- •4.2.1. Электробезопасность
- •4.2.2. Защита от механического травмирования
- •4.2.3. Защита от шума
- •4.2.4. Защита от пыли
- •4.2.5. Защита от воздействия химических реактивов
- •4.2.6. Освещение
- •Расчёт искусственной освещённости
- •4.2.7. Эргономичность рабочего места
- •4.2.8. Защита от электромагнитного излучения
- •4.3. Пожарная безопасность
- •4.4. Чрезвычайные ситуации (чс). Возможные чрезвычайные ситуации. Их причины и прогнозирование
- •4.5. Выводы по разделу
- •5. Природопользование и охрана окружающей среды Загрязнение окружающей среды угту-упи им. Б.Н. Ельцина
- •6. Организация и планирование нир
- •6.1. Организация труда инженера-исследователя
- •6.2. Планирование научно-исследовательской работы
- •6.3. Расчет сетевого графика планируемого хода выполнения дипломной работы
- •6.4. Построение сетевого графика
- •6.5. Анализ сетевой модели выполнения исследовательской работы
- •Расчет параметров сетевого графика [37]
- •6.6. Расчет сметы затрат на нир
- •6.6.1. Расчет затрат на основные материалы
- •6.6.2. Затраты на вспомогательные материалы
- •Затраты на вспомогательные материалы
- •6.6.3. Расчет затрат на электроэнергию и воду
- •6.6.4. Расчет затрат на амортизацию
- •6.6.5. Расчет затрат на заработную плату
- •6.6.6. Расчет затрат по прочим статьям
- •6.6.7. Смета затрат на проведение исследования
- •6.7. Оценка экономической эффективности научно-исследовательской работы
- •6.6.8. Выводы по разделу
- •Библиографический список
1.2. Легирование коррозионностойких сталей
Легирование коррозионностойких сталей и сплавов преследует достижение высокой коррозионной стойкости в рабочей среде (влажная атмосфера, морская вода, кислоты, растворы солей, щелочей, расплавы металлов и др.) и обеспечение заданного комплекса физико-механических характеристик.
Устойчивость против коррозии повышается при введении в состав стали хрома, никеля, алюминия, кремния. Эти элементы образуют непрерывную прочную оксидную пленку и повышают электродный потенциал, то есть увеличивают электроположительность стали.
Хром является основным легирующим элементом коррозионно-стойких сталей. Его содержание находится в пределах от 11 до 30 %. С ростом содержания хрома коррозионная стойкость стали растет. Легирование стали хромом приводит к уменьшению склонности аустенитного зерна к росту при нагреве, существенному увеличению ее прокаливаемости, а также к замедлению процесса распада мартенсита [6].
Хром стабилизирует модификации железа с ОЦК-решеткой и образует с этими модификациями непрерывные ряды твердых растворов. Область твердых растворов хрома в -Fe сравнительно узкая и простирается до 13,3 ат. % Сr. Хром снижает температуру полиморфного - превращения железа от 910 до 830 С при содержании ~ 7,5 ат. %.
При дальнейшем увеличении содержания хрома эта температура резко возрастает. При содержании в сплавах ~ 50 ат. % Cr и температуре ~ 815С происходит фазовая перекристаллизация -твердого раствора с образованием так называемой σ – фазы. Реакция σ протекает крайне медленно, и необходимы продолжительные выдержки для ее завершения. Фазы σ имеет сложную тетрагональную структуру с 30 атомами в элементарной ячейке и обычно образуется в системах на основе переходных металлов и, как правило, обладает достаточно широкой областью гомогенности. В системе железо-хром эта область при 600 С простирается от 43 ат. % Сr [7].
Одним из основных легирующих элементов высокопрочных коррозионностойких сталей является никель. Необходимость легирования никелем высокопрочных коррозионностойких сталей определяется, во-первых, тем, что он является аустенитообразующим элементом и позволяет при высокотемпературном нагреве под закалку получить аустенитную структуру, при охлаждении - претерпевать мартенситное превращение. Во-вторых, никель повышает пластичность мартенситной матрицы вследствие уменьшения степени закрепления дислокаций атомами внедрения и снижения сопротивления кристаллической решетки движению дислокаций [8,9]. В-третьих, никель, образуя интерметаллидные фазы с такими элементами, как Ti, Al и др., обеспечивает при старении необходимый уровень упрочнения. Таким образом, фазовый состав системы Fe-Cr-Ni определяется аустенитообразующим воздействием Ni и феррито- и сигмаобразующим воздействием хрома. Никель в хромистых сталях влияет на область стабильности σ-фазы, смещая ее в сторону более низких содержаний хрома и более высоких температур.
При создании коррозионностойких сталей для получения необходимой структуры, свойств и обеспечения максимальной коррозионной стойкости используют в различных сочетаниях также другие легирующие элементы: ферритообразующие (Cr, Mo, Al, Si, Ti, Nb, W, V) и аустенитообразующие (Ni, C, Mn, N, Co, Cu) [6].
Марганец в коррозионностойких сталях является достаточно распространённым легирующим элементом. Легирование марганцем, во-первых, проводится на аустенитных высокоазотистых сталях с целью повышения концентрации усвояемого азота и, во-вторых, обеспечивает возможность снижения содержания дорогостоящего Ni (при сохранение требуемой структуры и свойств) на сталях аустенитного и мартенситного классов [10].
Кобальт, так же, как Ni и Mn, является элементом замещения, расширяющим -область. Легирование высокопрочных коррозионностойких сталей кобальтом в ряде случаев является необходимым, хотя значительно ограничивает объем применения кобальтосодержащих сталей из-за их высокой стоимости. Как аустенитообразующий элемент, подавляющий -феррит, кобальт в 1,5-2 раза менее эффективен, чем Ni, однако имеет перед ним ряд преимуществ. Одно из них в том, что, подавляя -феррит, кобальт очень слабо снижает мартенситную точку, что позволяет стали с Co дополнительно легировать такими элементами, как Сr, Mo и др., повышая тем самым сопротивление коррозионным поражениям и сохраняя мартенситную структуру стали.
Кроме того, кобальт, в отличие от Ni, не снижает, а несколько повышает температуру начала - перехода при нагреве мартенситной матрицы, обеспечивая тем самым потенциальную возможность повышения температуры эксплуатации жаропрочных сталей.
В безуглеродистых мартенситностареющих сталях кобальт уменьшает растворимость Mo в мартенсите и обеспечивает дисперсионное упрочнение Fe-Cr-Ni-Co-Mo сталей при сохранении достаточно высокого сопротивления хрупким разрушениям. Высокая вязкость мартенситной матрицы, легированной Co, связана, как и при легировании Ni, с ослаблением степени закрепления дислокации атомами внедрения и понижением сопротивления кристаллической решетки движению дислокаций.
Особая, наиболее многогранная роль среди легирующих элементов принадлежит молибдену. Во-первых, молибден увеличивает пассивацию и химическую стойкость коррозионностойких сталей, в частности, в восстановительных средах и в присутствии Cl - ионов, когда пассивация за счет хрома недостаточна [11].
Во-вторых, молибден замедляет диффузию атомов внедрения и примесей, особенно по границам зерен, предотвращая или ослабляя тем самым выделение зернограничных фаз или сегрегаций на различных этапах термической обработки (закалка больших сечений, отпуск при повышенных температурах и т.д.) или при сварочных нагревах. Отсутствие зернограничных выделений и сегрегаций в высокопрочных коррозионно-стойких сталях, легированных Mo, резко повышает сопротивление хрупкому разрушению и коррозионным воздействиям. В-третьих, Mo замедляет разупрочнение мартенситной матрицы при температурах нагрева выше 500С, что позволяет получить после отпусков при 500-550С при высокой прочности повышенные значения вязкости и коррозионной стойкости. Кроме того, высокое содержание Mo (более 3 масс. %) в ряде композиций мартенситностареющих сталей (особенно при их дополнительном легировании Co) обеспечивает дисперсионное упрочнение при нагревах в интервале температур 350-550С и высокий комплекс служебных характеристик.
Легирование высокопрочных коррозионностойких сталей другими ферритообразующими элементами решает следующие задачи:
1) связывание атомов внедрения в стойкие карбиды, нитриды и карбонитриды, не растворяющиеся при температурах закалки (Nb, V, Ti в количестве до 0,2 масс. %), что обеспечивает измельчение зерна и повышение коррозионной стойкости;
2) дисперсионное упрочнение (Ti, Al, V в количестве 0,5-1,5 масс. %, W в количестве 3-5 масс. %);
3) упрочнение мартенситной матрицы и повышение сопротивления коррозионному растрескиванию (Si в количестве до 1,2 - 3 масс. %).
Таким образом, можно сделать вывод о том, что высокопрочные коррозионностойкие стали для обеспечения высокого комплекса характеристик прочности, надежности и технологичности должны являться многокомпонентными сплавами, содержащими большой набор легирующих элементов, которые по-разному, как качественно, так и количественно, влияют на фазовый состав и структуру стали. В связи с этим оптимизация легирования рассматриваемых сталей различного назначения является достаточно сложной задачей. Первым этапом в систематизации различных, часто разрозненных и противоречивых экспериментальных данных по фазовому составу и структуре коррозионностойких сталей является их классификация и разработка диаграмм структурного состояния.