ЖАРОСТІЙКІСТЬ

Жаростійкі матеріали використовуються для багатьох критичних компонентів у різних галузях промисловості, включаючи виробництво електроенергії, хімічну обробку та газові турбіни. Через постійні вимоги до підвищення продуктивності та ефективності спостерігається тенденція до підвищення робочих температур і тиску. Це призвело до постійних проблем з корозією, яким протистояло постійне вдосконалення складу матеріалів (таких як мінімізація шкідливих мікроелементів), процедур покриття та вдосконалення виготовлення, зокрема лиття, кування та зварювання. Наприклад, у промисловості газових турбін сплави, призначені для роботи з високими навантаженнями/підвищеними температурами, тепер використовуються для робочих температур, що перевищують 1100°C, порівняно з приблизно 800°C приблизно 40 років тому.

Що таке жаростійкість?

Жаростійкість – це здатність металу чинити опір окисленню при високих температурах. У разі підвищення температури швидкість окислення металів зростає. Як результат певні гази або рідини, які вважаються нешкідливими за умов навколишнього середовища, стають агресивними для матеріалів за підвищених температур. Наприклад, зміна швидкості корозії в 10 разів не є рідкістю при зміні температури на 30°C в умовах водної корозії. Але, та сама 10-кратна зміна (або значно гірша) може відбутися при зміні навіть на 20°C в умовах високотемпературного окислення

Як забезпечити достатній рівень жаростійкісті?

Жаростійкість досягається легуванням хромом, алюмінієм чи кремнієм. Ці елементи утворюють на поверхні стали щільні оксиди Cr₂О₃, Аl₂О₃, SiО₂, що ускладнюють окислення.

Утворення захисної оксидної плівки забезпечується лише наявністю відповідних легуючих елементів. Тому жаростійкість визначається хімічним складом сталі і залежить від її структури.

Хром – є ключовим легуючим елементом для забезпечення стійкості до окислення за умови, що температура не перевищує 950°C протягом тривалого часу. За цих умов хром може випаровуватися та вивільняти CrO₃ замість утворення більш бажаного бар’єрного оксиду, багатого на хром (Cr₂О₃) або шпінель (M₂Cr₂0₄). Хром не рекомендується для фторвмісних газів при високих температурах.

Алюміній – забезпечує відмінну стійкість до окислення, утворюючи щільну оксидну плівку алюмінію. Вона термодинамічно більш стабільна, ніж оксид хрому, і менш схильна до ефектів випаровування. Коли хром і алюміній присутні в сплаві, вони конкуруватимуть за утворення поверхневої окалини. Для деяких діапазонів складу сплаву — наприклад, з 5% алюмінію та близько 5% хрому — оксид алюмінію утворюється на перевагу над оксидом хрому.

Кремній, як і алюміній, діє спільно з хромом, покращуючи стійкість до накипу в агресивних середовищах. Оксиди, що містять кремнезем, діють як “глазурі”, а сплави, які містять приблизно від 2,5 до 3,5% Si, знаходять корисне застосування в середовищах навуглецювання та сульфідізації.

ЖАРОМІЦНІСТЬ

Багато спеціальних сплавів було розроблено, щоб задовольнити певні вимоги, які зазвичай передбачають не лише стійкість до корозії, але й чудову міцність із зручністю виготовлення. Сплави, розроблені для роботи при більш високих температурах або для більш агресивних середовищ, включають «суперсплави» на основі базових хімічних композицій: Fe-20%Cr, Ni-20%Cr або Co-30%Cr. Вони охоплюють такі сплави, як Alloy 75, Alloy 80A, Alloy 90, Alloy 105, Alloy 617, Alloy 690 та інш.

Що таке жароміцність?

Жароміцність – це опір металу повзучості та руйнування в області високих температур при тривалому навантаженні. При підвищенні температури сили міжатомних зв’язків слабшають і метали руйнуються при нижчих напругах, ніж при кімнатній температурі. Руйнування відбувається в результаті повзучості.

Жароміцність характеризує опір матеріалу повзучості. Повзучість розвивається при робочій температурі, що перевищує температуру рекристалізації, і напрузі вище межі плинності.

Більш високу жароміцність мають крупнозернисті структури з меншою протяжністю кордонів зерен, тому що саме на межах зерен накопичується велика кількість дефектів, що робить їх найбільш ослабленими ділянками в металі. Крім того, по кордонах розвивається процес повзучості внаслідок переміщення одного зерна щодо іншого.

Жароміцність характеризується межею тривалої міцності – напругою, що викликає руйнування при певній температурі за цей відрізок часу.

Як забезпечити достатній рівень жароміцності?

Різні легуючі елементи відіграють різні ролі. Деякі покращують міцність, інші елементи покращують стійкість до окислення або гарячої корозії (в першу чергу хром, алюміній і кремній з додаванням рідкоземельних елементів). Іноді зміцнюючі елементи можуть бути втрачені реакцією навколишнього середовища. Приклади включають катастрофічне окислення молібдену вище приблизно 750 °C, посилене окислення за наявності ванадію, втрати вольфраму та молібдену парами галогенів і втрати нікелю легкоплавкими сульфідами.

Ці аспекти підтверджують необхідність повної оцінки систем у кожному конкретному випадку.

КОРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ

Корозія — це втрата металу внаслідок реакції з навколишнім середовищем, яка вимірюється як відсоток втрати ваги або як швидкість проникнення корозії, яка зазвичай вимірюється в міліметрах на рік.

Корозія може розвиватися в присутності рідин або газів. Це може відбуватися за будь-якої температури, хоча зазвичай швидкість корозії зростає з підвищенням температури. Корозія, пов’язана з рідинами, часто спричинена домішками або мікроелементами в рідині.

Немає матеріалів, стійких до корозії в усіх середовищах. Матеріали мають відповідати навколишньому середовищу, в якому вони будуть працювати.

Не дивлячись на те, що спеціальні сплави мають значно вищу корозійну стійкість ніж нержавіючі сталі, але і вони можуть зазнавати наступних видів корозії:

Загальна корозія – найпростіша з видів корозії, яка формується практично рівномірно по всій поверхні сплаву. Вона спричиняє менше проблем ніж інші види, оскільки її можна кількісно визначити шляхом визначення втрати ваги за певний період часу або швидкості з якою будь-який метал/сплав руйнується в певному середовищі.

Точкова корозія – це локальна корозія, яка призводить до утворення невеликих отворів або «ямок» у металі. Процес корозії починається з локального руйнування пасивного шару. Отвори можуть дуже швидко роз’їдатися в глибину, тоді як решта поверхні залишається неушкодженою.

Щілинна корозія – виникає в конструкціях де є тріщини, навколо фланців, на розширених кінцях труб, навколо прокладок тощо. Викликана корозійними елементами, що утворюються в середовищі в результаті різної концентрації (через різну аерацію наприклад), або коли корозія відбувається під відкладеннями. Оскільки феномен щілинної корозії схожий до точкової, зазвичай щілинна передує точковой. Гальванічна корозія – виникає, коли два різних метали або сплави з різними властивостями і, отже, з різними електрохімічними потенціалами вступають у взаємодію між собою в електролітному середовищі. Один метал діє як катод, інший метал поводиться як анод, а електроліт є каналом передачі іонів між ними. Зазвичай це призводить до корозії анода – він розчиняється в електроліті, а на металі-катоді лишається гальванічний наліт.

Міжкристалитна корозія – є специфічним типом корозії, при якому уражаються в основному ділянки, прилеглі до меж зерен. Якщо раніше ця корозія була серйозною проблемою для зварюваності стандартних нержавіючих сталей, сьогодні вона значною мірою контролюється. Значною мірою цьому сприяли удосконалення в плавильній металургії.

Корозія під напругою – коли метал або сплав, що піддається впливу певного корозійного середовища, одночасно піддається високому рівню напруги розтягування, розтріскування і, таким чином, передчасне руйнування металу може виникнути без будь-яких ознак загального корозійного впливу. Тріщини мають міжкристалічний або транскристалічний курс, перпендикулярний напрузі розтягування, але з низьким ступенем деформації, подібно до крихкого руйнування.

Корозійна втома – втрата міцності в матеріалі через циклічну зміну або коливання напружень, коли матеріал одночасно піддається впливу корозійного середовища. Вона супроводжується розвитком міжкристалітних і транскристалітних тріщин, які руйнують метал зсередини. Розвиток тріщин йде, головним чином, в момент, коли металоконструкція зазнає навантажування. В результаті періодичних термічних напружень в металі захисна оксидна або будь-яка інша плівка на його поверхні руйнується. Корозійне середовище отримує вільний доступ до відкритої поверхні, а також крізь поверхневі тріщини проникає вглиб металу, прискорюючи руйнування.

Ерозійна корозія – місцеве руйнування поверхонь металевих виробів, зумовлене дією механічних факторів або електричних розрядів. Наприклад, коли одночасно з механічним стиранням ґрунтовими матеріалами (морська вода в латунних трубах) виникає хімічна або електрохімічна корозія.

Що таке стійкість до корозії ?

Зазвичай стійкість до корозії виражається через швидкість корозії та вимірюється в певному середовищі за певних робочих умов, тиску, температури та швидкості рідини.

Стійкість до корозії — це здатність утримувати енергію зв’язку металу та протистояти руйнуванню та хімічному руйнуванню, яке інакше відбулося б, коли матеріал піддається впливу такого середовища.

Стійкість до корозії є важливим фактором, який слід враховувати при виборі матеріалів для захисту від корозії.

Важливо пам’ятати, що будь-який сплав може піддаватися корозії за певних умов. Наявність корозії може не вказувати на несправність продукту; натомість це може вказувати на неправильне застосування цього продукту – можливо, ми використовуємо матеріал, який не найкраще підходить для даного середовища.

Завантажити каталог?

Перейти до магазину та оформити замовлення?

Виникли питання або потрібна допомога?