Коррозионностойкий чугун

       
Общая характеристика коррозионностойкого чугуна.


        Обычные нелегированные и легированные чугуны подвержены коррозии в агрессивных газовых и жидких средах.
Причиной повышенной коррозии чугуна является образова­ние в контакте с агрессивной средой гальванических пар из его структурных составляющих. При этом графит играет роль ка­тода, а металлическая основа — анода. Гальванической парой, но более слабой, является цементит и металлическая основа. Аустенитная металлическая основа имеет более низкий электро­химический потенциал в паре с графитом и с цементитом, чем перлитная и ферритная.
Легированные коррозионностойкие чугуны имеют повышен­ную коррозионную стойкость либо за счет предотвращения обра­зования графита и легирования матрицы (высокохромистыс чугуны), либо за счет легирования, обеспечивающего создание на поверхности металла пассивирующих пленок (высококрем­нистые чугуны), либо за счет создания стабильной аустенитной матрицы (высоконикелевые чугуны).

       
        Хромистые чугуны.


        ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ.
 
       Хром относится к самопассивирующимся металлам, так что при механическом повреждении пассивной пленки оксидов хрома она легко самопроизвольно восстанавливается. Пассивность хромистых чугунов приводит к сильному торможению анодного процесса коррозии и сопровождается сдвигом электродного по­тенциала в положительную сторону.
Как уже отмечалось, хром с железом образует ряд твердых растворов и интерметаллическое соединение FeCr. С углеродом хром образует ряд карбидов—(Cr, Fe)7C3, (Сг, Fе)23С6, об­ладающих электрохимическим потенциалом, близким к потен­циалу хромистого феррита (—0,446), и поэтому они практически не снижают химическую стойкость сплава. С точки зрения химической стойкости полезным является только хром, находя­щийся в твердом растворе. Количество хрома в твердом рас­творе определяет плотность пассивирующей пленки на поверх­ности сплава и стойкость его в тех или иных агрессивных средах. При сильно окисляющих реагентах пассивность насту­пает при меньшем содержании хрома, а при слабо окисляю­щих реагентах пассивность наступает при большем содержании хрома.
При содержании 11,8% Сr наступает первая граница стой­кости. Такие сплавы являются стойкими в разбав­ленной азотной кислоте комнатной температуры. Повышение содержания хрома в сплаве вызывает увеличение стойкости в азотной кислоте. Высокая коррозионная стойкость хроми­стых чугунов обеспечивается в том случае, если содержание хрома в основе сплава не ниже 12—13 % . Коррозионная стой­кость хромистых чугунов зависит от соотношения хрома и уг­лерода, которое определяет распределение хрома между матрицей и карбидами. Массовая доля хрома в кар­бидах колеблется от 30 до 50 %. Соотношение массовых до­лей хрома и углерода должно быть в пределах от 17:1 до 10 : 1. Установлено, что коррозионная стойкость сплава с 27,5 % Сг в 20 %-ной HN03 при 100 °С практически не изменяется при повышении содержания углерода до 1,5%, но заметно снижа­ется при дальнейшем его повышении. Так как боль­шая часть углерода связывается в карбиды, содержание сво­бодного хрома в высокохромистых чугунах в большинстве слу­чаев не выходит за пределы первой границы устойчивости. Этим объясняется более низкая коррозионная стойкость высо­кохромистых чугунов по сравнению с высокохромистыми ста­лями.
ГОСТ 7769—82 предусматривает три марки высокохромистых чугунов, отличающихся прежде всего содержанием хрома, а также содержанием углерода и кремния .
 
Химический состав коррозионностойких чугунов ( по ГОСТ 7769-82)
 
Марка чугуна
Содержание элементов , %
C Si Mn Cr P S
не более
ЧХ22С
ЧХ28
ЧХ32
0,6-1,0
0,5-1,6
1,6-3,2
3,0-4,0
0,5-1,5
1,5-2,5
1,0
1,0
1,0
19,0-25,0
25,0-30,0
30,0-34,0
0,10
0,10
0,10
0,08
0,08
0,08

         В табл. ниже приведен химический состав коррозионностойких чугунов типа «Хромэкс», «Фуродит», применяемых за рубе­жом.
Высокохромистые чугуны марок ЧХ22С, ЧХ28, ЧХ32 имеют содержание хрома в пределах 20—34 %. При таком содержа­нии хрома в чугуне наряду с карбидами хрома образуется хро­мистый феррит, в котором содержится не менее 13 % Сr. Элект­рохимический потенциал такого феррита близок к электрохи­мическому потенциалу карбидов хрома и является причиной высокой коррозионной стойкости чугунов.
Дополнительное легирование кремнием (чугун марки ЧХ22С), хотя и охрупчивает чугун, но повышает коррозионную стойкость в концентрированных азотной и фосфорной кислотах.
Данные о коррозионной стойкости высокохромистых чугунов приведены в табл. ниже
Высокохромистые чугуны обладают повышенной коррозион­ной стойкостью в кислородоокисляющих средах: в азотной, фосфорной, крепкой серной кислотах, во многих органических кислотах, растворах щелочей, солей, в морской и рудниковой воде. 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕКОТОРЫХ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ЧУГУНОВ. ПРИМЕНЯЕМЫХ ЗА РУБЕЖОМ
Сплав Содержание элементов,%
С Si Мn Сr Ni Р, S
Хромэкс
Фуродит
High Cromium
1,8-2,8 0,22-0,33 0,7-2,0 1,5-2,5 0,5-0,7 0,8-2,0 0,3-0,8 0,4—0,6 0,3-1,0 32-36
25-29
20-35
__
0,5
__
0,10
0,03
0,03-0,10
 
Марка Эксплуатационные свойства
 
Применение
 
ЧХ22С
 
 
 
 
 
 
Повышенная коррозионная стойкость в запыленных газо­вых средах при температуре до 1273 К, высокая кислотостойкость и сопротивление межкристаллитной коррозии. Детали, не подвергающиеся дей­ствию постоянных нагрузок; детали аппаратуры для концентрирован­ной азотной и фосфорной кислот, печная арматура и т. д.
 
 
 
 
 
ЧХ28;
ЧХ32
 
 
 
Высокая коррозионная стой­кость в растворах кислот (азот­ной, серной, фосфорной, со­ляной, уксусной, молочной и т. д.), щелочей, солей (азотно­кислого алюминия, сульфата алюминия, хлорной извести, хлорного железа, селитры), в газах, содержащих серу или S02; жаростойкость до 1373— 1423 К; высокое сопротивле­ние абразивному износу.
 
 
 
Детали, работающие при неболь­ших механических нагрузках в сре­де SO2 и S03, в щелочах высокой концентрации, азотной кислоте, рас­творах и расплавах солей до 1273 К; детали центробежных насосов, печ­ная арматура, реторты для цемен­тации, сопла горелок, цилиндры, корпуса золотников, гребки печей обжига колчедана и т. д.; детали, подверженные абразивному истира­нию; детали пищевой аппаратуры, проводковая арматура мелкосорт­ных станов
 
 
Химический состав высококремнистого чугуна (по ГОСТ 7769-82)
Марка
чугуна
Содержание элементов, % Мо
С Si Мn P S
не более
ЧС13 0,6-1,4 12,0-14,0 0,8 0,10 0,07 -
ЧС15 0,3-0,8 14,0-16,0 0,8 0,10 0,07 -
ЧС15М4 0,5-0,9 14,0-16,0 0,8 0,10 0,10 3,0-4,0
ЧС17 0,3-0,5 16,1-18,0 0,8 0,10 0,07 -
ЧС17М3 0,3-0,6 16,0-18,0 1,0 0,30 0,10 2,0-3,0
 
 
 
Применение высококремнистых чугунов (по гост 7769-82)
Марка
чугуна
Условия работы Область применения
ЧС13;
ЧС15;
ЧС17
Коррозионные среды: концентри­рованные и разбавленные кисло­ты, растворы солей, щелочей (кро­ме фтористоводородных и фтори­стых соединений) до температуры 473 К; не допускаются механиче­ские и термические удары. Простые по конфигурации детали центробежных насо­сов, компрессоров, трубопро­водов, арматуры и другие де­тали химической аппаратуры.
ЧС15М4;
ЧС17М3
 
 
Особо высокая коррозионная стойкость в серной, азотной, со­ляной кислотах разной концен­трации и температуры, водных растворах щелочей и солей при местном перепаде температур до 30 К в теле детали при отсут­ствии динамических, а также пе­ременных и пульсирующих на­грузок
 
Простые конфигурации, де­тали центробежных и порш­невых насосов, компрессо­ров и трубопроводной арма­туры, трубы и фасонные де­тали для трубопроводной арматуры, теплообменников и другие детали химической аппаратуры.
 
 

        Высоконикелевый чугун

 
Высоконикелевые чугуны, обладающие высокой жаропроч­ностью, немагнитностью, износостойкостью, являются также и коррозионностойкими. ГОСТ 7769—82 .
 
Основные эксплуатационные свойства и область применения высоконикелевых коррозионностойких чугунов.
Марка чугуна Эксплуатационные свойства Применение
ЧН15Д3Ш
ЧН15Д7
 
 
Высокая коррозионная и эрозионная стойкость в щелочах, слабых рас­творах кислот, серной кислоте любой концен­трации при температуре более 323 К, в морской воде, в среде перегрето­го пара. Насосы, вентили, другие детали нефтедобывающей, химической и нефтепере­рабатывающей промыш­ленности и арматуростроении; вставки гильз ци­линдров, головки порш­ней, седла и направляю­щие втулки клапанов, вы­хлопные коллекторы дви­гателей внутреннего сго­рания.
 
 
 
ЧН19Х3Ш
ЧН11Г7Ш
Жаропрочность до 873 К, высокая коррозионная и эрозионная стойкость в щелочах, слабых рас­творах кислот, серной кислоте любой концен­трации при температуре более 873 К, в морской воде, в среде перегрето­го пара. Выпускные коллекторы, клапанные направляю­щие, корпусы турбонагне­тателей газовых турбин, головки поршней, корпу­сы насосов.
 
L-NiCuCr 15 6 2 Хорошее сопротивление коррозии, особенно в щелочных средах, в раз­бавленных кислотах, в морской воде и солевых растворах. Насосы, клапаны, детали печей
 
L-NiCuCr 15 6 3 Лучшее сопротивление коррозии, чем L—NiCuCr 15 6 2
 
То же
L-NiCr 20 2;
L-NiCr 20 3
Как и L—NiCuCr 15 6 2, но более высокое сопро­тивление коррозии в ще­лочных средах То же, но предпочтитель­но для насосов, перекачи­вающих щелочь, сосудов для хранения щелочи.
L-NiSiCr 20 5 3 Хорошее сопротивление коррозии, даже в усло­виях разбавленной кис­лоты Детали насосов, печей
 
L-NiCr 30 3 Хорошее сопротивление коррозии при высоких температурах, высокое сопротивление эрозии в условиях мокрого па­ра и соляной суспензии. Насосы, сосуды под дав­лением, выхлопные трубо­проводы и корпуса турбо- загрузочных устройств
 
L-NiCuCr 30 5 5 Хорошее сопротивление коррозии, эрозии и теп­лостойкость
 
Составные части насосов, клапанов и промышлен­ных печей
 
S—NiCr 20 2; S—NiCr 20 3
 
По сопротивлению кор­розии близок к L—NiCr 20 2, но выше прочность
 
Насосы, клапаны, втул­ки, корпуса турбонагне­тателей, выхлопных тру­бопроводов
 
S—NiSiCr 20 5 3 Хорошее сопротивление коррозии, особенно в разбавленной серной кислоте
 
Насосы, детали промыш­ленных печей, которые подвергаются высоким нагрузкам
 
S—Ni 22 Более низкое сопротив­ление коррозии, чем L—NiCr 20 2
 
Втулки, корпуса насосов, турбонагнетателей, вы­хлопных трубопроводов
 
 
 
 
Низколегированный коррозионностойкий чугун

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ЧУГУНОВ
марка
чугуна
Содержание элементов, %
C Si Mn Cr Ni Ti Mo Cu P S
не более
ЧНХТ 2,7-3,4 1,4-2,0 0,8-1,6 0,2-0,6 0,3-0,7 0,05-0,12 - - 0,06 0,15
ЧНХМД 2,8-3,2 1,6-2,0 0,8-1,2 0,2-0,7 0,6-1,6 - - 0,2-0,5 0,15 0,12
ЧНМШ 2,8-3,8 1,7-3,2 0,6-1,2 0-0,1 0,8-1,5 - 0,3-0,7 - 0,10 0,03
ЧНХМДШ 3,0-3,6 2,0-2,8 0,6 0,2-0,4 0,6-1,0 - 0,2-0,6 0,5-0,8 0,08 0,03


МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ЧУГУНОВ
Марка
чугуна
Ϭв,МПа Ϭизг,МПа НВ Марка
чугуна
Ϭв,МПа Ϭизг,МПа НВ
не мнее   не менее  
ЧНХТ 280 430 201—286 ЧНМШ 490 20 186—286
ЧНХ14Д 290 690 201—286 ЧНДХМШ 600 - 270-320
Низколегированные никелем, хромом, молибденом, медью чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом имеют повышен­ную коррозионную стойкость в агрессивных газовых средах дви­гателей внутреннего сгорания.
Эти чугуны имеют перлитную структуру металлической ос­новы, которая теплостойка благодаря легированию .
 
  
ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ЧУГУНОВ
Марка
чугуна
Эксплуатационные свойства Область применения
ЧНХТ Высокие механические свойст­ва, сопротивление износу и коррозии в слабощелочных и газовых средах (продукты сгорания топлива, техниче­ский кислород) и водных рас­творах
 
Поршневые кольца (цилиндри­ческие заготовки)
Седла и направляющие втулки клапана дизелей и газомотокомпрессоров
 
 
 
 
ЧНХМД То же, но в сочетании с повы­шенной теплостойкостью, тер­мостойкостью Блоки и головки цилиндров, выхлопные патрубки двигате­лей внутреннего сгорания. Поршни и гильзы цилиндров тепловозных дизелей, детали кислородных и газовых ком­прессоров, детали бумагодела­тельных машин
ЧНМШ Повышенные механические свойства и термостойкость при температуре эксплуатации до 773 К Крышки и днища цилиндров дизелей, головки поршней, ци­линдрические заготовки для поршневых колец, цилиндры бумагоделательных машин
ЧНХМДШ Высокие механические свойст­ва, сопротивление износу и коррозии в слабощелочных и газовых средах (продукты сго­рания топлива, технический кислород) и водных растворах Блоки и головки цилиндров, выхлопные патрубки двигате­лей внутреннего сгорания, па­ровых машин и турбин. Порш­ни и гильзы цилиндров паро­вых машин, дизелей, детали кислородных и газовых ком­прессоров. детали бумагодела­тельных машин