Стали с особыми свойствами

В судостроении широко используются стали с высокой коррозионной стойкостью. Для повышения коррозионной стойкости сталь легируют элементами, придающими ей склонность к пассивированию, т. е. образованию коррозионно-стойкой пленки окислов на поверхности проката. Наибольшее применение получили хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевые коррозионно-стойкие стали. Из рис. 5.20 видно, что высокую коррозионную стойкость сталь приобретает при содержании хрома более 12,5%. Хромистые стали 08X13, 12X13 и 20X13 (ферритного или ферритно-мартенситного класса по структуре) стойки при работе во влажной атмосфере воздуха, морской и речной воде, в азотной и многих органических кислотах. Эти стали пластичны, легко поддаются холодной обработке давлением, хорошо свариваются. Из низкоуглеродистых хромистых сталей изготовляют емкости, арматуру и др.

Увеличение концентрации хрома до 17 и 25 % придает этим сталям повышенную жаростойкость, т. е. резко возрастает их способность сопротивляться окислению при нагреве. Недостатком хромистых сталей ферритного класса является возникающая при сварке крупнозернистость, которая не может быть устранена последующей термической обработкой. Крупнозернистость повышает хрупкость стали, смещая порог хладноломкости к более высоким температурам.


Рис. 5.20. Схема влияния содержания хрома на коррозионную стойкость стали

Дополнительное легирование хромистых сталей никелем позволяет  получить  аустенитную структуру.  Наиболее широкое применение получили хромоникелевые стали с 18 % Cr и 9—11 % Ni, например стали марок 04Х18Н10, 08Х18Н10, 12Х18Н10Т. Стремление к понижению содержания углерода в этих сталях продиктовано образованием карбида типа Cr23C6. Чем выше содержание углерода, тем большее количество таких карбидов наблюдается по границам зерен, что приводит к охрупчиванию стали. Повышается также чувствительность к межкристаллитной коррозии, поскольку границы зерен обедняются хромом, ушедшим на образование карбида, и, следовательно, снижается сопротивление коррозии в этих зонах. Склонность аустенитных сталей к межкристаллитной коррозии можно устранить не только уменьшением содержания углерода (этот путь связан с определенными технологическими трудностями при выплавке стали), но и введением сильных карбидообразующих элементов — титана или ниобия, которые, образуя стойкие карбиды типа МС, исключают возможность образования хромистых карбидов.

Чисто аустенитные стали могут проявлять склонность еще к одному виду коррозионного разрушения — коррозии под напряжением. На поверхности изделия, находящегося под нагрузкой или имеющего внутренние остаточные напряжения (например, после холодной пластической деформации), при контакте с относительно слабой коррозионной средой образуются тонкие трещины. Значительно меньшей склонностью к такому разрушению обладают двухфазные аустенитно-ферритные стали (например, сталь марки 09Х17Н7Ю, легированная алюминием, которая используется для изготовления крыльевых устройств, рулей и кронштейнов гребных валов быстроходных морских судов). Аустенитные нержавеющие стали пластичны, хорошо деформируются в холодном состоянии, технологичны при сварке.

В отдельных участках палуб и рубок иногда применяют немагнитные аустенитные стали, в состав которых входят такие легирующие элементы, как никель, марганец, хром, алюминий. Содержание углерода в них до 0,4 %. Аустенитная структура стали получается в результате ее закалки, при которой в твердый раствор в железе переходят практически все легирующие элементы.

В настоящее время в судостроении все более широкое применение получают двухслойные (биметаллические) материалы, состоящие из двух и более сплавов. Биметаллические листы имеют сравнительно дешевую основу из углеродистой или низколегированной стали и покрытие (плакирующий слой), обеспечивающее им высокую коррозионную стойкость. Это дает значительную экономию дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов, которые входят в состав коррозионно-стойких сталей. В частности, ГОСТ 10885—85 предусматривает изготовление горячекатаных двухслойных листов толщиной от 4 до 160, шириной от 1200 до 2800 и длиной от 2000 до 9400 мм. В качестве основного слоя используют стали ВСт3сп, 10, 09Г2С, 10ХСНД и другие, а плакирующим слоем служат стали и сплавы марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08X17Т, ХН65М13, Н70МФ и др.