Состав ферритных хромистых нержавеющих сталей не меняется при нагреве, но расплав становится более однородным. Следовательно, термическая обработка может служить для повышения коррозионной стойкости стали.
Примеси по-разному влияют на свойства стали:
- Углерод (С) повышает твердость, прочность и упругость сталей, но снижает их пластичность.
- Кремний (Si) при содержании в стали до 0,4 % и марганец при содержании до 0,8 % не оказывают заметного влияния на свойства.
- Фосфор (P) увеличивает прочность и коррозионную стойкость сталей, но снижает их пластичность и вязкость.
- Сера (S) повышает хрупкость сталей при высоких температурах, снижает их прочность, пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость.
- Азот (N2) и кислорода (O2) уменьшают вязкость и пластичность сталей.
- Водород (H2) повышает хрупкость сталей.
Легирующие вещества добавляются в сталь для изменения ее свойств:
- Хром (Cr) повышает твердость, прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость, электросопротивление сталей, одновременно уменьшая их коэффициент линейного расширения и пластичность.
- Никель (Ni) увеличивает пластичность, вязкость, коррозионную стойкость и ударную прочность сталей.
- Вольфрам (W) повышает твердость и прокаливаемость сталей.
- Молибден (Mo) увеличивает упругость, коррозионную стойкость, сопротивляемость сталей растягивающим нагрузкам и улучшает их прокаливаемость.
- Ванадий (V) повышает прочность, твердость и плотность сталей.
- Кремний (Si) увеличивает прочность, упругость, электросопротивление, жаростойкость и твердость сталей.
- Марганец (Mn) повышает твердость, износоустойчивость, ударную прочность и прокаливаемость сталей.
- Кобальт (Co) увеличивает ударную прочность, жаропрочность и улучшает магнитные свойства сталей.
- Алюминий (Al) повышает жаростойкость и стойкость сталей к образованию окалины.
- Титан (Ti) увеличивает прочность, коррозионную стойкость и улучшает обрабатываемость сталей.
- Ниобий (Nb) повышает коррозионную стойкость и устойчивость сталей к воздействию кислот.
- Медь (Cu) увеличивает коррозионную стойкость и пластичность сталей.
- Церий (Ce) повышает пластичность и прочность сталей.
- Неодим (Nd), цезий (Cs) и лантан (La) снижают пористость сталей и улучшают качество поверхности.
Стали Cr с высоким содержанием углерода имеют мартенситную структуру. Мартенситные марки дополнительно легируются никелем и другими химическими элементами для достижения специфических коррозионных и других свойств. Никель взаимодействует с углеродом для стабилизации структуры нержавеющей стали, а молибден, вольфрам, ванадий и ниобий добавляются для повышения жаропрочности стали.
Прочность обычных мартенситных хромистых нержавеющих сталей остается удовлетворительной при температурах до 500oC. Дополнительное легирование углеродообразующими элементами повышает этот предел до 650oC. Это позволяет использовать легированные хромом мартенситные нержавеющие стали для изготовления компонентов современного энергетического оборудования. Молибден и вольфрам также снижают хрупкость при длительном использовании при высоких температурах.
Мартенситные стали, такие как 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13, 65Cr13 и другие, обладают высокой твердостью и используются для изготовления режущих инструментов и износостойкого оборудования. Термическая обработка сталей этой группы заключается в их закалке и доведении до определенной твердости.
Мартенситные нержавеющие стали склонны к хрупкому разрушению даже в закаленном и отпущенном состоянии, что усложняет процесс сварки. Содержание углерода в мартенситных сталях обычно превышает 0,10 %, что приводит к образованию холодных трещин при охлаждении мартенсита электросваркой после нагрева. Если содержание углерода снижается путем дополнительного легирования, пластичность мартенсита увеличивается, но возникает другой риск, а именно образование бесструктурного феррита, который также является причиной высокой хрупкости стали.
Чтобы избежать образования холодных трещин, сварка мартенситных нержавеющих сталей производится при температуре воздуха ≥0oC и предварительном нагреве до 200. 450°C и предварительно нагревается. Температуру предварительного нагрева следует выбирать в зависимости от склонности стали к закалке.
Мартенситно-ферритные нержавеющие стали.
К этому классу относят стали с частичным γ→α превращением. Термокинетическая диаграмма у этих сталей состоит из двух областей превращения. При температурах>600°C при низкой скорости охлаждения позволяет сформировать ферритный компонент в структуре. При высокой скорости охлаждения.
Коррозионная стойкость мартенситно-ферритной нержавеющей стали зависит от содержания в ней хрома. При 17%Cr достигается стойкость к 65% азотной кислоте при 50oC. Дальнейшее увеличение концентрации хрома расширяет диапазон применения хромистых нержавеющих сталей в различных средах. Мартенситно-ферритные стали широко используются в производстве нефтехимического оборудования и электростанций.
Мартенситно-ферритные нержавеющие стали также являются неблагоприятными материалами с точки зрения свариваемости. Сварные соединения из мартенситно-ферритных сталей склонны к образованию трещин с замедленным разрушением из-за неизбежной инфильтрации во время сварки.
Другие особенности хромистых нержавеющих сталей.
Коррозионная стойкость нержавеющих ферритных хромистых сталей напрямую зависит от содержания хрома; чем выше, тем лучше. В настоящее время хромсодержащие нержавеющие стали делятся на три типа в зависимости от содержания хрома: Стали с 13% Cr, стали с 17% Cr и нержавеющие стали с 25-28% Cr.
Более прочные стали 08X13 и 12X13 используются для деталей, подверженных вибрации, таких как лопасти турбин, фитинги с трещинами и предметы домашнего обихода.
Мартенситные нержавеющие стали 30X13 и 40X13 подвергаются термообработке для изготовления измерительных приборов, медицинского оборудования, пружин и других коррозионностойких компонентов, требующих высокой твердости или прочности.
При концентрации хрома более 20% и добавлении молибдена бесхромовые стали устойчивы к коррозии. Ферритные хромистые нержавеющие стали превосходят аустенитные хромоникелевые нержавеющие стали, такие как 08Cr18Ni10T, по коррозионной стойкости к трещинам.
Добавление карбидообразующих элементов, таких как титан, значительно повышает стойкость сварных соединений из нержавеющей хромистой стали к межкристаллитной коррозии. Это также снижает тенденцию к росту зерна в структуре стали (сталь 08Cr18T1). Дополнительное снижение роста зерна ферритных нержавеющих сталей также достигается путем микролегирования поверхностно-активными элементами, такими как церий. Микролегирование воском было использовано, в частности, в стали 08Cr18Tch (DI-77), хотя положительный эффект от применения редкоземельных металлов достигается только в определенных количественных пределах и при соблюдении технологического процесса.
Как уже упоминалось, на хладноломкость ферритных нержавеющих сталей существенное влияние оказывают вводимые примеси — углерод и азот. При общем содержании углерода и азота ≤ 0,01 % обрабатываемость сварных соединений ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием хрома значительно повышается при отрицательных температурах. Восприимчивость ферритных нержавеющих сталей к холодной хрупкости также повышается из-за наличия в сплаве фосфора, кислорода, серы, марганца и кремния, что предъявляет повышенные требования к технике плавки.
Снижение общего содержания углерода и азота до 0,010-0,015% повышает устойчивость нержавеющей стали к ползучей коррозии. Если содержание этих компонентов превышено, в состав нержавеющей стали следует добавить дополнительные стабилизаторы, такие как титан и ниобий.
Нержавеющие стали с высоким содержанием хрома склонны к хрупкости при неправильной термической обработке. Это приводит к так называемой «хрупкости 475oC» нержавеющей стали, которая является обратимой и может быть устранена путем новой термической обработки.
Качество поверхности горячекатаных и холоднокатаных листов из нержавеющих сталей, содержащих хром, титан и феррит, улучшается путем их легирования кремнием (сталь 04Х15СТ). Кремниевый сплав повышает коррозионную стойкость за счет обогащения верхних слоев защитной пленки кремнием.
Так называемые «суперферриты» представляют собой особую группу ферритных нержавеющих сталей, в которых состав легирующих элементов более ограничен (01Cr18M2T-VI, 01Cr25M2T-VI, 01Cr25TBU-VI). Эти нержавеющие стали обладают повышенной пластичностью и вязкостью сварного шва и устойчивы к точечной и щелевой коррозии в большинстве агрессивных сред.
Физические свойства и механические характеристики металла хром и его соединений
Хром не относится к строительным материалам, но широко используется благодаря своей превосходной коррозионной стойкости. Хромирование защищает любой другой сплав от ржавчины. Сплав хрома в их сталях также придает им такую же коррозионную стойкость, как и сам металл.
Поэтому сегодня поговорим о технических и окислительных свойствах хрома как материала, также обсудим основные амфотерные, восстановительные свойства и производство этого металла. Мы также узнаем, как хром влияет на свойства стали.
- 1 Особенности металла
- 2 Химические и физические свойства хрома
- 2.1 Температура плавления и кипения
- 2.2 Физические особенности
- 2.3 Теплофизические характеристики
- 2.4 Электрические свойства
- 2.5 Токсичность
Особенности металла
Хром является металлом 4-го периода 6-й группы побочной подгруппы. Его атомный номер — 24, а атомный вес — 51,996. Это серебристо-голубой твердый металл. В чистом виде он податлив и пластичен, но малейшее добавление азота или углерода делает его хрупким и твердым.
Хром часто называют черным металлом из-за цвета его основного минерала, хромистого железа. Однако своим названием он обязан своим соединениям, соли и оксиды которых в различных состояниях окисления демонстрируют все цвета радуги.
- В нормальных условиях хром инертен и не взаимодействует с кислородом, азотом или водой.
- На воздухе он сразу же пассивируется – покрывается тонкой оксидной пленкой, которая полностью перекрывает кислороду доступ к металлу. По той же причине вещество не взаимодействует с серной и азотной кислотой.
- При нагревании металл становится активным и вступает в реакции с водой, кислородом, кислотами и щелочами.
Он характеризуется трехмерной кубической решеткой. Фазовые переходы отсутствуют. При температуре 1830 °C он может превратиться в гранецентрированную решетку.
Однако у хрома есть интересная аномалия. При температуре 37 °C некоторые физические свойства металла резко меняются: изменяются электрическое сопротивление и коэффициент линейного расширения, модуль упругости падает до минимума, а внутреннее трение увеличивается. Это происходит из-за превышения точки Нила: При этой температуре вещество меняет свои антиферромагнитные свойства на парамагнитные, что является первой стадией перехода и означает резкое увеличение объема.
Химические свойства хрома и его соединений описаны в этом видео:
Химические и физические свойства хрома
Температура плавления и кипения
Физические свойства металла настолько сильно зависят от примесей, что даже определение температуры плавления оказалось сложным.
- Согласно современным измерениям температура плавления считается величина в 1907 С. Металл относится к тугоплавким веществам.
- Температура кипения равна 2671 С.
Далее следует общее описание физических и магнитных свойств металлического хрома.
Общие свойства и характеристики хрома
Физические особенности
Хром — один из самых стабильных тугоплавких металлов.
- Плотность в нормальных условиях составляет 7200 кг/куб. м, это меньше чем у железа.
- Твердость по шкале Мооса составляет 5, по шкале Бринелля 7–9 Мн/м 2. Хром является самым твердым металлом из известных, уступает только урану, иридию, вольфраму и бериллию.
- Модуль упругости при 20 С составляет 294 ГПа. Это довольно умеренный показатель.
Благодаря своей оноцентрической решетчатой структуре хром обладает свойством температурной хрупкости. Однако значение этого металла сильно зависит от степени чистоты и колеблется о т-50 до +350 °C. На практике кристаллический хром не обладает пластичностью, но становится пластичным после мягкого отжига и формовки.
Прочность металла также увеличивается при холодной обработке. Легирующие добавки также вносят значительный вклад в это качество.
Далее следует краткое описание теплофизических свойств хрома.
Теплофизические характеристики
Тугоплавкие металлы обычно обладают высокой теплопроводностью и, следовательно, низким коэффициентом теплового расширения. Однако хром значительно отличается по своим свойствам.
Коэффициент теплового расширения подскакивает в точке Нееля, а затем продолжает значительно расти с повышением температуры. При 29 C (до скачка) коэффициент составляет 6,2 — 10-6 м/(м-К).
Теплопроводность следует той же схеме: она уменьшается в точке Нееля, хотя и не так резко, и снижается с ростом температуры.
- В нормальных условиях теплопроводность вещества равна 93.7 Вт/(м•K).
- Удельная теплоемкость в тех же условиях – 0.45 Дж/(г•K).
Электрические свойства
Несмотря на свое нетипичное поведение, хром является одним из лучших проводников электричества, уступая по этому параметру только серебру, меди и золоту.
- При нормальной температуре электропроводность металла составит 7.9 · 106 1/(Ом•м).
- Удельное электрическое сопротивление – 0.127 (Ом•мм2)/м.
При температуре до 38 градусов Цельсия хром является контрмагнитом, т.е. он не проявляет магнитных свойств при воздействии магнитного поля или при отсутствии магнитного поля. При температуре выше 38 C хром становится парамагнетиком: Он проявляет магнитные свойства под воздействием внешнего магнитного поля.
Токсичность
В природе хром встречается только в связанной форме, поэтому усвоение чистого хрома человеческим организмом исключено. Однако известно, что металлическая пыль раздражает легочную ткань и не впитывается в кожу. Сам металл не токсичен, но это не относится к его соединениям.
Хром не относится к строительным материалам, но широко используется благодаря своей превосходной коррозионной стойкости. Хромирование защищает любой другой сплав от ржавчины. Сплав хрома в их сталях также придает им такую же коррозионную стойкость, как и сам металл.
Поэтому сегодня поговорим о технических и окислительных свойствах хрома как материала, также обсудим основные амфотерные, восстановительные свойства и производство этого металла. Мы также узнаем, как хром влияет на свойства стали.
Хром является металлом 4-го периода 6-й группы побочной подгруппы. Его атомный номер — 24, а атомный вес — 51,996. Это серебристо-голубой твердый металл. В чистом виде он податлив и пластичен, но малейшее добавление азота или углерода делает его хрупким и твердым.
Хром часто называют черным металлом из-за цвета его основного минерала, хромистого железа. Однако своим названием он обязан своим соединениям, соли и оксиды которых в различных состояниях окисления демонстрируют все цвета радуги.
- В нормальных условиях хром инертен и не взаимодействует с кислородом, азотом или водой.
- На воздухе он сразу же пассивируется – покрывается тонкой оксидной пленкой, которая полностью перекрывает кислороду доступ к металлу. По той же причине вещество не взаимодействует с серной и азотной кислотой.
- При нагревании металл становится активным и вступает в реакции с водой, кислородом, кислотами и щелочами.
Он характеризуется трехмерной кубической решеткой. Фазовые переходы отсутствуют. При температуре 1830 °C он может превратиться в гранецентрированную решетку.
Однако у хрома есть интересная аномалия.
При температуре 37 °C некоторые физические свойства металла резко меняются: изменяются электрическое сопротивление и коэффициент линейного расширения, модуль упругости падает до минимума, а внутреннее трение увеличивается.
Это происходит из-за превышения точки Нила: При этой температуре вещество меняет свои антиферромагнитные свойства на парамагнитные, что является переходом первой стадии и означает резкое увеличение объема.
Химические свойства хрома и его соединений описаны в этом видео:
Физические свойства металла настолько сильно зависят от примесей, что даже определение температуры плавления оказалось сложным.
- Согласно современным измерениям температура плавления считается величина в 1907 С. Металл относится к тугоплавким веществам.
- Температура кипения равна 2671 С.
Далее следует общее описание физических и магнитных свойств металлического хрома.
Общие свойства и характеристики хрома
Физические особенности
Хром — один из самых стабильных тугоплавких металлов.
- Плотность в нормальных условиях составляет 7200 кг/куб. м, это меньше чем у железа.
- Твердость по шкале Мооса составляет 5, по шкале Бринелля 7–9 Мн/м2. Хром является самым твердым металлом из известных, уступает только урану, иридию, вольфраму и бериллию.
- Модуль упругости при 20 С составляет 294 ГПа. Это довольно умеренный показатель.
Благодаря своей объемно-центрированной решетчатой структуре хром обладает таким характерным свойством, как хрупкость в твердом состоянии.
