Сплавы коррозионностойкие: Глава 1. Коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 1.1. Классификация и особенности коррозионностойких сталей и сплавов

Глава 1. Коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 1.1. Классификация и особенности коррозионностойких сталей и сплавов

К коррозионностойким относят стали и сплавы, содержащие > 12 % Сr, а также дополнительно легированные Ni, Mo, Сu, Si, Ti, Nb, N и некоторыми другими элементами. Их содержание зависит от агрессивности коррозионной среды и требований, предъявляемых к физико-механическим свойствам сталей и сплавов.

Коррозионностойкие стали и сплавы применяют для изготовления технологического оборудования, работающего в условиях воздействия на металл различных, как правило, высоко агрессивных коррозионных сред (неорганические и органические кислоты, их смеси, растворы щелочей и солей, морская и минерализованные пластовые воды, влажная атмосфера и т.д.) и механических нагрузок (статических, динамических, циклических или комбинированных).

Многие коррозионностойкие стали и сплавы имеют также и другие важные для практического использования свойства. Например, стали, содержащие > 12 % Сr, а также Si и Аl, обладают повышенной жаропрочностью (в основном стали и сплавы аустенитного класса). Ударная вязкость аустенитных сталей незначительно уменьшается вплоть до низких температур, поэтому их широко используют в криогенной технике. Стали этого класса являются парамагнитными, вследствие чего применяются в качестве коррозионностойких немагнитных материалов.

Хром – основной легирующий элемент для большинства коррозионностойких сталей. Его минимальное содержание, при котором сталь еще является коррозионностойкой в слабоагрессивных растворах и влажной атмосфере, составляет 12 %.

Никель обеспечивает сталям и сплавам высокую стойкость в слабо окисляющих и неокисляющих растворах. В сочетании с хромом он способствует образованию в стали гомогенной структуры аустенита, что повышает ее коррозионную стойкость. При этом также возрастают пластичность и вязкость стали. Если использовать никель в качестве матрицы сплава вместо железа, то можно путем легирования его некоторыми элементами (например Сr и Мо) создать сплавы, коррозионностойкие в сильноагрессивных средах (серная и соляная кислоты), в которых высоколегированные стали на основе железа склонны к коррозии.

Кроме хрома и никеля, коррозионностойкие стали и сплавы дополнительно легируют ферритообразующими (Si, Al, Mo, W, V, Ti, Nb) и аустенитообразующими (N, Мn, Сu, Со) элементами. Их вводят в различных количествах и сочетаниях, которые зависят от требований, предъявляемых к коррозионной стойкости, механическим и технологическим свойствам материалов. По структурному признаку, то есть в зависимости от структуры материалов и особенностей ее изменения при проведении термообработки, коррозионно-стойкие стали и сплавы подразделяют на следующие классы:

• мартенситные нержавеющие стали, имеющие повышенное содержание углерода. Они подвержены полному фазовому α ↔ γ превращению, и при охлаждении на воздухе с температур несколько выше Ас3 в них образуется мартенсит;
• полуферритные нержавеющие хромистые стали, имеющие пониженное содержание углерода и повышенное содержание хрома или добавки ферритообразующих элементов. Они подвержены частичному фазовому α ↔ γ превращению, и при охлаждении на воздухе в этих сталях вместо двухфазной структуры аустенита и феррита образуется мартенсито-ферритная структура;
• ферритные нержавеющие стали, имеющие повышенное содержание хрома или добавки ферритообразующих элементов. Они не подвержены фазовому превращению α ↔ γ. К этому же классу относятся стареющие [list_item] ферритные нержавеющие стали, в которых при определенных режимах термообработки из феррита выделяется σ — фаза;
• феррито-аустенитные стали, имеющие из-за наличия в них аустенитообразующих элементов устойчивую структуру аустенита, который не подвержен превращению в мартенсит при охлаждении. Матрица сталей данного класса — феррит. Особенностью этих сталей является увеличение в них количества феррита и уменьшение количества аустенита при нагреве. При охлаждении с высоких температур соотношение фаз изменяется в обратной пропорции;
• аустенито-ферритные стали, которые аналогичны сталям четвертого класса, но преобладающей фазой в них при любых условиях является аустенит. К ним относятся Cr-Ni, Cr-Mn и Cr-Mn-Ni нержавеющие стали, как содержащие, так и не содержащие ферритообразующие элементы;
• аустенитные стали, в которых из-за наличия определенного количества аустенитообразующих элементов формируется устойчивая структура аустенита. Если они содержат более 0,02 % С, то после отпуска имеют аустенито-карбидную структуру со стабилизированными карбидами Ti или Nb и нестабилизированными карбидами Сr;
• стали переходного класса, которые представляют собой аустенитные или аустенито-ферритные стали со структурой неустойчивого аустенита. Они склонны к упрочнению при проведении определенной термообработки или в ходе обработки холодом после закалки вследствие образования аустенитомартенситной структуры;
• аустенитные стареющие стали, к которым относятся хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали, содержащие Nb или V и N. Они отличаются значительной коррозионной стойкостью и имеют высокую прочность;
• аустенитные сплавы на основе Ni, Ni и Cr, Ni и Мо, а также сочетаний никеля с некоторыми другими элементами. В этих сплавах железо либо отсутствует, либо имеется в малых количествах. Сплавы этого класса могут быть нестареющими или стареющими, в которых происходит выделение интерметаллидов или образование упорядоченных структур.

Отличительной особенностью коррозионностойких сталей и сплавов, которые всегда содержат углерод и 0,01-0,03 % азота (в случае, если он не введен специально), является наличие в структуре карбидов и нитридов. При проведении термообработки, горячей пластической деформации или сварки они могут выделяться или растворяться в твердом растворе.

• Наступна

Коррозионностойкие сплавы,цена Низкая Коррозионностойкие сплавы закупок

• Главная
• >
• Продукты
• >
• Мягкие магнитные сплавы
• >
• Коррозионностойкие сплавы

Коррозионностойкие сплавы

• 
  бренд
  SG
• 
  происхождение продукта
  Jiangsu
• 
  время доставки
  15-30дней
• 
  производственно — сбытового потенциала
  1200 килограмм / килограмм в месяц

Спрос на магнитно-мягкие сплавы с коррозионной стойкостью велик. У нас есть запас в течение всего года. Время доставки короткое.

Email

Коррозионностойкие сплавы

1.сплав:1J36

2.Размеры / мм:

Холоднокатаная полоса: (0,01 ~ 3) × (1 ~ 300)

Горячекатаная плита: (2,5 ~ 20) × (100 ~ 300)

Горячекатаные прутки: Φ (12 ~ 400) × 2500

Холоднотянутая проволока: Φ (0,025 ~ 2,0) × L

Холоднотянутые прутки: Φ (2,0 ~ 12) × L

3.Характеристики:

Удовлетворительная магнитная индукция с высоким насыщением и меньшая остаточная магнитная индукция, коррозионная стойкость при высокой влажности, солевых брызгах и условиях морской воды или в среде гидразина.

4.Заявка:

Электромагнитные компоненты, работающие в среде окисления и гидразина, контрольные устройства, работающие в условиях повышенной влажности и коррозии без защитных слоев, магнитопроводы с электромагнитом, арматура, пневматический клапан и гидравлический клапан и т. Д.

5.Химические составы(%)

Магнитные свойства

6. упаковка и Доставка

Детали упаковки: Стандартная экспортная мореходная упаковка. Деревянный футляр по индивидуальному заказу.

Доставка: EMS, DHL, TNT, UPS, контейнерные перевозки.

ВОПРОСЫ-ОТВЕТЫ:

1. Вы предоставляете бесплатные образцы?

Да, мы могли бы предложить образец бесплатно. Но клиенты должны нести все расходы по доставке. Между тем, заказной образец доступен.

2. Как вы гарантируете качество?

Мы будем отслеживать и контролировать весь производственный процесс, а также тестировать каждый процесс. Кроме того, мы готовы принять тестирование клиента.

3. Какое минимальное количество клиент может заказать?

Если у нас есть размер на складе, мы можем предоставить любое количество.

Если у нас нет в наличии, как правило, минимальное количество зависит от различных продуктов. Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы подтвердить.

4. Каковы наши условия оплаты?

Мы можем принять условия оплаты T / T и LC, это также зависит от доставки и общей суммы.

5. Что такое время?

Обычно время выполнения образца 5-7дней после подтверждения оплаты.

Нормальный заказ 15-30 дней, это зависит от количества клиентов.

6. Какое у нас рабочее время?

Мы дадим вам ответ через электронную почту / телефон Онлайн-чат в течение 24 часов.

Важное замечание

Вся информация выше только для справки. Мы можем настроить химический состав, физико-механические свойства в соответствии с требованиями клиентов. Конкретные детали необходимо проконсультировать у торгового персонала.

завод

Продукт тегов:

Коррозионностойкие сплавы
Магнитно-мягкие сплавы 1J36

Получить последнюю цену? Мы ответим как можно скорее (в течение 12 часов)

Презентация на тему: КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Коррозией называется разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней средой.

Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться коррозионному воздействию среды. Определяется в основном по изменению массы или размеров образцов во времени.

Стали, устойчивые против электрохимической коррозии называют

коррозионностойкими или нержавеющими.

11

Дополнительно сталь легируют Al и Si для обеспечения непрерывности пленок. Пленка из оксидов непрозрачна для кислорода, что обеспечивает жаростойкость.

Для получения аустенитной структуры и высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах вводят Ni.

12

Наиболее опасным видом коррозии является межкристаллитная коррозия (МКК) – разрушение сталей и сплавов по границам зерен, что приводит к резкому падению пластичности и прочности и может привести к разрушению деталей. Причиной развития МКК является химическая неоднородность между приграничными зонами и объемом зерен.

МКК может быть связана:

-с обеднением приграничных областей зерен элементами, обусловливающими стойкость материала в данной среде;

— с низкой химической стойкостью выделяющихся по границам зерен фаз;

-с сегрегациями по границам зерен поверхностно-активных элементов, снижающих стойкость основы в данной среде.

13

В ферритных хромистых сталях МКК развивается после нагрева выше 10000С и быстрого охлаждения. В процессе охлаждения происходит обеднение приграничных областей хромом при выделении хромсодержащих карбидов. Вокруг карбидов создаются зоны, обедненные хромом до уровня, не обеспечивающего коррозионную стойкость металла в данной среде. Склонность таких сталей к МКК устраняется отжигом при температурах 750…800°С или стабилизацией стали. Положительное влияние отжига объясняется диффузионным выравниванием состава по хрому в объеме зерна и в приграничной области.

14

Стабилизация ферритных сталей сильными карбидообразующими элементами (титан, ниобий, ванадий, тантал) оказывает положительное влияние на коррозионную стойкость, т.к. эти элементы, образуя специальные карбиды и нитриды, связывают углерод и азот, снижают их содержание в твердом растворе, препятствуя образованию хромистых соединений.

В аустенитных сталях при быстром охлаждении от температур гомогенного твердого раствора МКК может не проявляться. При повторном нагреве возможно образование хромсодержащих карбидов по границам зерен аустенита и, следовательно, обеднение хромом прилегающих к границам участков.

15

Образование хромсодержащих карбидов описывается С-образной кривой. Схема показывает развитие склонности сталей к МКК.

Кривая 1 показывает время, в течение которого сталь еще не склонна к МКК, кривая 2 – время, достаточное для того, чтобы МКК уже не проявлялась. Температурный интервал, в котором лежит область МКК, для аустенитных сталей составляет 450…8500С.

Кривая 1 имеет С-образную форму, а время, необходимое для протекания диффузии хрома к границам зерен и подавления склонности к МКК (кривая 2), тем меньше, чем выше температура. Т.о. неправильная термообработка может приводить к МКК. Обработка определенной длительности при определенной

температуре, в результате которой сплав приобретает чувствительность к МКК, называется провоцирующей термической

Стали, легированные карбидообразую-

щими элементами (Ti, Nb) называются

стабилизированными. В этом случае температурный интервал выделения карбидов разделяется на две области. Кривая 1 ограничивает область выделения карбидов, богатых хромом, кривая 3 – область выделения карбидов типа МеС. Кривая 2 ограничивает область склонности к МКК. В области выделения только карбидов МеС склонность к МКК не проявляется.

Т.к. развитие МКК связывают с образованием карбидов, содержание углерода и его термодинамическая активность в аустените определяют склонность стали к МКК. Элементы, повышающие активность углерода (Ni, Co, Si) способствуют развитию МКК. Элементы, снижающие активность углерода (Mn, Mo, W, V, Nb), препятствуют развитию МКК.

17

На склонность коррозионностойких сталей к МКК значительное влияние оказывает размер зерна: крупнозернистая структура является более чувствительной к МКК, что связано с большим обеднением приграничных участков хромом.

18

Способы борьбы с МКК аустенитных сталей:

-снижение в сталях содержания углерода, что исключает образование хромистых карбидов.

-введение в сталь стабилизирующих добавок (титан, ниобий), что вызывает связывание углерода в специальные карбиды TiC, NbC и исключает обеднение приграничных участков по хрому.

-закалка сталей от температур 1050…11100С, что обеспечивает перевод хрома и углерода в твердый раствор.

-отжиг, который для нестабилизированных сталей проводится для выравнивания состава аустенита и ликвации обедненных хромом участков, а для стабилизированных сталей для перевода углерода из карбидов хрома в специальные карбиды титана или ниобия и освобождения хрома.

19

Классификация коррозионностойких сталей

В зависимости от структуры коррозионностойкие стали условно подразделяют на классы:

-ферритный: 12Х17, 15Х25Т;

-мартенситный: 30Х13, 40Х13;

-аустенитный: 12Х18Н10Т, 06ХН28МДТ;

-мартенсито-ферритный: 08Х13, 12Х13;

-аустенито-мартенситный: 07X16Н6; 09X15Н8Ю

-аустенито-ферритный: 08Х22Н5Т, 08Х21Н6М2Т.

20

Коррозионностойкие сплавы

Главная / Продукция / Российские сплавы / Коррозионностойкие сплавы

СТАЛЬ НЕРЖАВЕЮЩАЯ 12Х18Н10Т

Сталь нержавеющая 12Х18Н10Т, отлично подходит для применения в сварных конструкциях, которые работают в контакте со средой окислительного характера, например, азотной кислотой; для изготовления емкостного и теплообменного оборудования; для изготовления сварных конструкций по криогенной технике, где температура достигает — 269°с.

Химический состав стали 12Х18Н10Т

Госты на сталь 12Х18Н10Т

• Гост 18143-72 Проволока из высоколегированной коррозионно-стойкой и жаростойкой стали. Технические условия.
• Гост 4986-79 Лента холоднокатаная из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали. Технические условия»;
• Гост 5582-75 Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия
• Гост 7350-77 Сталь толсто-листовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.
• Гост 9940-81 Трубы бесшовные горяче-деформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
• Гост 9941-81 Трубы бесшовные холодно/тепло-деформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
• Гост 2590-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• Гост 5632-2014 Марки стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

Сталь 08Х18Н10

Сталь нержавеющая 08Х18Н10 находит свое применение в виде холодно-катанного листа ленты, повышенной прочности для точечной сварки деталей и конструкций, а также в виде толстого листа для изделий, которые подвергаются термообработке.

В основном используются в автомобилестроении в виде тонкого листа и сверхпрочной ленты, машиностроении и для товаров широкого потребления. Сталь отлично подходит для полировки. Выплавляется в дуговых печах.

Химический состав стали 08Х18Н10

ГОСТы на сталь 08Х18Н10

• ГОСТ 18143-72 Проволока из высоколегированной коррозионно-стойкой и жаростойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 4986-79 Лента холодно-катаная из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 5582-75 Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия.
• ГОСТ 7350-77 Сталь толсто-листовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.
• ГОСТ 9940-81 Трубы бесшовные горяче-деформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 9941-81 Трубы бесшовные холодно/горячеде-формированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 2590-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 7417-75 Сталь калиброванная круглая. Сортамент.
• ГОСТ 8560-78 Прокат калиброванный шестигранный. Сортамент.
• ГОСТ 5632-2014 Стали высоко-легированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
• ГОСТ 103-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент.
• ГОСТ 2879-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент.

Сталь 03Х24Н6АМ3 (Аналог S22583 Duplex)

Сталь 03Х24Н6АМ3 применяется для изготовления сварного химического оборудования, работающего в сернокислых, фосфорнокислых и азотнокислых средах, а также средах, содержащих хлориды и сероводород.

Химический состав стали 03Х24Н6АМ3

ГОСТы и ТУ на сталь 03Х24Н6АМ3

• ТУ14-1-3880-84 (Пруток)
• ТУ14-1-3467-82 (Лист тонкий)
• ТУ14-1-5021-91, ТУ 302.02.095-90 (Лист толстый)
• ТУ14-3-1398-86 (Трубы)

Сплав 06ХН28МДТ (ЭИ943) (Аналог AISI-904L)

Сплав 06ХН28МДТ, применяется для изготовления сварной химической аппаратуры (реакторы, теплообменники, трубопроводы, емкости), работающей при температуре до 80°с в серной кислоте (кроме 55 %), экстракционной фосфорной, уксусной и других средах повышенной агрессивности в производстве сложных минеральных удобрений.

Химический состав сплава 06ХН28МДТ

Госты на сплав 06ХН28МДТ

• ГОСТ 1133-71 Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент.
• ГОСТ 4986-79 Лента холодно-катаная из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 5582-75 Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия.
• ГОСТ 5949-75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.
• ГОСТ 7350-77 Сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.
• ГОСТ 9940-81 Трубы бесшовные горяче-деформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 9941-81 Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия.
• ГОСТ 2590-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
• ГОСТ 8560-78 Прокат калиброванный шестигранный. Сортамент.
• ГОСТ 5632-2014 Стали высоко-легированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
• ГОСТ 5949-75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.

Сплав ХН63МБ (ЭП758У)

Сплав ХН63МБ, применяется для изготовления сварного химического оборудования (в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности, системах контроля загрязнения окружающей среды и т.д.), эксплуатирующегося в особо агрессивных средах, содержащих хлориды, фториды, органические кислоты и сильно загрязненные минеральные кислоты, сложные смеси кислот и химикатов при повышенных температурах (свыше 100 °с) в производстве сложных минеральных удобрений, синтетического каучука, уксусной кислоты и уксусного ангидрида.

Химический состав сплава ХН63МБ

ГОСТы и ТУ на сплав ХН63МБ

• ТУ14-131-755-85 (Пруток)
• ТУ14-1-4202-87 (Лента)
• ТУ14-1-4881-90 (Лист горячекатаный)
• ТУ14-3-1478-87 (Труба электросварная)

Сплав Н70МФВ-ВИ (ЭП814А-ВИ) (Аналог Hastelloy B-2)

Сплав Н70МФВ-ВИ, подходит для изготовления сварной химической аппаратуры (емкости, теплообменники, реакторы), эксплуатирующейся при повышенных температурах в солянокислых средах, концентрированных растворах серной, фосфорной и уксусной кислот, в производстве уксусной кислоты, галоидоводородных кислот, ионообменных смол, полипропилена, в процессах органического синтеза, химико-фармацевтических препаратов.

Выплавляют в вакуумных индукционных печах.

Химический состав сплава Н70МФВ-ВИ

ГОСТы и ТУ на сплав Н70МФВ-ВИ

• ГОСТ 5632-2014 Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

Марки:

• ТУ14-1-2230-77 (Лента)
• ТУ14-1-2260-77 (Пруток)
• ТУ14-1-4684-89 (Лист горячекатаный)
• ТУ14-3-1227-83 (Труба электросварная)

Сплав НП2 (Аналог Nickel-200)

Сплав никелевый НП2, отлично подходит для изготовления сварного химического оборудования — в производстве жидкого хлора, каустической соды и др.

Рекомендуемые параметры: температура стенки от -70 до 500 °с; давление не более 1,6 н/мм².

Химический состав сплава НП2

ГОСТы и ТУ на сплав НП2

• ТУ14-3-1591-88 (Труба холоднодеформированная)
• ТУ48-0815-80-92 (Лист холоднокатанный)
• ТУ48-0815-84-92 (Лист горячекатаный)
• ГОСТ 13083-77 (Пруток горячекатанный)

Сплав ХН65МВУ (ЭП760) (Аналог Hastelloy C-276)

Сплав ХН65МВУ, используется для изготовления химической аппаратуры (колонны, реакторы, теплообменники), которая эксплуатируется в средах окислительно-восстановительного характера, химической промышленности (производство уксусной кислоты, сложных органических соединений, минеральных удобрений, стирола и т. д.)

Химический состав сплава ХН65МВУ

ГОСТы и ТУ на сплав ХН65МВУ

• ГОСТ 5632-2014 Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

Марки

• ТУ14-1-3239-81 (Сталь сортовая)
• ТУ14-1-683-72 (Проволока холодно-тянутая)
• ГОСТ 24982-91 (Горячекатанный лист)
• ГОСТ 19904-90 (Прокат листовой холоднокатаный)
• ГОСТ 19903-2015 (Прокат листовой горячекатаный)
• ТУ14-1-3587-83 (Прокат листовой горячекатаный)
• ТУ14-3-1320-85 (Труба бесшовная тепло-деформированная)
• ТУ14-3-1227-83 (Труба электросварная)

Сравнение жаростойких и коррозионностойких сталей и сплавов. Статья

ПРОДУКЦИЯ   Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

8 (800) 200-52-75 (495) 366-00-24 (495) 504-95-54 (495) 642-41-95 e-mail: info@metotech. ru e-mail: [email protected] В статье сравниваются коррозионностойкие (нержавеющие) стали и жаростойкие сплавы. Приведена классификация сталей и сплавов, описаны химический состав, свойства, области применения. Коррозионностойкие и жаростойкие сплавы и стали используются при производстве ответственных деталей машин, аппаратов, приборов и технологического оборудования практически для всех отраслей промышленности. Главное общее свойство, присущее этим материалам – стойкость к разным видам коррозии в агрессивных средах и стабильность параметров при высоких температурах. Различаются они физико-механическими характеристиками, а также химическим составом, точнее, типом и объемом дополнительных химических элементов (легирующих добавок), введенных в базовую основу – железо или никель, которые и придают конечному материалу определенные качества. Фланцы из коррозионностойкой стали Классификация Жаростойкие и коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют по ГОСТ 5632-72 исходя из их ключевых физико-механических свойств. Коррозионностойкие стали и сплавы отличаются способностью противостоять коррозионным процессам под воздействием широкого спектра естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферной (в атмосфере воздуха, в условиях любого влажного газа), подводной, подземной (почвенной), щелочной, кислотной, солевой, под воздействием блуждающего тока и т.д. Окалиностойкие жаростойкие сплавы обладают долговременной стойкостью к химическому и электрохимическому разрушению (окислению) поверхности в агрессивных газообразных средах при температурах свыше 500-550°С, при работе без высоких нагрузок. Легирование Формирование специальных свойств коррозионно — и жаростойких сплавов и сталей производится способом легирования. Осуществляется легирование путем введения определенного количества хрома (Cr) и/или никеля (Ni) в расплав базового металла. У некоторых типов сталей и сплавов допускается наличие дополнительных легирующих, а также незначительного количества случайно попавших элементов, но никель и хром в их составе всегда имеет наибольшую массовую долю в соотношении к остальным примесям и добавкам. Химический состав коррозионностойких сталей и сплавов Наиболее распространенные коррозионностойкие стали и сплавы делятся на хромистые и хромоникелевые, в которых основным легирующим элементом выступает хром в соотношении не менее 10,5-13% от общей массы сплава, предназначенный для образования на его поверхности защитной оксидной пленки Cr2O3. Для стабилизации аустенитной структуры стали в нее добавляется никель (8-25%), для повышения прочности – углерод (0,1-2%), для увеличения стойкости к перепадам температур – титан (0,6-0,8%). В роли дополнительных легирующих элементов используют молибден, медь, ниобий, кремний, марганец и др. Аустенит – это одна из фаз состояния структуры кристаллической решетки стали и сплавов на основе железа с концентрацией углерода до 2%, обеспечивающая им максимальную стойкость к коррозии при высоких температурах. В большинстве сталей и сплавов кристаллическая решетка приобретает устойчивую (стабильную) аустенитную структуру только при нагреве до 727°С и выше. Формируется аустенитная структура путем введения в сплав определенных легирующих элементов (добавок), которые называют аустенизаторами. К числу аустенизаторов относят никель, кобальт, углерод, азот, медь и пр. Бак из коррозионностойкой стали Свойства коррозионностойких сталей и сплавов Когда сплав обогащается хромом в объеме свыше 13%, то в сочетании с другими легирующими компонентами получается прочная нержавеющая сталь с повышенными коррозионно — и жаростойкими свойствами, а также с высокой устойчивостью к воздействию кислот и т. п. Например, коррозионностойкая сталь марки 08Х18Н10 может эксплуатироваться в средах средней агрессивности при температурах до 600°С. Жаростойкость сталей марки 36Х18Н25С2 и 15Х6СЮ достигает 800°С, марки 12Х17 – 900°С, а нержавеющая сталь марки 15Х25Т способна сохранять устойчивость к коррозии (окалиностойкость) при температуре в 1100°С (кратковременно). Химический состав жаростойких сплавов В отличие от коррозионностойких сталей, изготавливаемых на основе железа с легированием хромом и никелем, жаростойкие сплавы производятся на основе никеля. Именно большая массовая доля никеля (не менее 55%), температура плавления которого равна 1455°С, обеспечивает сплавам защиту от коррозии и физическую стабильность при работе в различных средах при очень высоких температурах. Чтобы увеличить и без того высокую жаропрочность сплава, никель легируется хромом (15-23%) и в незначительном объеме (1-5%) обогащается тугоплавкими металлами (кремний, молибден, титан, марганец, вольфрам, тантал, ниобий и др. ) с температурой плавления выше 1700°С. Для экономии дорогостоящего никеля в состав некоторых марок сплава вводят железо (до 25%). Свойства жаростойких сплавов Одним из наиболее распространенных жаростойких сплавов на основе никеля является нихром, который по своим свойствам превосходит лучшие жаропрочные стали. В данном случае речь идет именно о жаростойкости (жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах) нихрома, которую не следует путать с жаропрочностью (жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени). В отличие от коррозионностойкой нержавеющей стали, нихромы не имеют достаточной механической прочности, чтобы в течение продолжительного времени работать в нагруженном состоянии, из них нельзя штамповать или точить детали, зато они чрезвычайно жаростойки и пластичны, поэтому отлично подходят для производства большого спектра высокоэффективных нагревательных элементов. К примеру, 60-процентная массовая доля никеля в составе нихрома марки ХН60Ю обеспечивает ему возможность длительной работы в агрессивной окислительной среде (в азоте, аммиаке и др.) при рабочей температуре до 1150°С, а температура плавления этого материала составляет 1390°С. В свою очередь рабочая температура нихрома марки Х20Н80 достигает 1250°С. Здесь следует заострить внимание на том, что никелевые жаростойкие сплавы чаще всего производят в виде полуфабрикатов — проволоки и ленты, поэтому рабочая температура детали из нихрома будет зависеть еще и от диаметра проволоки или сечения ленты. Стоимость жаро- и коррозионностойких сталей и сплавов Поскольку коррозионностойкие стали и жаростойкие сплавы в плане их применения имеют мало точек пересечения, т.к. каждый материал обладает своей специфической нишей, сравнивать стоимость материалов было бы не совсем корректно. И, тем не менее, для полноты и объективности данного обзора отметим, что килограмм обыкновенной коррозионностойкой стали аустенитного класса стоит в 20 раз дешевле килограмма жаростойкого сплава. Такое положение дел обусловлено дефицитом и высокой стоимостью никеля. Несмотря на это жаростойкие сплавы пользуются неизменным и стабильным спросом на рынке, оставаясь незаменимыми во многих сферах, тем более, что их ближайшие аналоги, например, кобальтовые сплавы, стоят еще дороже, причем настолько, что их используют только в исключительных случаях. Области применения Количество жаростойких изделий, для производства которых применяется коррозионностойкая нержавеющая сталь сложно перечислить в рамках одной статьи. В их числе элементы аппаратов и сосудов для кислот, щелочей и солевых растворов различной концентрации, арматура, теплообменники и трубы, предназначенные для работы в условиях слабоагрессивных сред, детали и корпуса пищевого и химического оборудования, печей, турбин, двигателей машин, самолетов. Разумеется, нержавеющая сталь незаменима при изготовлении посуды и медицинских биксов (стерилизационных емкостей). Реактор для химической промышленности Сфера использования сплавов на основе никеля (нихромов) обусловлена не только их уникальной коррозионной и жаростойкостью, устойчивостью к большому спектру химических воздействий (окислению), но и высокой пластичностью. Из нихромовой проволоки изготавливают нагревательные элементы для лабораторных и промышленных печей, реостатов, сушильных аппаратов, электротермического и кухонного оборудования (в том числе бытового), резисторы, нити электронных сигарет и многое другое.

Высокопрочные коррозионно-стойкие титановые сплавы для атомного машиностроения и ядерной энергетики

Руководители проекта:
Копылов Владимир Ильич, к.т.н., ведущий научный сотрудник НИФТИ ННГУ, ведущий научный сотрудник ФТИ НАН Беларуси – ведущий мировой специалист в области методов получения наноструктурированных и ультрамелкозернистых металлов и сплавов, разработчик (совместно с В.М. Сегалом) технологии равноканального углового прессования.
Чувильдеев Владимир Николаевич, д.ф.-м.н., профессор, директор НИФТИ ННГУ, заведующий кафедрой физического материаловедения ННГУ.

Структурные подразделения ННГУ – исполнители проекта:

• Отдел Физики металлов Научно-исследовательского физико-технического института ННГУ
• Кафедра физического материаловедения ННГУ

Описание проекта

Научной целью проекта является разработка новых принципов нано- и микродизайна структуры радиационно-стойких конструкционных материалов (в первую очередь – титановых сплавов, а также аустенитных сталей), широко применяемых в атомном машиностроении и в ядерной энергетике. Разрабатываемые методы управления структурно-фазовым состоянием должны обеспечить решение задачи одновременного повышения их физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик (в первую очередь – коррозионной стойкости и коррозионно-усталостной прочности).

Практической целью проекта является разработка технологических процессов получения изделий из нано- и микроструктурированных высокопрочных коррозионно-стойких титановых сплавов, которые могут успешно эксплуатироваться в течение длительного времени в экстремальных условиях одновременного воздействия повышенных нагрузок, температур, вибраций, радиационного воздействия. С практической точки зрения разрабатываемые методы дизайна базируются, в первую очередь, на современных технологиях интенсивного пластического деформирования (равноканально-угловое прессование, ротационная ковка), позволяющих формировать однородную нано- и микрокристаллическую структуру в металлических образцах, а также на теоретических подходах к описанию неравновесного состояния границ зерен, активно развиваемых в НИФТИ ННГУ и на кафедре физического материаловедения ННГУ.

Структура титанового сплава ПТ3В: исходное состояние (справа) и УМЗ состояние после равноканального углового прессования (слева) 

В течение последних 3 лет коллективами НИФТИ ННГУ и АО “ОКБМ Африкантов” в рамках гранта РНФ №16-13-00066 был проведен большой цикл прикладных и фундаментальных исследований по разработке новых перспективных α- и псевдо-α титановых сплавов (Ti-5Al-2V, Ti-2.5Al-2.6Zr, Ti-0.5Al, Ti-0.16Pd и др.).

В ходе реализации данного блока работ были получены следующие результаты:

1. Изучена физико-химическая природа процессов горячей солевой коррозии в нано- и микроструктурированных титановых сплавах. Показано, что в α-титановых сплавах (Ti-5Al-2V) межкристаллитный характер горячей солевой коррозии обусловлен присутствием на границах зерен повышенной концентрации атомов ванадия, образующих микрогальваническую пару с кристаллической решеткой α-Ti. Установлено, что склонность псевдо-α титановых сплавах (Ti-2.5Al-2.6Zr) к горячей солевой коррозии определяется конкурирующим влиянием зернограничных сегрегаций и частиц β-фазы, располагающихся по границам зерен α- и α′-фаз.

2. Показано, что формирование ультрамелкозернистой структуры в α-титановом сплаве Ti-5Al-2V с использованием технологии равноканально-углового прессования позволяет обеспечить одновременное повышение прочности и стойкости к горячей солевой коррозии. Установлено, что повышенная коррозионная стойкость ультрамелкозернистого α-титанового сплава обусловлена эффектом уменьшения локальной концентрации атомов примесей (в первую очередь – ванадия) на границах зерен α-Ti и, соответственно, уменьшением разницы в концентрациях атомов алюминия и ванадия между объемом кристаллической решетки и границей зерен.

Общий вид образцов титанового сплава до испытаний (слева) и после испытаний на горячую солевую коррозию (справа). На поверхности испытанных образцов – пористые солевые отложения и оксиды титана (рутил, анатаз)

Сравнение характера коррозионного разрушения крупнозернистого (слева) и УМЗ сплава ПТ3В (справа). Глубина коррозии в УМЗ сплаве оказывается намного меньше, чем в крупнозернистом сплаве

Выделение частиц циркония (слева) и α”-фазы (справа) в УМЗ титановом сплаве ПТ7М при отжиге. Просвечивающая электронная микроскопия

3. Впервые изучен эффект деформационно-стимулированной пассивности наноструктурированного титанового сплава Ti-0.5Al в кислотных средах. Показано, что формирование методом ротационной ковки наноструктурированного состояния с высоким уровнем внутренних напряжений в сплаве Ti-0.5Al позволяет обеспечить пассивацию поверхности УМЗ титанового сплава и существенно снизить скорость электрохимической коррозии.

4. Установлено, что формирование наноструктурированного состояния в сплаве Ti-2.5Al-2.6Zr с использованием технологии ротационной ковки позволяет обеспечить одновременное повышение прочности и стойкости против коррозионно-усталостного разрушения.

Результаты фрактографического анализа различных участков излома образца сплава ПТ7М после коррозионно-усталостных испытаний. Растровая электронная микроскопия

В настоящее время исследования сконцентрированы вокруг решения задачи разработки новых рентгеновских методик исследований особенностей структурно-фазовых превращений в титановых сплавах при их горячей солевой коррозии и водородного охрупчивания (данные работы проводятся совместно с кафедрой кристаллографии и экспериментальной физики ННГУ), исследований особенностей зарождения и распространения коррозионно-усталостных трещин в титановых сплавах, а также на разработке основ новой технологии высокоскоростной диффузионной сварки УМЗ титановых сплавов, позволяющей сохранить однородную мелкозернистую структуру в сварном соединении и, как следствие, высокую прочность и коррозионную стойкость конструкции.

Микроструктура сварного шва в титановом сплаве ПТ3В, полученного методами аргоно-дуговой сварки (слева, сверху), электронно-лучевой сварки (слева, снизу) и высокоскоростной диффузионной сварки (справа)

Финансирование проекта

• Договора с АО “ОКБМ Африкантов” на выполнение прикладных НИОКР по разработке технологических процессов получения и обработки высокопрочных коррозионно-стойких титановых и циркониевых сплавов.
• Госконтракт №П2543 на выполнение НИР “Физические методы наномодифицирования структуры металлов и сплавов для создания новых материалов для радиационно-стойких элементов и конструкций атомной техники” в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
• Госконтракт №П2340 на выполнение НИР “Разработка и исследование наноструктурированного технически чистого титана, обладающего уникальными физико-механическими свойствами” ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
• Грант №14.В37.21.0761 на выполнение НИР “Разработка и исследование субмикрокристаллических циркониевых сплавов с повышенной прочностью и стойкостью к особым видам коррозии для тепловыделяющих элементов и других высокоответственных элементов конструкций и узлов активной зоны перспективных ядерно-энергетических установок” в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
• Грант №14.740.11.1367 на выполнение НИР “Разработка новых наноструктурированных и субмикрокристаллических сталей с повышенными физико-механическими свойствами и коррозионной стойкостью для современных транспортных ядерно-энергетических установок и других приложений в машиностроении” в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
• Госконтракт №16.516.11.6088 на выполнение НИОКР “Разработка новых субмикрокристаллических титановых сплавов с одновременно повышенной прочностью и коррозионной стойкостью” в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы».
• Грант РФФИ №12-08-90003-Бел_а “Разработка и исследование термостабильных наноструктурированных и субмикрокристаллических титановых сплавов для ядерной энергетики и атомного машиностроения”.
• Грант РФФИ №12-08-33080-мол_вед_а “Высокопрочные коррозионно-стойкие субмикрокристаллические конструкционные материалы для перспективных приложений в машиностроении: разработка и исследование”.
• Грант РФФИ №13-03-97109-р_поволжье_а “Исследования свариваемости высокопрочных коррозионно-стойких субмикрокристаллических металлов и сплавов в условиях высокоскоростного нагрева”.
• Грант РНФ №16-13-00066 “Коррозионно-механическое разрушение и межкристаллитная коррозия высокопрочных мелкозернистых титановых сплавов: эксперимент, моделирование и методики”.
• Грант РНФ №19-73-00295 «Исследование структурно-фазовых особенностей перспективных титановых сплавов с повышенной коррозионной стойкостью».
• Грант СП-1671.2019.2 “Исследование механизмов коррозионно-усталостного разрушения перспективных мелкозернистых титановых сплавов” (стипендия Президента РФ для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики).

Партнеры проекта

• АО “ОКБМ Африкантова” (г. Нижний Новгород) – ведущий отечественный разработчик ядерных ректоров, входящий в состав ГК “Росатом”.
• ФТИ НАН Беларуси (г. Минск, Беларусь) – совместные исследования в области новых способов формирования нано- и ультрамелкозернистых структур в титановых сплавах.
• НИТУ “МИСИС” (г. Москва) – совместные исследования титановых нано- и ультрамелкозернистых сплавов методами высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии.

Основные публикации проекта (за последние 5 лет)

1. Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Бахметьев А.М., Сандлер Н.Г., Нохрин А.В., Тряев П.В., Лопатин Ю.Г., Козлова Н.А., Пискунов А.В., Мелехин Н.В. Эффект одновременного повышения прочности и коррозионной стойкости микрокристаллических титановых сплавов // Доклады академии наук, 2012, т. 442, №3, с.329-331.
2. Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Нохрин А.В., Лопатин Ю.Г., Козлова Н.А., Табачкова Н.Ю., Семенычева А. В., Смирнова Е.С., Грязнов М.Ю., Пирожникова О.Э. Влияние состояния границ зерен на термическую стабильность структуры субмикрокристаллического титанового сплава // Письма в ЖТФ, 2015, т.41, вып.11, с.1-9.
3. Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Tryaev P.V., Kozlova N.A., Tabachkova N.Yu., Lopatin Yu.G., Ershova A.V., Mikhaylov A.S., Gryaznov M.Yu., Chegurov M.K. Study of mechanical properties and corrosive resistance of ultrafine-grained α-titanium alloy Ti-5Al-2V // Journal of Alloys and Compounds, 2017, v.723, p.354-367.
4. Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Нохрин А.В., Бахметьев А.М., Сандлер Н.Г., Козлова Н.А., Тряев П.В., Табачкова Н.Ю., Михайлов А.С., Ершова А.В., Грязнов М.Ю., Чегуров М.К., Сысоев А.Н., Смирнова Е.С. Эффект одновременного повышения прочности, пластичности и коррозионной стойкости ультрамелкозернистого псевдо-альфа титанового сплава Ti-4Al-2V // Письма в ЖТФ, 2017, т.43, №10, с.25-33.
5. Ozerov M., Klimova M., Sokolovsky V., Stepanov N., Popov A. , Boldin M., Zherebtsov S. Evolution of microstructure and mechanical properties of Ti/TiB metal-matrix composite during isothermal multiaxial forging // Journal of Alloys and Compounds, 2019, v.770, p. 840-848.
6. Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Tryaev P.V., Tabachkova N.Y., Chegurov M.K., Kozlova N.A., Mikhaylov A.S., Ershova A.V., Gryaznov M.Yu., Shadrina Y.S., Likhnitskii C.V. Effect of severe plastic deformation realized by rotary swaging on the mechanical properties and corrosion resistance of near-α-titanium alloy Ti-2.5Al-2.6Zr // Journal of Alloys and Compounds, 2019, v.785, p.1233-1244.
7. Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Berendeev N.N., Murashov A.A., Nokhrin A.V., Gryaznov M.Yu., Shadrina I.S., Tabachkova N.Yu., Likhnitskii C.V., Kotkov D.N., Tryaev P.V. Corrosion fatigue crack initiation if ultrafine-grained near-α titanium alloy PT7M prepared by Rotary Swaging // Journal of Alloys and Compounds, 2019, v.790, p.347-362.
8. Chuvil’deev V.N., Nokhrin A. V., Kopylov V.I., Boldin M.S., Vostokov M.M., Gryaznov M.Yu., Tabachkova N.Yu., Tryaev P. Spark plasma sintering for high-speed diffusion bonding of the ultrafine-grained near-α Ti–5Al–2V alloy with high strength and corrosion resistance for nuclear engineering // Journal of Materials Science, 2019, v.54, iss.24, p.14926-14949.
9. Андреев П.В., Сметанина К.Е., Гудзь Д.А., Табачкова Н.Ю., Шадрина Я.С. Рентгенодифракционные исследования фазового состава α- и псевдо-α-титановых сплавов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2020, т.86, №9, с.45-51.
10. Чувильдеев В.Н., Берендеев Н.Н., Мурашов А.А., Копылов В.И., Нохрин А.В., Грязнов М.Ю., Лихницкий К.В., Табачкова Н.Ю., Галаева Е.А., Котков Д.Н., Бахметьев А.М., Тряев П.В., Мышляев М.М. Изучение особенностей коррозионно-усталостного разрушения мелкозернистого титанового сплава ПТ-7М, полученного методом ротационной ковки // Металлы, 2020, №4,с.64-76.
11. Мурашов А.А., Берендеев Н.Н., Галаева Е.А., Нохрин А.В., Чувильдеев В. Н. Исследование процессов усталостного и коррозионно-усталостного разрушения псевдо-α титанового сплава // Перспективные материалы, 2021, №7, с.37-48.
12. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Андреев П.В., Сандлер Н.Г., Бахметьев А.М., Востоков М.М., Лихницкий К.В., Копылов В.И., Болдин М.С., Гудзь Д.А., Табачкова Н.Ю. Коррозионная стойкость сварных соединений ультрамелкозернистого псевдо-α титанового сплава Ti-5Al-2V // Физика металлов и металловедение, 2021, т.122, №8, с.816-823.
13. Мурашов А.А., Берендеев Н.Н., Галаева Е.А., Нохрин А.В., Чувильдеев В.Н. Исследование процессов усталостного и коррозионно-усталостного разрушения псевдо-α титанового сплава // Перспективные материалы, 2021, №7, с.37-48.
14. Nokhrin A., Andreev P., Boldin M., Chuvil’deev V., Chegurov M., Smetanina K., Gryaznov M., Shotin S., Nazarov A., Shcherbak G., Murashov A., Nagicheva G. Investigation of microstrucutre and corrosion resistance of Ti-Al-V titanium alloys obtained by Spark Plasma Sintering // Metals, 2021, v. 11, iss.6, ArticleID 945.
15. Нохрин А.В., Андреев П.В., Болдин М.С., Чувильдеев В.Н., Чегуров М.К., Сметанина К.Е., Назаров А.А., Щербак Г.В., Мурашов А.А., Нагичева Г.С. Исследование структуры и коррозионной стойкости титановых сплавов, полученных методом электроимпульсного (искрового) плазменного спекания // Перспективные материалы, 2022, №1, с.60-73.

СМИ о проекте:

• Нижегородские ученые повысили прочность титановых сплавов для атомного машиностроения (источник – сайт ННГУ).
• Титановые сплавы для атомных реакторов можно сделать гораздо прочнее и лучше без легирования платиновыми или другими редкими металлами (источник – сайт Индикатор.ру).
• Созданы титановые сплавы с рекордными прочностью и коррозионной стойкостью (источник – сайт Индикатор.ру).
• Ученые ННГУ разработали титановые сплавы с рекордной прочностью и коррозионной стойкостью (источник – сайт ННГУ).

К участию в проекте, выполнению курсовых и дипломных работ по тематике проекта, приглашаются бакалавры, магистры и аспиранты физического факультета ННГУ, в первую очередь — студенты и аспиранты кафедры физического материаловедения и кафедры кристаллографии и экспериментальной физики ННГУ.

Контактная информация для студентов: Нохрин А.В., e-mail: [email protected]

Коррозионностойкие сплавы — характеристики и применение

Коррозионностойкие сплавы , как следует из их названия, представляют собой сплавы с повышенной коррозионной стойкостью . Некоторые черные и многие цветные металлы и сплавы широко используются в агрессивных средах. Во всех случаях это сильно зависит от определенных сред и других условий. Коррозионно-стойкие сплавы используются для водопровода и многих химических и промышленных применений. В случае ферросплавов речь идет о нержавеющей стали и в некоторой степени о чугунах. Но некоторые цветные коррозионно-стойкие сплавы проявляют замечательную коррозионную стойкость; следовательно, они могут использоваться для многих специальных целей. Есть две основные причины, по которым во многих случаях предпочтение отдается цветным металлам, а не стали и нержавеющей стали. Например, многие Цветные металлы и сплавы обладают гораздо более высокой стойкостью к коррозии , чем имеющиеся марки легированных сталей и нержавеющих сталей. Во-вторых, высокое отношение прочности к весу или высокая тепло- и электропроводность могут дать явное преимущество перед ферросплавом.

Типы коррозионно-стойких сплавов

Четыре широко распространенных цветных металла , используемые благодаря их хорошо задокументированным свойствам коррозионной стойкости:

• Nibral Propeller (никелево-алюминиевая бронза)0002 Медь . Медь не вступает в реакцию с водой, но медленно реагирует с кислородом воздуха, образуя слой коричнево-черного оксида меди, который, в отличие от ржавчины, образующейся на железе во влажном воздухе, защищает нижележащий металл от дальнейшей коррозии (пассивация). Медно-никелевые сплавы и алюминиевая бронза демонстрируют превосходную стойкость к коррозии в морской воде. Например, мельхиор представляют собой медно-никелевые сплавы, которые обычно содержат от 60 до 90 процентов меди и никеля в качестве основного легирующего элемента. Два основных сплава 90/10 и 70/30. Также могут содержаться другие укрепляющие элементы, такие как марганец и железо. Мельхиор обладают отличной стойкостью к коррозии, вызванной морской водой. Несмотря на высокое содержание меди, мельхиор имеет серебристый цвет. Добавление никеля к меди повышает прочность и коррозионную стойкость, но сохраняет хорошую пластичность. Мельхиор может использоваться во многих морских приложениях, например, для гребных винтов и гребных валов. Поскольку мельхиоровые сплавы обладают присущей им устойчивостью к макрообрастанию, хорошей прочностью на растяжение, отличной пластичностью при отжиге, высокой теплопроводностью и характеристиками расширения, они могут использоваться для теплообменников, например, в конденсаторах паровых турбин, маслоохладителях, вспомогательных системах охлаждения и т.д. подогреватели высокого давления на атомных электростанциях и электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Еще один очень распространенный коррозионно-стойкий материал — 9. 0003 алюминиевая бронза , которая обладает отличной коррозионной стойкостью, особенно в морской воде и подобных средах, где сплавы часто превосходят многие нержавеющие стали. Их превосходная коррозионная стойкость обусловлена ​​алюминием в сплавах, который вступает в реакцию с кислородом воздуха с образованием тонкого прочного поверхностного слоя оксида алюминия (оксида алюминия), который действует как барьер против коррозии богатого медью сплава. Встречаются в кованом и литом виде. Алюминиевые бронзы обычно имеют золотистый цвет. Алюминиевые бронзы используются в морской воде, в том числе: 9. Никель — серебристо-белый блестящий металл с легким золотистым оттенком. Никель является одним из самых распространенных легирующих элементов. Около 65% производства никеля используется в производстве нержавеющей стали. Поскольку никель не образует карбидных соединений в стали, он остается в растворе в феррите, тем самым упрочняя и повышая ударную вязкость ферритной фазы. Никелевые стали легко подвергаются термической обработке, поскольку никель снижает критическую скорость охлаждения. Сплавы на основе никеля (например, сплавы Fe-Cr-Ni(Mo)) демонстрируют превосходную пластичность и ударную вязкость даже при высоких уровнях прочности, и эти свойства сохраняются до низких температур. Никель и его сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью во многих средах, особенно основных (щелочных). Никель также уменьшает тепловое расширение для лучшей стабильности размеров. Никель является базовым элементом для суперсплавы . Эти металлы обладают превосходной стойкостью к термической деформации ползучести и сохраняют свою жесткость, прочность, ударную вязкость и стабильность размеров при температурах, намного более высоких, чем другие аэрокосмические конструкционные материалы. Например, Inconel является зарегистрированной торговой маркой Special Metals для семейства аустенитных жаропрочных сплавов на основе никеля и хрома. Inconel 718 — суперсплав на основе никеля с высокими прочностными свойствами и устойчивостью к повышенным температурам. Он также демонстрирует замечательную защиту от коррозии и окисления. Первоначально они были разработаны для использования в турбокомпрессорах авиационных поршневых двигателей. Сегодня наиболее распространенным применением являются компоненты авиационных турбин, которые должны выдерживать воздействие сильно окисляющих сред и высоких температур в течение разумных периодов времени.
• Титан . Чистый титан прочнее обычных низкоуглеродистых сталей, но на 45% легче. Он также в два раза прочнее слабых алюминиевых сплавов, но всего на 60% тяжелее. Двумя наиболее полезными свойствами металла являются коррозионная стойкость и отношение прочности к плотности , самое высокое из всех металлических элементов. Коррозионная стойкость титановых сплавов при нормальных температурах необычайно высока. Коррозионная стойкость титана основана на формировании стабильного защитного оксидного слоя. Хотя «коммерчески чистый» титан имеет приемлемые механические свойства и используется для ортопедических и зубных имплантатов, для большинства применений титан сплавляется с небольшими количествами алюминия и ванадия, обычно 6% и 4% соответственно по весу. Эта смесь имеет растворимость в твердом состоянии, которая резко меняется в зависимости от температуры, что позволяет ей подвергаться дисперсионному упрочнению. Титановые сплавы — это металлы, содержащие смесь титана и других химических элементов. Такие сплавы обладают высокой прочностью на растяжение и ударной вязкостью (даже при экстремальных температурах). Они легкие по весу, обладают чрезвычайной коррозионной стойкостью , и могут выдерживать экстремальные температуры. Например, технически чистый титан марки 2 очень похож на сорт 1, но имеет более высокую прочность, чем сорт 1, и превосходные свойства при холодной штамповке. Он обеспечивает отличные сварочные свойства и обладает отличной стойкостью к окислению и коррозии. Этот сорт титана является наиболее распространенным в индустрии технически чистого титана. Это лучший выбор для многих областей применения: 9. В целом алюминиевые сплавы характеризуются относительно низкой плотностью (2,7 г/см ³ по сравнению с 7,9 г/см ³ для стали), высокой электро- и теплопроводностью, а также устойчивостью к коррозии в некоторых распространенных средах, включая окружающая атмосфера. Его коррозионная стойкость сильно зависит от некоторых сплавов. Например, дюраль благодаря наличию меди подвержен коррозии, тогда как сплав 6061 остается устойчивым к коррозии даже при истирании поверхности. При более высоких температурах и в агрессивных средах алюминиевые сплавы имеют плохую коррозионную стойкость и подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением.

Нержавеющая сталь – Черные коррозионно-стойкие сплавы

Хотя речь идет в первую очередь о цветных коррозионно-стойких сплавах, мы должны упомянуть нержавеющую сталь. Нержавеющие стали определяются как низкоуглеродистые стали с содержанием хрома не менее 10,5% с другими легирующими элементами или без них и максимальным содержанием углерода 1,2% по массе. Нержавеющие стали , также известные как inox steels или inox от французского inoxydable (неокисляемый), представляют собой стальные сплавы, которые очень хорошо известны своей коррозионной стойкостью, которая увеличивается с увеличением содержания хрома. Коррозионная стойкость также может быть повышена добавками никеля и молибдена.

Аустенитные нержавеющие стали обладают наилучшей коррозионной стойкостью из всех нержавеющих сталей, а также превосходными криогенными свойствами и хорошей жаропрочностью. Они обладают гранецентрированной кубической (ГЦК) микроструктурой, которая немагнитна и легко сваривается. Эта кристаллическая структура аустенита достигается за счет достаточного количества добавок никеля, марганца и азота, стабилизирующих аустенит. Аустенитная нержавеющая сталь — это самое большое семейство нержавеющих сталей, на которое приходится две трети всего производства нержавеющей стали.

Стойкость этих металлических сплавов к химическому воздействию коррозионных агентов основана на пассивации . Чтобы пассивация происходила и оставалась стабильной, сплав Fe-Cr должен иметь минимальное содержание хрома около 10,5% по весу, выше которого пассивация может возникнуть, а ниже невозможна. Прочность и коррозионная стойкость нержавеющей стали часто делают ее предпочтительным материалом для изготовления транспортного и технологического оборудования, деталей двигателей и огнестрельного оружия. Большинство конструкционных применений приходится на химическое и энергетическое машиностроение, на долю которых приходится более трети рынка изделий из нержавеющей стали. Широкий спектр применений включает корпуса ядерных реакторов и теплообменники.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Одной из наиболее серьезных металлургических проблем и основной проблемой атомной промышленности является коррозионное растрескивание под напряжением (SCC). Коррозионное растрескивание под напряжением является результатом комбинированного действия приложенного растягивающего напряжения и коррозионной среды, и оба воздействия необходимы. SCC представляет собой тип межкристаллитной коррозии, возникающей на границах зерен под действием растягивающего напряжения. Низколегированные стали менее восприимчивы, чем высоколегированные стали, но подвержены SCC в воде, содержащей ионы хлорида. Однако сплавы на основе никеля не подвержены влиянию ионов хлорида или гидроксида. Примером устойчивого к коррозионному растрескиванию сплава на основе никеля является инконель.

Свойства коррозионностойких сплавов

Свойства материала являются интенсивными свойствами , что означает, что они не зависят от количества массы и могут варьироваться от места к месту в системе в любой момент. Материаловедение включает в себя изучение структуры материалов и связывание их с их свойствами (механическими, электрическими и т. д.). Как только материаловед узнает об этой корреляции структура-свойство, он может приступить к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными факторами, определяющими структуру материала и, следовательно, его свойства, являются входящие в его состав химические элементы и то, как он был обработан до конечной формы.

Плотность коррозионно-стойких сплавов

Плотность типичной алюминиевой бронзы составляет 7,45 г/см ³ (UNS C95400).

Плотность типичного суперсплава составляет 8,22 г/см ³ (Inconel 718).

Плотность типичного титанового сплава составляет 4,51 г/см ³ (Класс 2).

Плотность типичного алюминиевого сплава составляет 2,7 г/см ³ (сплавы 6061).

Плотность типичная нержавеющая сталь составляет 8,0 г/см ³ (сталь 304).

Плотность  определяется как  масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, деленная на объем:

ρ = m/V

Другими словами, плотность (ρ) вещества равна общей массе (m) этого вещества. разделить на общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ – килограмма на кубический метр9.0004  ( кг/м ³ ). Стандартной английской единицей измерения является масса фунтов на кубический фут ( фунтов/фут ³ ).

Поскольку плотность (ρ) вещества равна общей массе (m) этого вещества, деленной на общий объем (V), занимаемый этим веществом, очевидно, что плотность вещества сильно зависит от его атомной массы и также на плотность атомного номера  (N; атомов/см ³ ),

• атомный вес . Атомная масса переносится атомным ядром, которое занимает всего около 10 ^-12 общего объема атома или меньше, но оно содержит весь положительный заряд и не менее 99,95% общей массы атома. Поэтому оно определяется массовым числом (количеством протонов и нейтронов).
• Плотность атомного номера . Плотность атомного номера (N; атомов/см ³ ), которая связана с атомными радиусами, представляет собой количество атомов данного типа в единице объема (V; см ³ ) материала. Плотность с атомным номером (N; атомов/см ³ ) чистого материала, имеющего атомную или молекулярную массу (M; грамм/моль) и плотность материала  (⍴; грамм/см ³ ) равна легко вычисляется из следующего уравнения с использованием числа Авогадро ( N _A  = 6,022 × 10 ²³ атомов или молекул на моль):
• Кристаллическая структура . На плотность кристаллического вещества существенное влияние оказывает его кристаллическая структура. Структура ГЦК, наряду со своим гексагональным родственником (ГПУ), имеет наиболее эффективный коэффициент упаковки (74%). Металлы, содержащие структуры FCC, включают аустенит, алюминий, медь, свинец, серебро, золото, никель, платину и торий.

Механические свойства коррозионно-стойких сплавов

Материалы часто выбирают для различных применений, поскольку они имеют желаемое сочетание механических характеристик. Для конструкционных приложений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность коррозионностойких сплавов

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов учитывает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность  материала  – это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности при растяжении

Предел прочности при растяжении алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет около 550 МПа.

Предел прочности при растяжении 9Суперсплав 0003 – Inconel 718 зависит от процесса термообработки, но составляет около 1200 МПа.

Предел прочности при растяжении технически чистого титана – Grade 2 составляет около 340 МПа.

Предел прочности при растяжении 6061 алюминиевого сплава сильно зависит от состояния материала, но для состояния Т6 он составляет около 290 МПа.

Предел прочности при растяжении нержавеющей стали – тип 304 составляет 515 МПа.

предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать структура при растяжении. Предельная прочность на растяжение часто сокращается до «предельной прочности» или «предела прочности». Если это напряжение применяется и поддерживается, в результате произойдет перелом. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 % превышает предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает сужение, когда площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжение-деформация не содержит более высокого напряжения, чем предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, температура тестовой среды и материала. Предел прочности при растяжении варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Предел текучести

Предел текучести алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет около 250 МПа.

Предел текучести суперсплава – Inconel 718 зависит от процесса термообработки, но составляет около 1030 МПа.

Предел текучести титана технической чистоты – класс 2 составляет около 300 МПа.

Предел текучести алюминиевого сплава 6061 сильно зависит от состояния материала, но для состояния Т6 он составляет около 240 МПа.

Предел текучести нержавеющей стали – тип 304 составляет 205 МПа.

Точка текучести  – это точка на кривой напряжения-деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться. Напротив, предел текучести — это место, где начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. Перед пределом текучести материал упруго деформируется и возвращается к своей первоначальной форме после снятия приложенного напряжения. Как только предел текучести пройден, некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют явление, называемое явлением предела текучести. Пределы текучести варьируются от 35 МПа для низкопрочного алюминия до более 1400 МПа для высокопрочной стали.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости Юнга алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет около 110 ГПа.

Модуль упругости Юнга суперсплава – Inconel 718 составляет 200 ГПа.

Модуль упругости Юнга технически чистого титана – Grade 2 составляет около 105 ГПа.

Модуль упругости Юнга алюминиевого сплава 6061 составляет около 69 ГПа.

Модуль упругости Юнга 9Нержавеющая сталь 0003 – тип 304 и 304L – 193 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости при растяжении и сжатии в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается испытаниями на растяжение. Вплоть до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из своего равновесного положения, и все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и никакой остаточной деформации не происходит. Согласно Закон Гука, напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон модуль Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Твердость коррозионностойких сплавов

Твердость по Бринеллю алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет примерно 170 МПа.

Твердость по Бринеллю суперсплава – Inconel 718 зависит от процесса термообработки, но составляет примерно 330 МПа.

Твердость по Роквеллу технически чистого титана – Grade 2 составляет примерно 80 HRB.

Твердость по Бринеллю 6061 алюминиевого сплава сильно зависит от состояния материала, но для состояния Т6 она составляет примерно 95 МПа.

Твердость по Бринеллю нержавеющей стали – тип 304 составляет примерно 201 МПа.

Испытание на твердость по Роквеллу является одним из наиболее распространенных испытаний на твердость с вдавливанием, который был разработан для определения твердости. В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением, достигнутым при предварительном нагружении (незначительная нагрузка). Второстепенная нагрузка устанавливает нулевое положение, а основная нагрузка применяется и снимается при сохранении второстепенной нагрузки. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета Число твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Главным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости напрямую . Результатом является безразмерное число, обозначаемое как HRA, HRB, HRC и т. д., где последняя буква соответствует соответствующей шкале Роквелла.

Испытание Rockwell C проводится с пенетратором Brale ( алмазный конус 120° ) и основной нагрузкой 150 кг.

Термические свойства коррозионностойких сплавов

Термические свойства  материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на воздействие тепла. Когда твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Температура плавления коррозионностойких сплавов

Температура плавления алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет около 1030°C.

Температура плавления суперсплава – стали Inconel 718 составляет около 1400°C.

Температура плавления технически чистого титана – Grade 2 составляет около 1660°C.

Температура плавления 6061 алюминиевого сплава составляет около 600°C.

Температура плавления нержавеющей стали – стали типа 304 составляет около 1450°C.

Обычно плавление  является  фазовым переходом вещества из твердой фазы в жидкую. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления   также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность коррозионностойких сплавов

Теплопроводность алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет 59 Вт/(м·К).

Теплопроводность 9Суперсплав 0003 – Inconel 718 составляет 6,5 Вт/(м·К).

Теплопроводность технически чистого титана – Grade 2 составляет 16 Вт/(м·К).

Теплопроводность алюминиевого сплава 6061 составляет 150 Вт/(м·К).

Теплопроводность нержавеющей стали – тип 304 составляет 20 Вт/(м·К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м.К . Он измеряет способность вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры, а для паров она также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно написать к = к (Т) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Ссылки:

Материаловедение:

Министерство энергетики США, Материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 и 2. 19 января.93.
Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: Понимание мира, между прочим, разваливается. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Коррозионностойкие сплавы | Corrosion Resistant Metals

Коррозия – это потеря металла из-за реакции с окружающей средой, измеряемая как процент потери веса или как скорость проникновения коррозии, возможно измеряемая в дюймах в год.

Коррозия может развиваться в присутствии жидкостей или газов. Это может произойти при любой температуре, хотя обычно скорость коррозии увеличивается с повышением температуры. Коррозия, связанная с жидкостями, часто вызывается примесями или микроэлементами в жидкости. Примерами этого может быть присутствие хлора, который способствует образованию соляной кислоты, или серы, которая образует серную кислоту.

Важно помнить, что любой сплав, нержавеющая сталь или любой другой сплав, может подвергаться коррозии при определенных обстоятельствах. Наличие коррозии не обязательно свидетельствует о браке изделия; вместо этого это может указывать на неправильное применение этого продукта — возможно, использование материала, который не подходит для данной среды, например.

Коррозионностойкие металлы, особенно нержавеющая сталь, образуют очень тонкий слой оксида хрома, который защищает внутренний металл от кислорода. Это важно, потому что кислород необходим вместе с железом для образования ржавчины/оксида железа. В общем, ни кислорода, ни ржавчины. Слой является пассивным — этот процесс известен как пассивация — и самовосстановлением; если поверхность поцарапана, оксидный слой восстанавливается, если присутствует кислород.

Каковы распространенные типы коррозии?

Существует много типов коррозии, и краткое описание некоторых примеров коррозии приведено ниже. Более подробная информация о типах коррозии включена в другой из этих информационных бюллетеней.

• Равномерная коррозия – Коррозия, которая происходит равномерно на всех поверхностях.
• Точечная коррозия – Локализованное воздействие, приводящее к образованию ямок или полостей.
• Щелевая коррозия – Локальная коррозия в щелях или скрытых местах.
• Гальваническая коррозия – Локальная коррозия, при которой происходит обмен ионами между материалами.
• Коррозионное растрескивание под напряжением – когда трещины возникают в конкретной коррозионной среде.
• Межкристаллитная коррозия – Локальная коррозия на границах зерен металла.
• Высокотемпературная коррозия – Может принимать различные формы, включая:
  • Окисление – Естественный процесс, при котором металл превращается в оксид (фактически более стабильное состояние).
  • Металлическая пыль – результат высокоуглеродистой среды, когда металл превращается в порошок.
  • Науглероживание – серьезное состояние металлической пыли, которому должны противостоять нефтехимические приложения.
  • Сульфидация – результат встречающихся в природе соединений серы, обнаруженных в сырой нефти.
  • Коррозия отложений золы/соли – Когда зола или соль откладываются и реагируют с защитным оксидным слоем сплава в определенных промышленных процессах.
  • Коррозия расплавленной соли – Расплавленные соли удаляют оксидный слой, делая металл восприимчивым к другим видам коррозии.
• Атмосферная коррозия. Наиболее распространенный тип коррозии (например, ржавчина на железе) является результатом естественной среды планеты, состоящей из кислорода и водяного пара.
• Микробная коррозия – Коррозия, вызванная метаболической активностью микроорганизмов. Он может быть аэробным или анаэробным.

Каковы критерии выбора коррозионностойких сплавов?

Металлы, устойчивые к коррозии, обладают способностью предотвращать ухудшение состояния окружающей среды за счет химической или электрохимической реакции. Таким образом, желательные характеристики коррозионно-стойких сплавов включают высокую устойчивость к общим реакциям в конкретной среде.

Некоторые из привлекательных свойств, которыми может обладать металл, включают:

• Минимальное растворение металла в агрессивных растворах.
• Высокая стойкость к локальному воздействию, будь то глубокое проникновение в местную питтинговую коррозию, сеть локальных трещин, связанных с коррозионным растрескиванием под напряжением, или внутрикристаллитная коррозия.
• Стойкость к усиленной коррозии из-за наличия приложенного или остаточного напряжения или приложения колеблющегося напряжения.
• Стойкость к повышенной коррозии на границе раздела под нагрузкой двух контактирующих и скользящих поверхностей.
• Стойкость к ускоренной местной коррозии в местах соприкосновения сопрягаемых поверхностей узлов с агрессивной средой.
• Стойкость к избирательному растворению более активного компонента сплава, оставляющего после себя слабое отложение другого материала – например, обесцинкование латуни.
• Стойкость к совместному действию различных источников коррозии.

Каковы некоторые примеры семейств коррозионностойких сплавов?

• Нержавеющая сталь: Самый распространенный из коррозионностойких сплавов, нержавеющая сталь, по определению содержит не менее 10,5% хрома. Хром создает самовосстанавливающийся оксидный слой, обеспечивающий коррозионную стойкость. Многие другие эксплуатационные и косметические характеристики отличают нержавеющую сталь от других ферросплавов. Тем не менее, необходимо соблюдать осторожность при выборе марки, поскольку даже незначительное количество некоторых элементов может повлиять на коррозионную стойкость, поэтому возможна коррозия нержавеющей стали. Как правило, это яркий пример коррозионностойкого металла.
• Сплавы на основе меди: другие желательные свойства в сочетании с коррозионной стойкостью делают сплавы на основе меди привлекательными. Его применению способствуют отличная тепло- и электропроводность, высокие механические свойства, простота работы с материалом. Хотя есть некоторые соединения и кислоты, которые агрессивно воздействуют на эти материалы, они хорошо работают в воздухе, воде, соленой воде и в присутствии многих органических и неорганических химикатов.
• На основе никеля: Эти сплавы имеют жизненно важное значение для промышленного использования, но только частично из-за их превосходных коррозионно-стойких свойств. Они устойчивы к коррозии в пресной воде, в нормальной атмосфере, неокисляющими кислотами и едкими щелочами. Кроме того, они также хорошо работают в суровых условиях, характеризующихся как низкими, так и высокими температурами и высокими нагрузками. Чистый никель прочен и пластичен, но дороже, чем другие материалы

Как и в случае со всеми экологическими проблемами, включая экстремальные температуры или высокий износ, требования к суровым коррозионным средам предполагают, что консультация с экспертами-металлургами поможет выбрать материал, который обеспечивает необходимые характеристики, сбалансированные с экономической эффективностью.

Электрохимические показатели для коррозионно-стойких сплавов

Скачать PDF

• Дескриптор данных
• Открытый доступ
• Опубликовано: 11 февраля 2021 г.

• Клара Ниби
  Orcid: orcid. org/0000-0003-0258-1278 ^{1 NA1} ,
• Xiaolei Guo ^{2 NA1} ,
• James E. Saal ¹ , ,
• James E. Saal ¹ , ,
• James E. SAAL ¹ ,

,

• . ,
• Анджела Ю. Джерард ³ ,
• Huibin Ke ² ,
• Tianshu Li ² ,
• Pin Lu ⁴ ,
• Christian Oberdorfer ² ,
• Sarita Sahu ² ,
• Sirui Li ² ,
• Кристофер Д. Тейлор ² ,
• Вольфганг Виндл
  ORCID: orcid.org/0000-0001-5892-0684 ² ,
• Джон Р. Скалли
  ORCID: orcid.org/0000-0001-5353-766X ³ и
• …
• Джеральд С. Франкель
  ORCID: orcid.org/0000-0003-0573-3548 ²  

Научные данные
том 8 , номер статьи: 58 ​​(2021)
Процитировать эту статью

• 4497 ​​доступов

• 13 цитирований

• 1 Альтметрический

• Сведения о показателях

Предметы

• Металлы и сплавы
• Теория и вычисления

Abstract

Коррозия является электрохимическим явлением. Это может происходить с помощью различных способов воздействия, каждый из которых имеет свои собственные механизмы, и поэтому существует множество показателей для оценки коррозионной стойкости. В коррозионно-стойких сплавах (CRA) скорость локальной коррозии может на порядки превышать скорость равномерной коррозии. Следовательно, вместо равномерной скорости коррозии требуются более сложные электрохимические параметры, чтобы уловить характерные особенности явлений коррозии. Здесь мы собираем базу данных с упором на метрики, связанные с локальной коррозией. Шесть разделов базы данных включают данные по различным металлическим сплавам с измерениями (1) потенциала питтинга, E _ямка , (2) потенциал репассивации, E _rp , (3) потенциал щелевой коррозии, E _крев , (4) температура точечной коррозии, T

ямка температура коррозии, T _crev , и (6) коррозионный потенциал, E _corr , плотность тока коррозии, i _corr , плотность тока пассивации, i

, скорость коррозии 9022.

64. Экспериментальные данные были собраны из 85 публикаций и включают сплавы на основе алюминия и железа, высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) и тройную систему Ni-Cr-Mo. Этот набор данных может быть использован при разработке сплавов с высокой коррозионной стойкостью.

Доступный для компьютера файл метаданных, описывающий отчетные данные: https://doi. org/10.6084/m9.figshare.13611623

Исходная информация и резюме

Коррозия металлических конструкций оказывает существенное влияние на экономику. А 19По оценкам исследования 98, прямые затраты на коррозию только в США составляют 276 миллиардов долларов США в год, или около трех процентов валового внутреннего продукта (ВВП)0 ^1,2,3 . Поэтому точная оценка, контроль и прогнозирование коррозии имеют первостепенное значение. Для металлов, подвергающихся однородной коррозии, скорость коррозии часто можно определить путем измерения потери массы в зависимости от времени воздействия коррозионной среды или с помощью электрохимических измерений. Однако для многих коррозионно-стойких сплавов (CRAs), будь то гомогенные твердые растворы или многофазные сплавы, эта оценка более сложна из-за наличия на поверхности сплава тонкой оксидной пленки, известной как пассивная пленка ⁴ . Эта пленка снижает скорость однородной коррозии, но может быть подвержена ускоренной локальной коррозии, включая точечную коррозию, щелевую коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением, все из которых связаны с локальным разрушением пассивных пленок. Эти режимы коррозии могут привести к неожиданному, катастрофическому отказу, которого следует избегать всеми средствами.

Простые и быстрые электрохимические подходы широко используются для оценки скорости коррозии CRA, включая линейную поляризацию, потенциодинамическую поляризацию и спектроскопию электрохимического импеданса (ЭИС) ⁵ . Ряд электрохимических показателей, полученных с помощью этих методов, был принят для описания коррозионной стойкости сплавов, таких как плотность тока коррозии ( i _корр ), пассивная плотность тока ( i _pass ), потенциал коррозии ( E _корр ), потенциал точечной коррозии ( E _{питтинг} ), потенциал репассивации ( E _rp ), CREVICE CORROSIONS ( E _CREV ), температура ямы ( T _PIT , чаще ABBREVING CPT) и CREV -CRORION , чаще ABBREVING CPT) и CREV -CREVION , более часто ABBREVIN чаще сокращенно CCT). Эти показатели определены в таблице 1 и зависят от состава сплава, структуры и дефектов, факторов окружающей среды, включая температуру и химический состав электролита, а также физических факторов, таких как щелевое образование. Типичная кривая, полученная в результате циклической потенциодинамической поляризации пассивного металла, схематически показана на рис. 1. Металлы электрохимически поляризуются от активной области к благородной области путем постепенного изменения потенциала при регистрации соответствующей плотности тока. E _корр соответствует потенциалу, при котором не протекает внешний ток. При этом потенциале металл корродирует со скоростью, определяемой соотношением i _corr , которое представляет собой плотность тока коррозии. Это значение обычно получают путем экстраполяции линейной части анодной и катодной ветвей поляризационных кривых на E _корр . Когда потенциал сканируется в более благородном направлении, существует пассивная область, где плотность тока не зависит от приложенного потенциала. Соответствующая плотность тока для этой области представляет собой и _{пропуск} . Хотя в этой области могла возникнуть метастабильная питтинговая ямка, стабильная ямка не могла образоваться. Когда приложенный потенциал превышает определенный диапазон значений, пассивная пленка разрушается и образуются устойчивые ямки, процесс, сопровождающийся быстрым увеличением плотности тока. Этот характеристический потенциал определяется как E _pit и широко используется для определения склонности данного металла или сплава к разрушению. Во время циклической поляризации направление сканирования потенциала меняется на противоположное, когда плотность тока превышает заданное значение. Впоследствии E _rp значение может часто, но не всегда достигаться, когда плотность тока значительно падает, что указывает на репассивацию питтинга. Обычно это значение ниже, чем E _pit . Поскольку устойчивые ямки могут образовываться только при более благородном потенциале, чем E _pit , и они могут распространяться только при более благородном потенциале, чем E _rp , более высокие значения E _pit и E _rp предполагают, что материал более устойчив к точечной коррозии. По сравнению с измерением потери веса эти электрохимические показатели обладают рядом преимуществ: (1) их можно получить намного быстрее, особенно для CRA, специально разработанных с высокой коррозионной стойкостью. (2) Для таких параметров, как E _pit , E _rp и T _pit результаты могут быть воспроизведены при хорошо контролируемых экспериментальных условиях. (3) Они помогают понять механизм коррозии. Таким образом, эти электрохимические показатели широко используются в сообществе специалистов по коррозии металлов, и в литературе имеется обширный источник данных.

Таблица 1 Определения различных электрохимических показателей коррозии металлов.

Полноразмерный стол

Рис. 1

Типичная циклическая потенциодинамическая поляризационная кривая по Франкелю, Journal of The Electrochemical Society, 1998, 145, 6 ⁹⁷ . Воспроизведено с разрешения.

Изображение в натуральную величину

Учитывая скрытые повреждения, которые наносит локальная коррозия, с их частой трудностью обнаружения и последующей возможностью непредвиденного катастрофического выхода из строя ценных активов, разработка материалов, устойчивых к локальной коррозии, имеет первостепенное значение. Для таких конструкций следует учитывать различные факторы, в том числе состав материала, микроструктуру, склонность к пассивности и электрохимическую активность поверхности. Однако современные подходы к разработке CRA в основном основаны на интуиции, истории прошлых успехов и методе проб и ошибок. Хотя в литературе существуют эмпирические модели, способные предсказать коррозионную стойкость конкретной группы материалов, они строго ограничены очень ограниченным и конкретным диапазоном композиционного пространства. Например, эквивалентное число стойкости к точечной коррозии (PREN) было разработано как показатель качества путем корреляции стойкости к точечной коррозии с составом сплава для сплавов Fe-Cr-Ni ⁶ . Одно из соотношений, характеризующих стойкость аустенитных нержавеющих сталей к точечной коррозии, имеет вид коэффициенты просто описывают относительное влияние Mo и N на влияние Cr, а концентрации выражены в весовых процентах. Основываясь на этом уравнении, стойкость аустенитной нержавеющей стали к точечной коррозии можно в первую очередь контролировать количеством полезных компонентов, т. е. Cr, Mo и N. Хотя PREN широко используется в производстве CRA, это уравнение нельзя экстраполировать на составы, отличные от тех, которые использовались для соответствия уравнению, включая сплавы с высокой энтропией (HEA) и алюминиевые сплавы.

В этом исследовании мы создаем базу данных CRA с электрохимическими показателями, которые можно использовать в моделях на основе машинного обучения (ML), чтобы позволить исследовать композиционное пространство за пределами того, что использовалось для создания текущих эмпирических моделей. Насколько нам известно, это первая опубликованная база данных такого типа. Существующие крупномасштабные базы данных содержат только однородную скорость коррозии определенных типов сплавов ^8,9 . Однако для CRA однородная скорость коррозии не имеет большого значения, поскольку преобладающим механизмом коррозии является локальная коррозия, как было указано выше. Скорость локальной коррозии может быть на много порядков выше скорости равномерной коррозии. Следовательно, для регистрации этих явлений коррозии требуются более сложные электрохимические параметры, такие как потенциал точечной коррозии и потенциал репассивации или другие показатели, представленные в этой базе данных. Общий обзор набора данных показан на рис. 2. Эта база данных не только позволяет нам связать коррозионную стойкость CRA с различными экспериментальными параметрами, включая состав материалов и характеристики окружающей среды (температура, pH и концентрация ионов хлорида), но и также позволяет разработать вычисляемые матрицы, которые могли бы пролить свет на фундаментальные физические процессы, управляющие коррозионными характеристиками. Например, коррозионная стойкость металлов может быть соотнесена с прочностью связей металл-металл и металл-кислород 9.0088 6,7 , восприимчивость к адсорбции ионов хлорида ^10,11 и коэффициенты обогащения и истощения оксидов ¹² , которые можно рассчитать с помощью теории функционала плотности или подходов молекулярной динамики. Модели машинного обучения также можно интегрировать в общую структуру мультифизического моделирования, чтобы заполнить пробелы там, где еще нет механистической теории, позволяющей прогнозировать сложные явления коррозии. Таким образом, разработка подобных баз данных о коррозии может иметь решающее значение для будущего проектирования и оптимизации сплавов.

Рис. 2

Схематический обзор набора данных. Данные были собраны из 85 публикаций, материалы которых относятся к 4 классам материалов. Существует 6 наборов данных, сообщающих в общей сложности 8 различных показателей коррозии, с общим количеством записей 1274.

Полноразмерное изображение

Методы

Данные собраны из результатов экспериментов, представленных в 85 литературных источниках ^{7,10,11,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64 ,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89 ,90,91,92,93,94} . Каждой композиции был присвоен «класс материала» на основе присутствующих элементов и источника данных. Сплавы на основе Fe и Al представляют собой композиции, содержащие >35 мас. % Fe или Al соответственно. Сплавы с высокой энтропией представляют собой составы, о которых сообщается как таковые в исходной литературе. Тройная система Ni-Cr-Mo включает сплавы, в которых присутствуют все три элемента, а также некоторые композиции, содержащие только один или два из трех основных элементов. Составы сплавов, выходящие за эти пределы, классифицируются как «Другие». Данные для сплавов на основе железа взяты из ссылок книги 9. 0088 95 , а данные для тройной системы сплавов Ni-Cr-Mo взяты из докторской диссертации ⁸⁹ . Данные по HEA и алюминиевым сплавам были собраны из существующей литературы путем поиска в журнале Corrosion, The Journal of Science and Technology, Science Direct и Google Scholar. Некоторые значения сообщались непосредственно в каждом источнике, в то время как другие были извлечены из рисунков с использованием программного обеспечения WebPlotDigitizer ⁹⁶ . База данных состоит из шести наборов данных, содержащих различные электрохимические показатели для CRA, включая плотность тока коррозии ( i _corr ), passive current density ( i _pass ), corrosion potential ( E _corr ), pitting potential ( E _pit ), Потенциал репассивации ( E _RP ), потенциал коррозии CREVICE ( E _CREV ), температура пит T _{^{2), температура пит. 0676 T crev ) (определения см. в Таблице 1). В некоторых источниках указаны средние значения этих дескрипторов, в то время как в других сообщаются максимальные и минимальные значения. Все эти значения были записаны.}}

В дополнение к электрохимическим показателям были записаны метаданные, относящиеся к деталям экспериментов. Для каждого измерения, сообщающего о коррозионном потенциале, экспериментальные параметры включают состав сплава и экологические характеристики эксперимента по коррозии (температура, тестовый раствор, pH и концентрация ионов хлора). Если это предусмотрено, микроструктура сплава, термообработка сплава, метод электрохимических испытаний и скорость электрохимического сканирования также были записаны. Для каждого измерения, сообщающего критическую температуру в качестве метрики коррозии, сообщаемые экспериментальные параметры включают состав сплава, испытательный раствор и метод испытания, а некоторые измерения также включают скорость сканирования температуры, испытательный потенциал, термообработку сплава и микроструктуру сплава. .

Записи данных

Данные были собраны из источников, изучающих сплавы на основе Fe, ВЭС, тройную систему сплавов Ni-Cr-Mo и сплавы на основе Al. Описание количества записей данных, основанных на электрохимическом показателе и классе материала, представлено в таблице 2. Помимо сообщаемых электрохимических показателей и элементного состава, можно заполнить и другие поля:

• .

  [Cl-]: концентрация ионов хлорида. Хорошо известно, что присутствие ионов хлора может разрушить пассивную пленку различных CRA, и степень коррозии сильно зависит от концентрации этих ионов ⁹⁷ . Поэтому крайне важно включить этот параметр в качестве входных данных для любой модели, предназначенной для прогнозирования коррозии металлов.

• Микроструктуры: Описание зарегистрированных микроструктур. В целом гомогенные твердые растворы более устойчивы к локальной коррозии по сравнению с многофазными сплавами. Локальная коррозия может инициироваться предпочтительно на неоднородностях поверхности, включая дислокации и дефекты, частицы вторичной фазы, включения и границы зерен, которые тесно связаны с микроструктурой данного сплава. Например, S-фаза (Al ₂ CuMg), присутствующие на поверхности многих сплавов на основе алюминия, более активны, чем матрица, поэтому они подвержены локальному разрушению. Точно так же питтинговая коррозия обычно инициируется отложениями MnS, присутствующими в большинстве нержавеющих сталей ⁹⁷ .

• Оксид: состав оксидного слоя, если он присутствует и указан. Как описано выше, локальная коррозия представляет собой явление, связанное с локальным разрушением поверхностного оксида, которое сильно зависит от химического состава оксида. На сегодняшний день наиболее широко используемые CRA в основном основаны на Fe-Cr и Ni-Cr, которые основаны на формировании богатого Cr поверхностного слоя, обладающего высокой устойчивостью к водной коррозии. Следовательно, состав оксида, если он известен, будет полезен для понимания и прогнозирования локальной коррозии.

• рН: рН нерасфасованного тестового раствора. На коррозию металлов влияют не только тип материалов и потенциал, но и рН раствора. Термодинамическую стабильность данного металла или сплава в средах с различным рН можно найти на диаграмме потенциал-рН, также известной как диаграмма Пурбе ⁹⁸ . Например, при потенциале разомкнутой цепи при комнатной температуре Fe может сильно растворяться при кислом pH, тогда как пассивация происходит в щелочных условиях. Al медленно корродирует в нейтральной среде, но растворяется как в кислой, так и в щелочной среде.

• Скорость сканирования температуры: для температурно-зависимых сканирований сообщает скорость сканирования температуры в °C/мин. Например, определение ямы T основано на постепенном повышении или понижении температуры на определенном этапе. Известно, что размер этого шага влияет на измеренные значения T _pit и их диапазон распределения ⁹⁹ .

• Тестовый раствор: Химический состав тестового раствора. Коррозия не является неотъемлемым свойством, которое связано только с самим материалом; на него также значительное влияние оказывает окружающая среда. Химический состав испытательного раствора является критическим фактором окружающей среды для коррозии металла и напрямую определяет, будет ли происходить локальная коррозия. В растворах без агрессивных анионов, преимущественно ионов хлора, локальной коррозии не происходит, поэтому следует проявлять дополнительную осторожность при интерпретации результатов, полученных электрохимическими подходами. Например, быстрое увеличение тока за пределами пассивного режима может быть транспассивным растворением, а не питтингом. Кроме того, когда раствор содержит окислители, такие как Fe ³⁺ вероятность локальной коррозии возрастет. Точно так же, если в испытательном растворе присутствуют ингибиторы коррозии, результаты не следует напрямую объединять с входными данными, полученными в среде, не содержащей ингибиторов.

• Температура теста: Температура теста (°C). Коррозия в основном регулируется как термодинамикой, так и кинетикой, поэтому любые изменения температуры будут влиять на скорость коррозии. Повышенная температура не только помогает преодолеть энергетический барьер, необходимый для возникновения данного процесса коррозии, но и ускоряет скорость коррозии, просто увеличивая массоперенос. Кроме того, многие CRA не подвергаются локальной коррозии до тех пор, пока не будет превышен критический диапазон температур, который обычно выражается как критическая температура щели или критическая температура точечной коррозии. Недавние исследования показали, что эти параметры статистически распределены, а не однозначно ⁹⁹ . Из-за критической роли температуры во время коррозии этот фактор необходимо учитывать при прогнозировании скорости коррозии любых металлов.

• Метод испытания: тип проводимого электрохимического/химического испытания, например, потенциодинамический, потенциостатический поляризационный или иммерсионный тест. Обычно наблюдается, что результаты, полученные с помощью разных методов, могут немного различаться, что следует учитывать при объединении этих входных данных.

• Скорость сканирования (мВ/с): Скорость сканирования потенциодинамической поляризации в мВ/с. Во время потенциодинамической поляризации металлы поляризуются путем постепенного увеличения или уменьшения потенциала с фиксированным размером шага, и измеряется соответствующая плотность тока (т.е. скорость коррозии). Этот электрохимический подход основан на определении кинетики поверхностных реакций в стационарном режиме, иначе измеренная скорость коррозии будет отклоняться от фактического значения, что приведет к неточным результатам, которым нельзя доверять. Следовательно, скорость сканирования потенциодинамической поляризации должна находиться в разумных пределах, чтобы можно было доверять результатам, как сообщалось в другом месте 9.0088 100 .

• Термическая обработка: описание заявленных этапов термообработки. Термическая обработка преимущественно влияет на структуру сплавов, поэтому этот вход следует учитывать, если он предусмотрен.

• Ссылка: Справочный номер литературы или DOI.

• Комментарий: если он указан, он может включать такую ​​информацию, как название коммерческого сплава, использованного в тесте, или другие сведения об эксперименте.

Таблица 2 Количество записей данных по электрохимическим показателям и классам материалов. Здесь «Fe» = сплав на основе Fe, «Al» = сплав на основе Al, «NiCrMo» = сплав тройной системы Ni-Cr-Mo, «другое» = другой сплав.

Полноразмерная таблица

База данных доступна онлайн как на веб-сайте Citritation ¹⁰¹ , так и на figshare ¹⁰² . На веб-сайте Citritation базу данных можно загрузить в виде набора физических информационных файлов (PIF) 9.0088 103 , загруженные в виде электронной таблицы Excel или используемые с платформой Citritation для построения моделей машинного обучения. На веб-сайте figshare базу данных можно загрузить в виде электронной таблицы Excel, в которой шесть наборов данных представлены в виде отдельных вкладок. Сплавы на основе Fe представлены в электронной таблице без выделения цветом и со столбцом «Класс материала» как «Сплав Fe». Остальные данные включают ВЭС (выделение оранжевым цветом, «Класс материала»: «ВЭС»), тройную систему сплавов Ni-Cr-Mo (зеленый цвет, «Класс материала»: «Сплав NiCrMo»)), на основе алюминия сплавы (синий цвет, «Класс материала»: «Алюминиевый сплав») и категорию, содержащую материалы, которые не относятся ни к одному из четырех классов материалов (фиолетовый цвет, «Класс материала»: «Другое»). Пример раздела 9Набор данных 0676 E _rp (без выделения цветом) показан в таблице 3, а другие наборы данных имеют такой же или очень похожий формат. Номер ссылки соответствует ссылкам на последней вкладке набора данных. Эти данные могут быть напрямую включены для использования в среде машинного обучения.

Таблица 3 Раздел набора данных E _rp . Полный элементный состав включает следующие элементы: Fe, Cr, Ni, Mo, W, N, Nb, C, Si, Mn, Cu, P, S, Al, V, Ta, Re, Ce, Ti, Co, B , Mg, Y и Gd.

Полноразмерная таблица

Техническая проверка

Точность данных была собрана и проверена группой ученых, знакомых со всеми представленными здесь электрохимическими показателями коррозии. Кроме того, был проведен дополнительный скрининг путем изучения выбросов на различных статистических графиках наборов данных. Выбросы были исследованы и исправлены, если была обнаружена ошибка транскрипции или неправильная интерпретация литературного значения.

Эта база данных содержит составы, начиная от чистых элементов, многокомпонентных высокоэнтропийных сплавов и сталей сложной конструкции, всего 24 представленных элемента. Чтобы визуализировать разброс составов в данных, на рис. 3 показана конфигурационная энтропия, Δ 9{n}{x}_{i}ln{x}_{i}$$

(2)

где n количество элементов, x _i концентрация i -й элемент и R — универсальная газовая постоянная. Отметим, что эта величина представляет собой максимально возможную конфигурационную энтропию для данного состава сплава, где это максимальное значение было бы достигнуто в случае идеального твердого раствора ¹⁰⁵ . Различные режимы конфигурационной энтропии включают низкоэнтропийные сплавы (НЭА), имеющие 0 < Δ S ≤ 1,5 R , Средние энтропийные сплавы (MEA) в диапазоне 1 ≤ Δ S ≤ 1,5 R , а HEA имеют Δ S > 1,5 R ^{108866699999999999999999999999999999999999999999999999999999999999. Мы находим, что все классы материалов попадают в разумный диапазон, причем точки данных, классифицированные как ВЭС в нашей базе данных, в основном выше Δ S  = 1,5 R , сплавы на основе Al попадают в диапазон LEA (с некоторыми измерения чистого Al, присутствующего при Δ S  = 0), сплавов на основе Fe, охватывающих диапазоны от LEA до MEA, и тройной системы сплавов Ni-Cr-Mo, попадающих в кластер в диапазоне LEA. Эти ожидаемые кластеризации подтверждают точность транскрипции элементных составов, собранных в этой базе данных.}

Рис. 3

Конфигурационная энтропия наборов данных. Здесь мы показываем конфигурационную энтропию Δ S наборов данных, сообщающих ( a ) E _pit в вольтах по сравнению с насыщенным каломельным электродом (V _{4 90), ) E rp in V SCE , ( c ) E crev in V SCE , ( d ) E corr in V SCE , ( e ) T pit in degrees Celcius, and ( f ) T crev, max (максимальное измеренное значение T crev ) в градусах Цельсия. Пунктирные линии в b) показывают рекомендации по классификации сплава с низкой энтропией (LEA), сплава со средней энтропией (MEA) или сплава с высокой энтропией (HEA) на основе Δ S значение. Гистограмма справа от каждой панели показывает распределение измеренных значений для каждого показателя коррозии.}

Изображение в полный размер

На рис. 4 показана зависимость базы данных от температуры, связанная с данными из источников, включающих измерения при нескольких температурах. Здесь мы ясно видим, что большинство данных были измерены при комнатной температуре. Действительно, все измерения для сплавов на основе алюминия и ВЭС проводились при комнатной температуре. Тем не менее, среди измерений с несколькими температурами для данного состава мы видим общее снижение e _PIT , E _RP и E _CREV 2220, который следит за температурой DATESTS, который следует за увеличение температуры.

Рис. 4

Температурное распределение наборов данных. Здесь мы показываем распределение температуры для ( a ) E _ямы в V _SCE , ( b ) E _rp in V _SCE , ( c ) E _crev in V _SCE . Пунктирные линии показывают измерения на одном и том же материале, выполненные при разных температурах.

Полноразмерное изображение

Замечания по использованию

В некоторых случаях метрика коррозии указывается как нижняя граница, а не как реальное значение. В частности, многие записи в тройном наборе данных Ni-Cr-Mo представлены как нижняя граница для E _rp потенциал, потому что коррозионная стойкость превышала максимальный потенциал электрохимического измерения. Чтобы использовать эти записи данных в алгоритме регрессии, их необходимо преобразовать в действительное число, причем метод преобразования зависит от предполагаемого приложения. Кроме того, содержание некоторых микроэлементов, таких как C, S и P, часто не предоставлялось первоисточником. В этих случаях значения для несуществующих записей указываются как «NA». Поскольку локальная коррозия некоторых сплавов зависит от этих микроэлементов, таких как роль сульфидов в нержавеющих сталях, может потребоваться заменить эти поля оценочными значениями. В некоторых редких случаях концентрации некоторых основных элементов, таких как Cr, Ni и Mo, не были предоставлены первоисточником и поэтому также сообщались как NA. С этими записями следует обращаться иначе, чем со следовыми элементами, и их не следует заменять нулями. Подробная информация об образцах, предоставленная первоисточником, была включена в поле «комментарии». Эта информация включает марку материалов, сведения о подготовке образцов, качество поверхности, чистоту, металлургические методы, испытательную зону и место испытания. Следует отметить, что данные неравномерно распределены по классам материалов, элементному составу или другим характеристикам, таким как концентрация хлоридов. Из-за характера экспериментальных данных о коррозии, найденных в литературе, невозможно получить идеально сбалансированный набор данных по всем характеристикам. Поэтому при включении данных в статистические модели необходимо учитывать дисбаланс в базе данных.

Дополнительные функции, зависящие от состава, могут быть созданы для использования в алгоритмах ML. Например, библиотеку признаков Magpie можно использовать для создания признаков на основе свойств элементов и ионов, стехиометрии и электронной структуры ^106,107 . Кроме того, можно выполнять моделирование на основе физики для создания дополнительных функций, зависящих от состава. Например, на свойства сплавов влияет термодинамическая активность каждого компонента, которую можно рассчитать и использовать в качестве входных данных для модели. Кроме того, серьезность коррозии металла сильно зависит от прочности связей металл-металл и металл-кислород ¹⁰⁸ . В частности, легирующие элементы с сильными связями металл-металл, такие как Mo, Nb, Ta и W, плохо поддаются коррозии, поэтому они могут действовать как замедлители или блокаторы растворения. Элементы со слабыми связями металл-металл, но с сильными связями металл-кислород, такие как Al, Ti и Cr, могут способствовать формированию поверхностной пассивирующей пленки. Таким образом, прочность связи металл-металл и металл-кислород может быть рассчитана как дополнительные входные параметры. Точно так же восприимчивость к адсорбции ионов хлорида ^10,11 можно рассчитать, поскольку различные легирующие элементы имеют разное сродство к ионам хлорида, которые являются доминирующими агрессивными частицами, способными нарушить пассивность сплава.

Следует соблюдать осторожность при объединении входных переменных, полученных из разных сред. Например, потенциал питтинговой коррозии может варьироваться в зависимости от условий аэрации раствора, особенно для сплавов с более низким потенциалом питтинговой коррозии, чем потенциал коррозии. В растворах с естественной аэрацией потенциал питтинга алюминиевого сплава 2024, например, близок к его коррозионному потенциалу, E _{корр -1} . Однако в деаэрированных условиях коррозионный потенциал сильно снижается ( E _{корр −2} ) из-за отсутствия реакции восстановления кислорода, поэтому можно выявить, что истинная питтинговая коррозия этого сплава находится в диапазоне E _{корр. −2} по E _{корр.− 1} . Поэтому условие аэрации раствора можно рассматривать как отдельную входную переменную. Кроме того, некоторые данные о коррозии были получены в синтетической морской воде, которая имеет гораздо более сложный химический состав по сравнению с другими растворами. Для простоты прогностическая модель может использовать только pH и концентрацию ионов хлора для аппроксимации химического состава раствора. Однако другие виды, существующие в этой среде, также могут играть роль при измерении коррозии. Кроме того, некоторые исследования коррозии проводились в растворах, насыщенных кислородом или водородом, которые могут влиять на окислительно-восстановительную среду и, таким образом, влиять на измеряемые электрохимические показатели.

Доступность кода

Для создания или обработки этого набора данных не было разработано специального кода.

Ссылки

1. Кох, Г., Бронгерс, М., Томпсон, Н., Вирмани, Ю. П. и Пайер, Дж. Затраты на коррозию и профилактические стратегии в США . Отчет № FHWA-RD-01-156 (Министерство транспорта, 2002 г.).

2. Томпсон, Н. Г., Юнович, М. и Данмайр, Д. Стоимость стратегии борьбы с коррозией и ее обслуживания. Corrosion Reviews 25 , 247–261 (2007).

   КАС
   Статья

   Google ученый

3. Тейлор, К.Д., Лу, П., Саал, Дж., Франкель, Г.С. и Скалли, Дж.Р. Комплексное вычислительное проектирование материалов из коррозионно-стойких сплавов. npj Деградация материалов 2 (2018).

4. Франкель, Г. С. и др. . Сравнительный обзор водной коррозии стекол, кристаллической керамики и металлов. npj Деградация материалов 2 (2018).

5. Келли, Р. Г., Скалли, Дж. Р., Шусмит, Д. и Бучхейт, Р. Электрохимические методы в коррозионной науке и технике (CRC Press, 2002).

6. Lorenz, K. & Medawar, G. Über das Korrosionsverhalten das Corrosionsverhalten das Corrosionsverhalten austenitischer Chrom-Nickel (Molybdän-) Stähle mit und ohne Stickstoffzusatz unter besonderer Beansichtigung ihrer Beanspruchbarkeit in chloridhaltigen Lösungen. Тиссен Форшунг 1 , 97–108 (1969).

   Google ученый

7. Яргелиус-Петтерссон, Р. Ф. Применение эквивалентной концепции сопротивления точечной коррозии к некоторым высоколегированным аустенитным нержавеющим сталям. Коррозия 54 , 162–168 (1998).

   КАС
   Статья

   Google ученый

8. Рикер, Р. КОРРЕКЦИЯ ДАННЫХ. https://doi.org/10.18434/M3Th5R (1997).

9. Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов. База данных коррозионных исследований (COR SUR). https://search.library.wisc.edu/catalog/9^{0218802121 (2002 г.).}

10. Horvath, J. & Uhlig, H. H. Критические потенциалы точечной коррозии Ni, Cr-Ni, Cr-Fe и родственных нержавеющих сталей. Журнал Электрохимического общества 115 , 791 (1968).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

11. Бонд А.П. и Лизловс Э.А. Анодная поляризация аустенитных нержавеющих сталей в хлоридной среде. Журнал Электрохимического общества 115 , 1130 (1968).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

12. Джерард, А. Ю. и др. . Водная пассивация многокомпонентного сплава Ni ₃₈ Fe ₂₀ Cr ₂₂ Mn ₁₀ Co ₁₀ : Неожиданное высокое содержание хрома в пассивной пленке. Acta Materialia 198 , 121–133 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

13. Пессалл, Н. и Нурминен, Дж. И. Разработка ферритных нержавеющих сталей для использования в опреснительных установках. Коррозия 30 , 381–392 (1974).

    КАС
    Статья

    Google ученый

14. Постлетвейт Дж., Скулар Р. Дж. и Доббин М. Х. Локализованная коррозия молибденсодержащих никелевых сплавов в растворах хлоридов. Коррозия 44 , 199–203 (1988).

    КАС
    Статья

    Google ученый

15. Хибнер, Э. Л. Оценка процедур испытаний для определения критической температуры трещины для сплавов на основе никеля в среде хлорида железа. В Коррозия/86 , 181 (КДЕС, Хьюстон, Техас, 1986).

16. «>

    Бонд, А. П. Влияние молибдена на потенциал питтинга ферритных нержавеющих сталей при различных температурах. Журнал Электрохимического общества 120 , 603 (1973).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

17. Бёни, Х. и Улиг, Х. Х. Факторы окружающей среды, влияющие на критический потенциал питтинга алюминия. Журнал Электрохимического общества 116 , 906 (1969).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

18. Guo, R. & Ives, M.B. Восприимчивость нержавеющих сталей к точечной коррозии в растворах бромида при повышенных температурах. Коррозия 46 , 125–129 (1990).

    КАС
    Статья

    Google ученый

19. Carroll, W. M. & Lynskey, E. E. Бесщелевая электродная сборка для определения воспроизводимых потенциалов пробоя нержавеющих сталей в галогенидных средах. Corrosion Science 36 , 1667–1678 (1994).

    КАС
    Статья

    Google ученый

20. Richardson, W. H. & Guha, P. Улучшенная ферритно-аустенитная нержавеющая сталь. British Corrosion Journal 14 , 167–170 (1979).

    КАС
    Статья

    Google ученый

21. Лизловс Э. А. и Бонд А. П. Анодная поляризация некоторых ферритных нержавеющих сталей в хлоридной среде. Electrochem Soc-J 116 , 574–579 (1969).

    КАС
    Статья

    Google ученый

22. Томашов Н. Д., Чернова Г. П., Маркова О. Н. Влияние дополнительных легирующих элементов на восприимчивость нержавеющей стали 18Cr-14Ni к питтинговой коррозии. Коррозия 20 , 166–173 т (1964 г.).

    Артикул

    Google ученый

23. «>

    Brigham, R. J. Температура как критерий щелевой коррозии. Коррозия 30 , 396–398 (1974).

    КАС
    Статья

    Google ученый

24. Brigham, R.J. & Tozer, E.W. Температура как критерий питтинга. Коррозия 29 , 33–36 (1973).

    КАС
    Статья

    Google ученый

25. Brigham, R.J. & Tozer, E.W. Влияние легирующих добавок на стойкость к точечной коррозии 18% Cr аустенитных нержавеющих сталей. Коррозия 30 , 161–166 (1974).

    КАС
    Статья

    Google ученый

26. Адзума, С., Огава, К., Миюки, Х., Кудо, Т. и Ниши, М. Коррозионная стойкость трубы из дуплексной нержавеющей стали с 28% хрома в горячей морской воде. Нержавеющая сталь»91 1 , 133–138 (1991).

    Google ученый

27. «>

    Цю, Ю., Гибсон, М.А., Фрейзер, Х.Л. и Бирбилис, Н. Коррозионные характеристики высокоэнтропийных сплавов. Материаловедение и технологии (Соединенное Королевство) 31 , 1235–1243 (2015).

    КАС
    Статья

    Google ученый

28. Lee, C.P., Chen, Y.Y., Hsu, C.Y., Yeh, J.W. & Shih, H.C. Влияние бора на коррозионную стойкость высокоэнтропийных сплавов Al _0,5 CoCrCuFeNiB x . Журнал Электрохимического общества 154 , C424 (2007).

    КАС
    Статья

    Google ученый

29. Hsu, Y.J., Chiang, W.C. & Wu, J.K. Коррозионное поведение FeCoNiCrCu _x высокоэнтропийных сплавов в 3,5% растворе хлорида натрия. Химия и физика материалов 92 , 112–117 (2005).

    КАС
    Статья

    Google ученый

30. «>

    Chen, Y.Y., Duval, T., Hung, U.D., Yeh, J.W. & Shih, H.C. Микроструктура и электрохимические свойства высокоэнтропийных сплавов – сравнение с нержавеющей сталью типа 304. Corrosion Science 47 , 2257–2279 (2005).

    КАС
    Статья

    Google ученый

31. Сугимото, К. и Савада, Ю. Роль легированного молибдена в аустенитных нержавеющих сталях в ингибировании питтинговой коррозии в растворах нейтральных галогенидов. Коррозия 32 , 347–352 (1976).

    КАС
    Статья

    Google ученый

32. Лин, К. М. и Цай, Х. Л. Эволюция микроструктуры, твердости и коррозионных свойств высокоэнтропийного Al _0,5 Сплав CoCrFeNi. Интерметаллиды 19 , 288–294 (2011).

    КАС
    Статья

    Google ученый

33. Као, Ю. Ф., Ли, Т. Д., Чен, С. К. и Чанг, Ю. С. Электрохимические пассивные свойства сплавов Al _x CoCrFeNi (x = 0, 0,25, 0,50, 1,00) в серных кислотах. Corrosion Science 52 , 1026–1034 (2010).

    КАС
    Статья

    Google ученый

34. Chou, Y.L., Yeh, J.W. & Shih, H.C. Влияние молибдена на коррозионное поведение высокоэнтропийных сплавов Co _1,5 CrFeNi _1,5 Ti0,5Mo _{x s Corrosion Science 52 , 2571–2581 (2010).}

    КАС
    Статья

    Google ученый

35. Ван, Х.Л. и др. . Микроструктура, термические свойства и коррозионное поведение сплава FeSiBAlNi, полученного методами механического легирования и искрового плазменного спекания. Международный журнал минералов, металлургии и материалов 23 , 77–82 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

36. «>

    Lee, C.P., Chang, C.C., Chen, Y.Y., Yeh, J.W. & Shih, H.C. Влияние содержания алюминия в Al x CrFe _1,5 MnNi _0,5 на коррозионное поведение высокоэнтропийных сплавов водные среды. Наука о коррозии 50 , 2053–2060 (2008).

    КАС
    Статья

    Google ученый

37. Шан, С. Л. и др. . Внутренний механизм коррозионной стойкости высокоэнтропийных сплавов ГЦК. Science China Technology Sciences 61 , 189–196 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

38. Ши, Ю. и др. . Гомогенизация Al _x CoCrFeNi Высокоэнтропийные сплавы с повышенной коррозионной стойкостью. Corrosion Science 133 , 120–131 (2018).

    КАС
    Статья

    Google ученый

39. «>

    Родригес, А. А. и др. . Влияние молибдена на коррозионное поведение высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNi _-2- и CoCrFeNi _-2- Mo 0,25 в водной среде хлорида натрия. Достижения в области материаловедения и инженерии 1–11 (2018).

40. Шклярска-Смяловска З.З.-С. Питтинговая и щелевая коррозия. В NACE International Houston, TX (2005).

41. Люсенте, А. М. и Скалли, Дж. Р. Точечная коррозия аморфно-нанокристаллических сплавов на основе алюминия с обедненными растворенными веществами нанокристаллами. Electrochemical and Solid-State Letters 10 , 39–43 (2007).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

42. Садоу Ванини, А., Одуар, Дж. П. и Маркус, П. Роль азота в пассивности аустенитных нержавеющих сталей. Corrosion Science 36 , 1825–1834 (1994).

    КАС
    Статья

    Google ученый

43. «>

    Лим, Ю. С., Ким, Дж. С., Ан, С. Дж., Кввон, Х. С. и Катада, Ю. Влияние микроструктуры и легирования азотом на точечную коррозию нержавеющей стали марки 316 L и 20 мас.% Mn-замещенной нержавеющей стали типа 316 L стали. Corrosion Science 43 , 53–68 (2001).

    КАС
    Статья

    Google ученый

44. Олефьорд И. и Вегрелиус Л. Влияние азота на пассивацию нержавеющих сталей. Corrosion Science 38 , 1203–1220 (1996).

    КАС
    Статья

    Google ученый

45. Роберж, Р. Влияние содержания никеля на точечную коррозию нержавеющей стали в растворах с низким содержанием хлоридов и тиосульфатов. Коррозия 44 , 274–280 (1988).

    КАС
    Статья

    Google ученый

46. Яргелиус-Петтерссон, Р. Ф. Электрохимическое исследование влияния легирования азотом на точечную коррозию аустенитных нержавеющих сталей. Corrosion Science 41 , 1639–1664 (1999).

    КАС
    Статья

    Google ученый

47. Цуге, Х., Тарутани, Ю. и Кудо, Т. Влияние азота на локальную коррозионную стойкость имитированных сварных соединений из дуплексной нержавеющей стали. Коррозия 44 , 305–314 (1988).

    КАС
    Статья

    Google ученый

48. Гальвеле, Дж. Р. и де Де Мишели, С. М. Механизм межкристаллитной коррозии сплавов Al-Cu. Corrosion Science 10 , 795–807 (1970).

    КАС
    Статья

    Google ученый

49. Гарфиас-Мезиас, Л. Ф., Сайкс, Дж. М. и Так, К. Д. Влияние фазового состава на точечную коррозию дуплексной нержавеющей стали 25 Cr в растворах хлоридов. Corrosion Science 38 , 1319–1330 (1996).

    КАС
    Статья

    Google ученый

50. «>

    Павел, С. Дж., Стэнсбери, Э. Э. и Лундин, К. Д. Роль азота в сопротивлении точечной коррозии литых дуплексных нержавеющих сталей типа CF. Коррозия 45 , 125–133 (1989).

    КАС
    Статья

    Google ученый

51. Яргелиус Р. Без названия. В 10-й Скандинавский конгресс по коррозии NKM 10, 161–164 (Швеция, 1986).

52. Guillaumin, V. & Mankowski, G. Локальная коррозия алюминиевого сплава 2024 T351 в хлоридной среде. Corrosion Science 41 , 421–438 (1998).

    Артикул

    Google ученый

53. Палит, Г. К., Каин, В. и Гадияр, Х. С. Электрохимические исследования точечной коррозии в азотсодержащей нержавеющей стали типа 316 N. Коррозия 49 , 979–991 (1993).

    Артикул

    Google ученый

54. «>

    Уайлд, Б. Э. и Уильямс, Э. О соответствии между электрохимическими и химически ускоренными испытаниями на точечную коррозию. Журнал Электрохимического общества 117 , 775 (1970).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

55. Hartline, A.G. Влияние добавок азота на устойчивость к точечной коррозии нержавеющей стали 18 PCT Cr, 18 PCT Mn. Metall Trans 5 , 2271–2276 (1974).

    КАС
    Статья

    Google ученый

56. Уджиро, Т., Йошиока, К. и Штале, Р. В. Различия в коррозионном поведении ферритных и аустенитных нержавеющих сталей. КОРРОЗИЯ 50 , 953–962 (1994).

    КАС
    Статья

    Google ученый

57. Малик, А. У., Сиддики, Н. А., Ахмад, С. и Андижани, И. Н. Влияние доминирующих легирующих добавок на коррозионное поведение некоторых обычных и высоколегированных нержавеющих сталей в морской воде. Corrosion Science 37 , 1521–1535 (1995).

    КАС
    Статья

    Google ученый

58. Чарльз, Дж., Одуар, Дж. П. и Верно, М. Металлические ответы для Ф.Г.Д. системы. В NACE — Международная конференция по коррозии, серия , том. 1998 г. — март (1998 г.).

59. Даулинг, Н. Дж., Ким, Ю. Х., Ан, С. К. и Ли, Ю. Д. Влияние легирующих элементов и остатков на коррозионную стойкость нержавеющей стали типа 444. Коррозия 55 , 187–199 (1999).

    КАС
    Статья

    Google ученый

60. Herbsleb, G. & Westerfeld, K.J. Der Einfluß von Stickstoff auf die korrosionschemischen Eigenschaften lösungsgeglühter und angelassener austenitischer 18/10 Chrom-Nickel-und 18/12 Chrom-Nickel-Molybdän III. Loch-und Spannungsrißkorrosionsverhalten in wässerigen Lösungen von NaCl. Материалы и коррозия 27 , 479–486 (1976).

    КАС
    Статья

    Google ученый

61. Sweitzer, J.E., Shiflet, G.J. & Scully, J. R. Локализованная коррозия AL ₉₀ Fe ₅ GD ₅ и AL ₈₇ 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222ON 2 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222. кристаллические состояния: Устойчивость к образованию ямок микрометрового масштаба. Electrochimica Acta 48 , 1223–1234 (2003).

    КАС
    Статья

    Google ученый

62. Sugimoto, K. & Sawada, Y. Роль добавок молибдена в аустенитные нержавеющие стали в подавлении питтинговой коррозии в растворах хлорангидрида. Corrosion Science 17 , 425–445 (1977).

    КАС
    Статья

    Google ученый

63. «>

    Мишлер С., Фогель А., Матье Х. Дж. и Ландольт Д. Химический состав пассивной пленки на Fe ₂₄ Cr и Fe ₂₄ Cr ₁₁ Mo изучены методами АЭС, РФЭС и ВИМС. Corrosion Science 32 , 925–944 (1991).

    КАС
    Статья

    Google ученый

64. Ландольт, Д., Мишлер, С., Фогель, А. и Матье, Х. Дж. Влияние ионов хлорида на пассивные пленки на FeCr и FeCrMo, изученное методами AES, XPS и SIMS. Corrosion Science 31 , 431–440 (1990).

    КАС
    Статья

    Google ученый

65. Sweitzer, J. E., Scully, J. R., Bley, R. A. & Hsu, J. W. Nanocrystalline Al ₈₇ Ni _8.7 Y _4.3 and Al ₉₀ Fe ₅ Gd ₅ alloys that retain the localized коррозионная стойкость аморфного состояния. Electrochemical and Solid-State Letters 2 , 267–270 (1999).

    КАС
    Статья

    Google ученый

66. Вегрелиус Л., Фалькенберг Ф. и Олефьорд И. Пассивация нержавеющей стали в соляной кислоте. Журнал Электрохимического общества 146 , 1397–1406 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

67. Moshier, W.C., Davis, G.D. & Cote, G.O. Химия поверхности осажденных распылением сплавов Al-Mo и Al-Cr, поляризованных в 0,1 N KCl. Журнал Электрохимического общества 136 , 356–362 (1989).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

68. Лу, Ю. К., Клейтон, К. Р. и Брукс, А. Р. Биполярная модель пассивности нержавеющих сталей-II. Влияние водного молибдата. Corrosion Science 29 , 863–880 (1989).

    КАС
    Статья

    Google ученый

69. «>

    Айвз М.Б., Акано У.Г., Лу Ю.К., Жуйджин Г. и Сривастава С.К. Коррозионное поведение нержавеющей стали с имплантированным молибденом. Наука о коррозии 31 , 367–376 (1990).

    КАС
    Статья

    Google ученый

70. Лизлов Е.А. Поведение анодной поляризации высокочистых нержавеющих сталей 13 и 18% Cr. Журнал Электрохимического общества 122 , 719 (1975).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

71. Ким, Дж. Г. и Бьюкенен, Р. А. Точечная и щелевая коррозия алюминидов железа в слабом растворе хлорангидрида. Коррозия 50 , 658–668 (1994).

    КАС
    Статья

    Google ученый

72. Ньюман, Р. К. Кинетика растворения и пассивации нержавеющих сплавов, содержащих молибден-II. Кинетика растворения в искусственных ямах. Corrosion Science 25 , 341–350 (1985).

    КАС
    Статья

    Google ученый

73. Moshier, W.C., Davis, G.D., Ahearn, J.S. & Hough, H.F. Коррозионное поведение алюминиево-молибденовых сплавов в растворах хлоридов. Журнал Электрохимического общества 134 , 2677–2684 (1987).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

74. Эккенрод, К., Дж. и Ковач. Свойства аустенитных нержавеющих сталей и металлов их сварки (влияние незначительных химических изменений). В специальной технической публикации ASTM , 679 (1979).

75. Truman, J. E., Coleman, M. J. & Pirt, K. R. Примечание о влиянии содержания азота на устойчивость нержавеющих сталей к точечной коррозии. British Corrosion Journal 12 , 236–238 (1977).

    КАС
    Статья

    Google ученый

76. «>

    Wilde, B. E. Влияние кремния на стойкость к точечной коррозии нержавеющей стали 18Cr-8Ni. Коррозия 42 , 147–151 (1986).

    КАС
    Статья

    Google ученый

77. Буи, Н., Ирзо, А., Дабози, Ф. и Лимузен-Мэр, Ю. о механизме улучшенной пассивации путем добавления вольфрама к аустенитным нержавеющим сталям. Коррозия 39 , 491–496 (1983).

    КАС
    Статья

    Google ученый

78. Ан, М. К., Квон, Х. С. и Ли, Х. М. Количественное сравнение влияния вольфрама и молибдена на пассивность ферритной нержавеющей стали Fe-29Cr. Corrosion Science 40 , 307–322 (1998).

    КАС
    Статья

    Google ученый

79. McCafferty, E. Электродная кинетика инициирования питтинга на алюминии. Corrosion Science 37 , 481–492 (1995).

    КАС
    Статья

    Google ученый

80. Гетц, Р., Лоран, Дж. и Ландольт, Д. Влияние второстепенных легирующих элементов на поведение пассивации железо-хромовых сплавов в HCl. Corrosion Science 25 , 1115–1126 (1985).

    КАС
    Статья

    Google ученый

81. Ким, Дж. С. и Квон, Х. С. Влияние вольфрама на коррозию и кинетику образования сигма-фазы дуплексных нержавеющих сталей с 25% хрома. Коррозия 55 , 512–521 (1999).

    КАС
    Статья

    Google ученый

82. Кестен, М. Растворение никеля в присутствии сероводорода и его влияние на механизм образования ямок. Коррозия 32 , 94–98 (1976).

    КАС
    Статья

    Google ученый

83. Франкель, Г. С. О стойкости к точечной коррозии алюминиевых сплавов, осажденных методом напыления. Журнал Электрохимического общества 140 , 2192 (1993).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

84. Böhni, H. & Uhlig, H.H. Влияние легированного Re на критический потенциал точечной коррозии нержавеющих сталей 18%Cr/10%Ni. Corrosion Science 9 , 353–355 (1969).

    Артикул

    Google ученый

85. Яник-Чахор М., Лунарска Э. и Шклярска-Смяловска З. Влияние содержания азота в нержавеющей стали 18Cr-5Ni-10Mn на восприимчивость к точечной коррозии в растворах хлоридов. Коррозия 31 , 394–398 (1975).

    КАС
    Статья

    Google ученый

86. Лунарска Э., Шклярска-Симяловска З. и Яник-Чахор М. Подверженность Cr-Ni-Mn нержавеющих сталей питтинговой коррозии в растворах хлоридов. Коррозия 31 , 231–234 (1975).

    КАС
    Статья

    Google ученый

87. Гольдман, М. Э., Унлю, Н., Шифлет, Г. Дж. и Скалли, Дж. Р. Избранные коррозионные свойства новой аморфной системы сплава Al-Co-Ce. Электрохимические и твердотельные письма 8 (2005).

88. Бэнди, Р. и Ван Ройен, Д. Устойчивые к точечной коррозии сплавы в высококонцентрированных хлоридных средах. Коррозия 39 , 227–236 (1983).

    КАС
    Статья

    Google ученый

89. Wong, F. Влияние состава сплава на локальную коррозию сплавов NiCrMo . Кандидат наук. диссертация, Университет штата Огайо (2009 г.).

90. Халада, Г.П., Ким, Д. и Клейтон, К.Р. Влияние азота на электрохимическую пассивацию высоконикелевых нержавеющих сталей и тонких молибден-никелевых пленок. Коррозия (Хьюстон) 52 , 36–46 (1996).

    КАС
    Статья

    Google ученый

91. Перрен, Р. А. и др. . Коррозионная стойкость супердуплексных нержавеющих сталей в средах, содержащих ионы хлора: исследования новым микроэлектрохимическим методом. II. Влияние осадков. Corrosion Science 43 , 727–745 (2001).

    КАС
    Статья

    Google ученый

92. Сунь, Ю. Т., Ван, Дж. М., Цзян, Ю. М. и Ли, Дж. Сравнительное исследование потенциодинамической и потенциостатической критической температуры точечной коррозии аустенитных нержавеющих сталей. Материалы и коррозия 69 , 44–52 (2018).

    КАС
    Статья

    Google ученый

93. Мачин, Р. и Гуха, П. Использование потенциостатических методов при разработке улучшенных нержавеющих сталей для химических предприятий. Материалы и коррозия 25 , 40–45 (1974).

    КАС
    Статья

    Google ученый

94. Кларк, С. А. и Гуха, П. Улучшение коррозионной стойкости, механических свойств и свариваемости дуплексных аустенитно-ферритных сталей. Материалы и коррозия 34 , 27–31 (1983).

    КАС
    Статья

    Google ученый

95. Седрикс, А. Дж. Коррозия нержавеющих сталей (Wiley, 1979).

96. А Рохатги. WebPlotDigitizer 4.2 — извлечение данных из графиков, изображений и карт (2019 г.).

97. Франкель, Г. С. Точечная коррозия металлов: обзор критических факторов. Журнал Электрохимического общества 145 , 2186–2198 (1998).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

98. «>

    Pourbaix, M. Атлас электрохимических равновесий в водных растворах (Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов, 1974).

99. Ли, Т., Скалли, Дж. Р. и Франкель, Г. С. Локализованная коррозия: разрушение пассивной пленки и устойчивость к питтинговому росту: Часть II. Модель для критической температуры питтинга. Журнал Электрохимического общества 165 , C484–C491 (2018).

    КАС
    Статья

    Google ученый

100. Чжан С. Л., Цзян З. Х., Яо З. П., Сонг Ю. и Ву З. Д. Влияние скорости сканирования на потенциодинамическую поляризационную кривую, полученную для определения наклона Тафеля и плотности тока коррозии. Corrosion Science 51 , 581–587 (2009).

     КАС
     Статья

     Google ученый

101. Найби, К. и др. . Электрохимические показатели коррозионностойких сплавов. Citritation https://citrination.com/datasets/1 (2020).

102. Найби, К. и др. . Электрохимические показатели коррозионностойких сплавов. figshare https://doi.org/10.6084/m9.figshare.13038257 (2020).

103. Мишель, К. и Мередиг, Б. Помимо объемных монокристаллов: формат данных для всех взаимосвязей между структурой, свойствами и обработкой материалов. Бюллетень MRS 41 , 617–622 (2016).

     Артикул

     Google ученый

104. Yeh, JW. Стратегии проектирования сплавов и будущие тенденции в высокоэнтропийных сплавах. JOM 65 , 1759–1771 (2013).

     КАС
     Статья

     Google ученый

105. Чудо, Д. Б. Высокоэнтропийные сплавы: текущая оценка основополагающих идей и основных эффектов и изучение «нелинейных сплавов». JOM 69 , 21:30–21:36 (2017).

     Артикул

     Google ученый

106. Уорд, Л., Агравал, А., Чоудхари, А. и Волвертон, К. Универсальная платформа машинного обучения для прогнозирования свойств неорганических материалов. npj Расчетные материалы (2016).

107. Уорд, Л. и др. . Matminer: набор инструментов с открытым исходным кодом для интеллектуального анализа данных о материалах. Вычислительное материаловедение (2018).

108. Маркус П. О некоторых фундаментальных факторах влияния легирующих элементов на пассивацию сплавов. Corrosion Science 36 , 2155–2158 (1994).

     КАС
     Статья

     Google ученый

Загрузить ссылки

Благодарности

Эта работа была поддержана в рамках Центра по характеристикам и проектированию форм и контейнеров для ядерных отходов, исследовательского центра Energy Frontier, финансируемого Министерством энергетики США, Управлением науки, Базовой энергетикой. наук под номером премии DESC0016584.

Информация об авторе

Примечания автора

1. Эти авторы внесли равный вклад: Clara Nyby, Xiaolei Guo.

Авторы и филиалы

1. Citrine Informatics, Redwood City, CA, 94063, USA

   Clara Nyby и James E. Saal

State, Material and Engineering Department of Coliobus Science, Ohumbus 9000 43210, США

Сяолей Го, Сзу-Чиа Чиен, Хуйбин Ке, Тяньшу Ли, Кристиан Обердорфер, Сарита Саху, Сируи Ли, Кристофер Д. Тейлор, Вольфганг Виндл и Джеральд С. Франкель

• Факультет материаловедения и инженерии, Университет Вирджинии, Шарлоттсвилль, Вирджиния, 22904, США

  Анджела И. Джерард и Джон Р. Скалли

• QuesTek0 Innovations LLC, Эванстон, Иллинойс, , США Pin Lu

Авторы

1. Clara Nyby

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

2. Сяолэй Го

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

3. James E. Saal

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

4. Szu-Chia Chien

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

5. Angela Y. Gerard

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

6. Huibin Ke

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

7. Tianshu Li

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

8. Pin Lu

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Академия

9. Christian Oberdorfer

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

10. Sarita Sahu

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

11. Sirui Li

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

12. Christopher D. Taylor

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

13. Wolfgang Windl

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

14. John R. Scully

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

15. Джеральд С. Франкель

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

Contributions

Клара Найби стала соавтором рукописи. Сяолэй Го курировал создание базы данных и был соавтором рукописи. Джеймс Э. Саал помогал в написании рукописи. Szu-Chia Chien извлекла и проверила данные из исследовательских статей. Анджела И. Джерард извлекла и проверила данные из исследовательских статей. Huibin Ke извлекла и проверила данные из исследовательских статей. Тяньшу Ли извлекла и проверила данные из исследовательских статей. Пин Лу извлек и проверил данные из исследовательских статей. Кристиан Обердорфер извлек и подтвердил данные из исследовательских статей. Сарита Саху извлекла и проверила данные из исследовательских статей. Сируи Ли извлекла и проверила данные из исследовательских статей. Кристофер Д. Тейлор руководил созданием базы данных. Вольфганг Виндль руководил созданием базы данных. Джон Р. Скалли оказал техническую помощь и рассмотрел рукопись. Джеральд С. Франкель руководил созданием базы данных и рецензировал рукопись.

Авторы переписки

Переписка с
Джеймс Э. Заал или Джеральд С. Франкель.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете первоначальных авторов и источник, предоставите ссылку на лицензию Creative Commons и указать, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

К файлам метаданных, связанным с этой статьей, относится отказ Creative Commons от права на использование общественного достояния http://creativecommons. org/publicdomain/zero/1.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Дополнительная литература

• Структура глубокого обучения для выявления вклада состава и окружающей среды в сопротивление точечной коррозии в пассивирующих сплавах

  • Кастури Нарасимха Сасидхар
  • Нима Хамиди Сибони
  • Дирк Раабе

  npj Деградация материалов (2022)

Коррозионные сплавы — коррозионная сталь

Коррозионная сталь

Коррозионные сплавы

Устойчивые к коррозионному устойчивости

Устойчивые к их устойчивому в мире.

приложений, от обороны до аэрокосмической, турбины и многое другое. Кислотную деградацию можно легко предотвратить добавлением хрома, который не только упрочняет сплав, но и создает пассивный оксидный слой, который фактически герметизирует металл. Для таких обработок или специальных заказов на широкий спектр коррозионно-стойких сплавов вы не найдете лучшего источника, чем All Metals & Forge.

Их подход не похож ни на один другой в отрасли. Специализируясь на так называемых дизайнерских сплавах, All Metals & Forge предлагает полный контроль над составом, плавкой и формовкой всего, что они продают. Вы можете заказать большое количество устаревших сплавов, коррозионностойких сталей или простой 250-фунтовый прокат. Здесь просто нет слишком неясного для инженеров запроса.

Какими бы ни были ваши потребности, вы, скорее всего, найдете идеальный продукт от этой компании. Нержавеющая сталь поставляется в самых разных типах и составах, от мартенситных сталей до дуплексных сталей. Простой поиск на этом сайте выявит более сотни разновидностей, каждая из которых классифицирована по названию, типу и доступным формам. Хотите что-то, чего вы здесь не видите? ISO9Специалисты All Metals & Forge, сертифицированные по стандартам 001:2000 и AS9100, обычно могут удовлетворить запросы на специальные коррозионно-стойкие сплавы.

Верх

Какие металлические сплавы устойчивы к коррозии?

По мере увеличения содержания хрома в любой нержавеющей стали повышается ее устойчивость к коррозии. Конечно, правильное сочетание ингредиентов — это лишь малая часть ковки действительно коррозионностойких сплавов. Большая часть остального связана с другими видами обработки, включая термообработку и кондиционирование поверхности. Сделайте все правильно, и вы получите устойчивый к коррозии сплав, который широко применим в бесчисленных областях промышленности, от бурения до аэрокосмических применений.

Если вы ищете самую твердую, самую жаростойкую и коррозионностойкую сталь на современном рынке, вы попали по адресу. All Metals & Forge специализируется на плавке и формовании таких высококачественных коррозионностойких сплавов, как эти, и инженеры, сертифицированные по стандарту ISO9001:2000 и AS9100, всегда рады удовлетворить особые запросы. Хотите ли вы более высокие концентрации никеля, марганца или чего-то еще, All Metals & Forge может работать с вами, чтобы создать индивидуальную смесь.

Формы, которые вы можете приобрести здесь, практически не ограничены: от стержней и стержней до дисков, блоков, профилей и многого другого. Хотите деталь, которую вы просто не можете обработать самостоятельно? Один разговор с опытными профессионалами здесь обычно означает, что это можно сделать в течение нескольких дней.

Не стесняйтесь обращаться в All Metals & Forge, если у вас есть какие-либо вопросы относительно доступных коррозионностойких сталей и сплавов. Этот сайт является ресурсом для всех, кто хочет узнать больше об этом процессе, и его специалисты гордятся тем, что выполняют любые запросы своевременно и по доступной цене. Отправьте электронное письмо с вопросами на адрес [email protected] и позвоните для бесплатной консультации по телефону (973) 276-5000.

Top

Коррозионностойкие металлы

В наши дни коррозионностойкие металлы бывают самых разных форм. Вы можете получить различные температуры для нагрева, коррозии, прочности и многого другого, включая широко варьирующиеся твердость и вес. Все зависит от того, какие металлы вы добавляете и какие виды обработки используются после расплавления сплава.

Здесь, в All Metals & Forge, вы найдете не что иное, как главный ресурс в Интернете по производству и ковке нержавеющей стали. All Metals & Forge предлагает все возможные типы сплавов, от титана и углеродистой стали до медных сплавов и инструментальных сталей. Кузнечное оборудование также не имеет себе равных, предлагая полный спектр стандартных форм, а также неограниченное количество нестандартных форм, доступных по запросу.

Хром, никель и марганец являются наиболее распространенными добавками для сплавов этого типа, но в зависимости от ваших требований вам могут понадобиться различные комбинации молибдена (для щелевой коррозии) и углерода для улучшения состава границ зерен. Каким бы ни был запрос, специалисты All Metals & Forge, сертифицированные по стандарту ISO9001:2000 и AS9100, справятся со всем быстро, по доступной цене и с непревзойденной коммуникацией, которая гарантирует, что каждый клиент будет в курсе всего производственного процесса.

От термической обработки до производственных процессов — это сайт, который дает вам полный контроль над тем, что вы получаете. Не стесняйтесь обращаться к экспертам здесь с любыми вопросами и не стесняйтесь искать дополнительные исследования в обширной коллекции литературы, которую предлагает All Metals & Forge. Звоните или пишите в любое время по телефону (973) 276-5000 или по электронной почте [email protected].

Top

Если вы хотите узнать больше о том, какие металлы по-разному изменяют свойства коррозионно-стойких сплавов, вы можете проверить ресурсы здесь. Этот сайт представляет собой одну из наиболее полных и удобных для поиска коллекций научной литературы по металлургии. Как всегда, звоните в любое время по номеру (9)73) 276-5000.

Коррозионностойкие металлы | Руководство по выбору материалов

Ознакомьтесь с доступными материалами для борьбы со многими типами коррозии.

> Просмотрите и загрузите версию Руководства по выбору материалов для печати

Узнайте больше об обучении материаловедению

Обратитесь к доверенному консультантуДоступ к услугам уровня экспертов

316 Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь

5 все нержавеющие стали, хром и никель имеют решающее значение для коррозионной стойкости и пластичности. Добавление >10% хрома превращает сталь в нержавеющую сталь, создавая прочный и невидимый оксидный слой, богатый хромом. Этот оксидный слой образуется, когда хром в сплаве реагирует с кислородом окружающего воздуха. Этот слой придает стали нержавеющий характер. Добавление никеля обеспечивает хорошую пластичность и легкость формовки и сварки.

Но не все прутки одинаковы. Трубные фитинги и контрольно-измерительные клапаны Swagelok из нержавеющей стали 316/316L содержат больше никеля и хрома, чем минимально требуется стандартами ASTM для стержней и поковок.

Учтите, что хотя нержавеющие стали не подвержены общей коррозии, они могут подвергаться локальной коррозии.

Для борьбы с:

Общая коррозия; Хрупкость водорода; Межкристаллитная коррозия

Материал имеет значение

​​

Риск коррозионного растрескивания под напряжением (SCC) увеличивается при высоких концентрациях хлоридов, температуре и растягивающем напряжении. Ни одна нержавеющая сталь не является полностью невосприимчивой к SCC. Мы провели испытания SCC трубных обжимных фитингов Swagelok, работающих под давлением, и получили исключительные результаты. Трубные фитинги Swagelok 316 из нержавеющей стали

и контрольно-измерительные клапаны превосходят минимальные требования ASTM.

Сплавы 6-Moly

Нержавеющая сталь

Сплавы 6-Moly (6Mo) представляют собой супераустенитные нержавеющие стали, содержащие не менее 6%
молибдена и иметь PREN не менее 40. Сплав 6HN (UNS N08367) содержит 6
никеля (Ni) больше, чем в сплаве 254 (UNS S31254). Это увеличение содержания никеля
содержание придает 6HN дополнительную стабильность в отношении образования нежелательных интерметаллидов.
фазы. Установлено, что сплав 6ХН обладает лучшей коррозионной стойкостью в хлоридсодержащих средах.
среда, чем сплав 254.

• Стойкость к хлоридной точечной и щелевой коррозии
• Стойкость к коррозионному растрескиванию под действием хлоридов (CSCC)
• Предел текучести материала на 50 % выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей серии 300
• Ударная вязкость, обрабатываемость и свариваемость
• Пригодность для работы с высокосернистым газом (NACE MR0175/ISO 15156)
• Изделия Swagelok 6-Moly доступны из сортового проката и поковок 6HN (UNS N08367), сертифицированных в соответствии с требованиями квалификационного стандарта цепочки поставок NORSOK M-650.

Для борьбы с:

Общая коррозия; локализованная коррозия; Коррозионное растрескивание под напряжением

Сплав 2507 Супердуплексная нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь

Дуплексные нержавеющие стали имеют двухфазную микроструктуру аустенитных и ферритных зерен. Эта структура придает этим материалам сочетание привлекательных свойств, включая прочность, пластичность и коррозионную стойкость.

Супердуплексная ферритно-аустенитная нержавеющая сталь из сплава 2507 хорошо подходит для работы в высококоррозионных условиях. В его состав входят никель, молибден, хром, азот и марганец, обеспечивающие превосходную стойкость к общей коррозии, точечной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) при сохранении свариваемости.

• Повышенный предел текучести и предел прочности при повышенных номинальных давлениях
• По сравнению с трубками из стали 316/316L того же наружного диаметра и номинального давления, меньшая толщина стенки позволяет увеличить поток жидкости
• Свариваемость
• Применения до 482°F (250°C)
• Более высокая теплопроводность/более низкий коэффициент теплового расширения, чем у 316SS
• Пригодность для работы с высокосернистым газом (NACE MR0175/ISO 15156)
• Продукция Swagelok 2507 доступна из сортового проката и поковок, отвечающих требованиям квалификационного стандарта NORSOK M-650 для цепочки поставок

.

Механические свойства сплава 2507 делают его очень хорошим выбором для морских установок высокого давления и подводных систем, где важны коррозия, поток жидкости и вес.

Для борьбы:

Общая коррозия; локализованная коррозия; Коррозионное растрескивание под напряжением

Сплав 825

Никелевые сплавы

Сплав 825 (Incoloy ^® 825) представляет собой сплав никеля, железа, хрома и молибдена, предназначенный для защиты от общей коррозии, точечной и щелевой коррозии, а также коррозионного растрескивания под напряжением (SCC) в широком диапазоне сред.

• Стойкость к межкристаллитной коррозии благодаря стабилизации титаном
• Пригодность для работы с высокосернистым газом (NACE MR0175/ISO 15156)
• Стойкость в восстановительных средах (например, серной или фосфорной кислоте)

Для борьбы с:

Общая коррозия; локализованная коррозия; Коррозионное растрескивание под напряжением; Крекинг сернистых газов

Сплав 625

Никелевые сплавы

Сплав 625 (Inconel ^® 625) представляет собой никель-хром-молибденовый сплав с небольшим количеством ниобия для снижения риска межкристаллитной коррозии в самых агрессивные среды.

• Устойчивость к соляной и азотной кислотам
• Прочность и пластичность
• Стойкость к щелевой и точечной коррозии при высоких температурах
• Пригодность для работы с высокосернистым газом (NACE MR0175/ISO 15156)

Материал имеет значение

Для получения дополнительной информации см. Трубные, среднего давления, трубные и приварные фитинги из сплава 625 NACE MR0175 Таблица A.13 Соответствует.

Для борьбы с:

Общая коррозия; локализованная коррозия; Коррозионное растрескивание под напряжением; Крекинг сернистого газа

Alloy C-276

Никелевые сплавы

Сплав C-276 (Hastelloy ^® C-276) содержит никель, молибден и хром. Высокое содержание молибдена делает его исключительно устойчивым к точечной и щелевой коррозии, и это один из немногих материалов, которые могут выдерживать коррозионное воздействие влажного газообразного хлора, гипохлорита и диоксида хлора.

• Стойкость к окисляющим и восстановительным средам
• Пластичность, ударная вязкость и прочность при высоких температурах
• Стойкость к щелевой и точечной коррозии, сульфидному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии
• Пригодность для работы с высокосернистым газом (NACE MR0175/ISO 15156)

Обратите внимание, что этот сплав НЕ рекомендуется использовать в сильно окисляющих средах, таких как горячая и концентрированная азотная кислота.

Для борьбы с:

Общая коррозия; локализованная коррозия; Коррозионное растрескивание под напряжением; Крекинг сернистого газа

Сплав 400

Никелевые сплавы

Сплав 400 (Monel ^® 400) представляет собой сплав никеля и меди, известный своей исключительной устойчивостью к плавиковой кислоте, а также устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии в большинстве пресных и промышленных вод.

• Прочность и коррозионная стойкость в широком диапазоне температур и сред
• Механические свойства сохраняются при отрицательных температурах

Обратите внимание, что стоячая морская вода вызывает щелевую и точечную коррозию в этом сплаве.

Для борьбы с:

Общая коррозия; локализованная коррозия; Коррозионное растрескивание под напряжением; Крекинг сернистого газа

Титановые сплавы

Стабильная прочно прилипающая оксидная пленка защищает титановые сплавы от коррозии. Этот
пленка образуется мгновенно, когда свежая поверхность подвергается воздействию воздуха или влаги. безводный
следует избегать условий в отсутствие источника кислорода, поскольку защитный
пленка не может быть регенерирована, если она повреждена.

Титан успешно используется во многих приложениях из-за его превосходных свойств.
коррозионная стойкость в:

• Хлорсодержащие растворы и влажный газообразный хлор
• Водные растворы хлоритов, гипохлоритов, перхлоратов и диоксида хлора
• Природная и хлорированная морская вода до относительно высоких температур

Титан и его сплавы:

• Обладают исключительно высокой устойчивостью к микробиологической коррозии (МИК)
• Обладают высокой устойчивостью к окисляющим кислотам в широком диапазоне концентраций и
  температуры. Общие кислоты в этой категории включают азотную, хромовую, хлорную,
  и хлорноватый (влажный Cl ₂ ) кислоты.

Ограничивающие факторы для применения титана и его сплавов включают следующее:

• Нелегированный титан иногда подвергается коррозии в водной хлоридной среде в условиях, не предсказуемых общей скоростью коррозии
• Сухой хлор может вызвать быстрое разрушение титана и даже вызвать воспламенение
• Титан не подходит для использования с газообразным фтором, чистым кислородом или водородом

Специальные комбинации

В морских установках, где фитинги Swagelok из нержавеющей стали 316/316L зарекомендовали себя хорошо, но трубки 316/316L подверглись щелевой коррозии в трубных хомутах, может быть экономически выгодно использовать фитинги 316/316L в сочетании с трубками из-за большей коррозии -стойкий сплав. В специально разработанных комбинациях используются трубные фитинги Swagelok 316/316L с трубками из сплавов 254, 904L, 825 или Tungum ^® (медный сплав UNS C69100).

Повышенное содержание хрома и никеля в стали 316/316L обеспечивает более высокую устойчивость трубных обжимных фитингов Swagelok к локальной коррозии. Превосходный захват трубы достигается за счет запатентованной Swagelok конструкции заднего обжимного кольца шарнирно-цангового типа, которая преобразует осевое движение в радиальное обжимное действие на трубе, но работает с низким требуемым крутящим моментом при сборке. Запатентованный компанией Swagelok процесс низкотемпературной цементации SAT12 используется для поверхностного упрочнения поверхности задних обжимных колец, что облегчает достижение превосходного сцепления трубок из указанных выше сплавов.

Специально разработанные комбинации могут быть экономичным, коррозионно-стойким решением, обеспечивающим следующие преимущества при установке в морской среде: Значение PREN и более высокая стойкость к локальной коррозии

Низкий риск гальванической коррозии на основе позиций 316, 254, 904L и 825 по гальванической схеме, или на основании длительного успешного использования фитингов 316/316L с трубками Tungum.

Как и в случае любой сборки из смешанных материалов, номинальное давление для трубок и фитингов из различных сплавов определяется более низким классом материала. Номинальные значения давления см. в документе «Данные по трубам — разработанные комбинации» MS-06-117.

Эквивалентное число стойкости к точечной коррозии (PREN) — это показатель устойчивости к локальной точечной коррозии. Более высокие значения PREN указывают на большую стойкость к точечной коррозии.

Обратитесь к доверенному консультантуДоступ к службам уровня эксперта

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с этими дополнительными полезными справочными материалами от Swagelok.

> Просмотрите и загрузите версию Руководства по выбору материалов для печати

17 Коррозионно-стойкие варианты для производства со сравнением затрат

Коррозия определяется как естественный процесс, вызывающий превращение металлов в нежелательные вещества, когда они реагируют с коррозионно-активными веществами. среды, такие как вода или воздух.

Коррозионные среды превращают металл в соответствующие оксиды, сульфиды и гидроксиды (например, ржавление железа), которые вызывают повреждение и разрушение металла, начиная с той части металла, которая подвергается воздействию окружающей среды, и распространяясь на весь металл.

Металлические детали, устойчивые к коррозии, напротив, обладают устойчивостью к этим реакциям и поэтому могут использоваться во многих областях, от кулинарии до обороны. Для создания таких деталей выделяются два решения: выбрать коррозионно-стойкие металлические материалы, которые обычно обрабатываются с помощью станков с ЧПУ, изготовления листового металла и 3D-печати с помощью прямого лазерного спекания металла (DMLS), или повысить стойкость деталей благодаря вариантам постобработки. .

Способ 1. Выберите один из наиболее распространенных коррозионно-стойких металлических материалов

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь представляет собой группу из примерно 200 сплавов стали с высокой термостойкостью и коррозионной стойкостью. Процентное содержание углерода колеблется от 0,03% до 1,2%, а его уникальной характеристикой является высокое содержание хрома. Нержавеющая сталь состоит примерно на 10,5% из хрома, который создает слой пассивного окисления, защищающий металл от коррозии.

Нержавеющую сталь можно разделить на 3 основные категории в зависимости от ее микроструктуры:

• Аустенитная нержавеющая сталь: Аустенитная нержавеющая сталь содержит не менее 18% хрома и 8-12% никеля. Он также содержит смесь азота, углерода и многих других элементов. Хром придает высокую коррозионную стойкость, а азот действует как упрочняющий агент. Этот диапазон сплавов называется нержавеющими сталями серии 300, и распространенные марки включают нержавеющую сталь 304 и нержавеющую сталь 316, причем последняя является наиболее коррозионностойким материалом.
• Мартенситная нержавеющая сталь: Мартенситные нержавеющие стали обычно содержат 11,5–13 % хрома, 0,15 % углерода, 0,1 % марганца, молибден и серу или селен. Диапазон называется серией 400 с общим классом 420A. Углерод придает сплаву прочность, а низкое содержание хрома делает его менее устойчивым к коррозии по сравнению с серией 300.
• Ферритная нержавеющая сталь: Ферритная нержавеющая сталь относится к прямому хромированному классу незакаливаемых нержавеющих сплавов, которые состоят из хрома в диапазоне от 10,5% до 30% и уровня углерода ниже 20%. Эти стали нельзя упрочнить термической обработкой, но можно слегка упрочнить холодной прокаткой. Они также являются частью серии 400, в то время как 430A является типичным классом.

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплексный стальной сплав, как следует из названия, содержит две различные фазы. Дуплексные стали берут лучшие свойства ферритной и аустенитной фаз и объединяют их в самый передовой коррозионностойкий металл. Типичными марками являются S32750 с 25% хрома, 7% никеля и 4% молибдена и 2205 с 22% хрома, 5% никеля и 3% молибдена. Они используются в различных сложных операциях.

Деталь из нержавеющей стали, изготовленная из листового металла

Суперсплавы

Суперсплавы — это высокоэффективные металлические сплавы, обеспечивающие коррозионную стойкость при высоких температурах и превосходные механические свойства. Вот почему эти марки коррозионно-стойких металлов часто используются там, где требуется высокая производительность и коррозионная стойкость (например, в аэрокосмической и медицинской промышленности).

Суперсплавы различаются по основному матричному элементу:

• Суперсплав на основе никеля: Суперсплавы на основе никеля не только обладают превосходной коррозионной стойкостью, но и обладают высокой прочностью и термостойкостью благодаря низкому коэффициенту теплового расширения. Уникальные свойства, такие как память формы и отличная обрабатываемость, делают эти материалы особенными. Inconel 718 является примером и может быть напечатан в 3D.
• Суперсплав кобальта: Суперсплавы на основе кобальта имеют более высокую температуру плавления по сравнению с аналогами на основе никеля или железа. Они также обеспечивают превосходную стойкость к горячей коррозии по сравнению со сплавами на основе никеля или железа. Суперсплавы на основе кобальта лучше свариваются по сравнению со сплавами на основе никеля. Порошки кобальт-хрома можно печатать на 3D-принтере.
• Суперсплав железа: Суперсплавы на основе железа обладают высокой прочностью при обычной комнатной температуре и высокой стойкостью к окислению, ползучести, износу и коррозии. Они намного дешевле, чем два предыдущих.

Алюминий

Алюминий имеет высокое сродство к кислороду, образуя пассивный оксидный слой, который делает его устойчивым к коррозии. Большинство марок алюминия химически стойки, но марки 1ххх, 3ххх и 5ххх являются наиболее устойчивыми. Они являются жесткими в диапазоне pH от 4,5 до 8,5, что является общей коррозионной областью. Анодирование — отличный способ добавить антикоррозийный слой к обычному алюминию.

• 1xxx Серия: Этот сорт очень чистый (около 99%) и обладает наилучшей коррозионной стойкостью в обычных условиях.
• Серия 3xxx: Марганец – основной легирующий элемент в серии 3xxx (сплавы Al-Mn – до 1,25% Mn) – основной легирующий элемент в этой серии. Это делает его немного менее устойчивым к коррозии по сравнению с алюминием 1xxx. С другой стороны, марганец делает сплав пластичным. Например, алюминий Al-Si1Mg обладает высокой стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением.
• 5xxx Серия: Основным легирующим элементом в этом типе алюминия является магний, и он обладает почти такой же коррозионной стойкостью, что и алюминий марки 3xxx. Обладает высокой скоростью упрочнения и высокой коррозионной стойкостью. Он также предлагает яркую отделку поверхности.

Алюминиевая деталь, изготовленная на станке с ЧПУ

Медные сплавы

Медные сплавы обладают высокой теплопроводностью, коррозионной стойкостью, отличной твердостью и жаропрочностью. Медь обладает хорошей коррозионной стойкостью, а также входит в состав других металлических сплавов для повышения соответствующей коррозионной стойкости. Наиболее распространенными коррозионно-стойкими металлами из семейства медных сплавов являются:

• Бронза: Одним из старейших известных материалов является бронза. Современная бронза состоит из 88% меди и 12% олова. Бронза также может содержать никель, марганец, алюминий, кремний, цинк или мышьяк. Небольшие количества кремния, добавленные в сплав, улучшают коррозионную стойкость.
• Латунь: Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Они также могут содержать небольшое количество олова для придания дополнительных коррозионно-стойких свойств, в то время как содержание цинка может снизить их. Латуни обычно обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошей прочностью на растяжение и имеют более низкую температуру плавления, чем бронза или даже чистая медь.

Медные электрические клеммы

Титан

Титан — очень прочный металл, который широко используется в технике, поскольку этот металл устойчив к коррозии и имеет хорошее соотношение прочности и веса. Он на 40% легче стали, но такой же прочный, как высокопрочная сталь.

Как и другие коррозионностойкие металлические материалы, титан также образует пассивные оксиды, без которых он немедленно подвергается коррозии. Уникальным свойством титана является его устойчивость к хлору. Титан 3.7164 (Titan Grade 5) является хорошим примером коррозионно-стойкого материала.

Болты из титанового сплава

Сравнение затрат на производство деталей с использованием коррозионно-стойких материалов

Сравним стоимость производства деталей с использованием различных коррозионностойких металлических материалов из Xometry’s Instant Quote Engine:

Material	Manufacturing process	Cost per one unit	Unit cost per 10 pieces	Unit cost per 100 pieces
Stainless Steel 304 / 1. 4301	CNC	€ 211.61	€ 66.41	€ 23.74
Stainless Steel 316L / 1.4404	CNC	€ 228.58	€ 72.75	€ 25.68
Stainless Steel 316L / 1.4404	DMLS	€ 387.12	€ 294.83	Price on demand
Aluminium AlSi10mg	CNC	€ 123.07	€ 35.35	€ 13.88
Aluminium AlSi10mg	DMLS	€ 174.76	€ 89.19	€ 87.80
Titanium, T6Al4V	CNC	€ 705.35	€ 215.06	€ 55.12
Titanium, T6Al4V	DMLS	€ 387.12	€ 294.83	Price on demand
Inconel 718	DMLS	€ 487.77	€ 333.16	Цена на спрос
Кобальтовый сплав, COCR	DMLS	€ 522,61	€ 619,15	Цена по требованию
. 0017 Коррозионная стойкость деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, деталей из листового металла и 3D-печатных деталей, также может быть улучшена благодаря различным вариантам обработки поверхности: Анодирование: Металл при механической обработке (в основном алюминиевые детали) использует обработку окислением для упрочнения поверхности части, чтобы сопротивляться износу. Обработка аэрозольной краской: Аэрозольная краска предотвращает ржавчину на таких деталях, как предметы первой необходимости, электрические шкафы, трубы и т. д. Гальваническое покрытие: Поверхность детали покрыта другим неагрессивным металлом, чтобы избежать коррозии. Иногда указанные ниже коррозионно-стойкие металлы наносят на обычные металлы для увеличения срока их службы. Полировка поверхности: Обработка поверхности заусенцев выполняется на деталях, обработанных с ЧПУ, для удаления острых заусенцев, образующихся в результате механической обработки. Published by admin View all posts by admin