Химические свойства. Коррозия металлов и сплавов. Перспективы применения нелегированного доменного чугуна без выделений графита, страница 22

Как уже отмечалось, хром с железом образует ряд твердых растворов и интерметаллических соединений FeCr. С углеродом хром образует ряд карбидов – (Cr, Fe)₇C₃, (Cr, Fe)₂₃C₆, обладающих электрохимическим потенциалом, близким к потенциалу хромистого феррита (-0,446), и поэтому они практически не снижают химическую стойкость сплава. С точки зрения химической стойкости полезным является только хром, находящийся в твердом растворе. Количество хрома в твердом растворе определяет плотность пассивирующей пленки на поверхности сплава и стойкость его в тех или иных агрессивных средах. при сильно окисляющихся реагентах пассивность наступает при меньшем содержании хрома, а при слабо окисляющих реагентах пассивность наступает при большем содержании хрома.

При содержании 11,8%Cr наступает первая граница стойкости (рисунок 4.8). Такие сплавы являются стойкими в разбавленной азотной кислоте комнатной температуры. Повышение содержания хрома в сплаве вызывает увеличение стойкости в азотной кислоте. Высокая коррозионная стойкость хромистых чугунов обеспечивается в том случае, если содержание хрома в основе сплава не ниже 12-13%. Коррозионная стойкость хромистых чугунов зависит от соотношения хрома и углерода, которое определяет распределение хрома между матрицей и карбидами (рисунок 4.9). Массовая доля хрома в карбидах колеблется от 30 до 50%. Соотношение массовых долей хрома и углерода должно быть в пределах от 17:1 до 10:1. Установлено, что коррозионная стойкость сплава с 27,5%  Cr в 20%-ной HNO₃ при 100°С практически не изменяется при повышении содержания углерода до 1,5%, но заметно снижается при дальнейшем его повышении (рисунок 4.10). Так как большая часть углерода связывается в карбиды, содержание свободного хрома в высокохромистых чугунах в большинстве случаев не выходит за пределы первой границы устойчивости. Этим объясняется более низкая коррозионная стойкость высокохромистых чугунов по сравнению с высокохромистыми сталями

Кремний уменьшает растворимость углерода в кремнистом феррите, образует с хромом химическое соединение CrSi, что неблагоприятно отражается на химической стойкости сплава.

Повышенная концентрация кремния в хромистых чугунах увеличивает их твердость, и только в высокоуглеродистых чугунах нарастание твердости несколько замедляется (рисунок 4.11).

рисунок 4.8 – Электродный потенциал сплавов железа с хромом

в растворе железного купороса

(пунктирная линия получена методом экстраполирования)

область i – стойкие коррозионностойкие;

область II – относительно стойкие; область III – нестойкие

Рисунок 4.9 – Влияние хрома и углерода на коррозионную стойкость чугунов.

1 – кривая изменения твердости; 2 – кривая коррозионной стойкости

Рисунок 4.10 – Зависимость химической стойкости сплавов с 27,5% Cr

от содержания углерода

1 – 0,93; 2 – 1,148; 3 – 2,32; 4 – 3,0

Рисунок 4.11 – Влияние углерода на твердость хромистых чугунов при содержании кремния, %

(пунктирные линии получены методом экстраполирования)

Содержание марганца в хромистых чугунах ограничивается 0,5-0,8% при минимальном содержании серы. Для улучшения антикоррозионных свойств и борьбы с крупнозернистым строением рекомендуют содержание марганца повышать до 2-3%. При этом увеличивается коррозионная стойкость в некоторых средах (20%-ная HNO₃ при кипении, 1%-ная H₂SO_4, 85%-ная Н₃РО₄). Увеличение концентрации марганца до 10-12% в сплавах с высоким содержанием хрома на коррозионную стойкость заметно не влияет.

Добавка молибдена до 3,5% увеличивает коррозионную стойкость (за счет увеличения эффективного содержания хрома в твердом растворе), в ряде разбавленных растворов кислот, таких как H₂SO₄, HCl, H₃PO₄, HSO₃, уксусной, муравьиной и др. Молибден обладает также высокой пассивирующей способностью в некоторых восстановительных средах. Пассивированная пленка состоит из 53% Fe₂O₃, 32% Cr₂O₃, 12% MoO₃. Легирование молибденом особенно повышает коррозионную стойкость чугунов в агрессивных средах, содержащих ионы хлора. Сильно повышает коррозионную стойкость в серной кислоте средних концентраций совместный ввод 2% Мо и 25% cr.