Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Ing. Karel Němec, Ph.D.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Ing. Karel Němec, Ph.D."— Transkript prezentace:

1 Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Ing. Karel Němec, Ph.D.

2 Koroze Podle charakteru probíhajících dějů se koroze člení na: chemickou –koroze v oxidačně působících plynech (vzduch, O 2, CO 2, SO, SO 2, H 2 S) –koroze v redukčně působících plynech (H 2, CH 4, NH 4 ) elektrochemickou –koroze probíhající ve vodivých prostředích, tj. v elektrolytech (i v půdách)

3 Chemická koroze Chemická koroze je chemická reakce probíhající mezi povrchem součásti a elektricky nevodivým prostředím (nejčastěji plynem) za normálních, ale hlavně za vysokých teplot. Lze sem zařadit například tvorbu okují při tváření oceli za tepla. K posouzení korozní reakce je třeba znát tyto faktory: afinitu kovu ke koroznímu prostředí, afinitu kovu ke koroznímu prostředí, termodynamiku probíhajícího děje, termodynamiku probíhajícího děje, kinetiku korozního procesu, kinetiku korozního procesu, Pillingovo-Bedworthovo pravidlo. Pillingovo-Bedworthovo pravidlo.

4 Elektrochemická koroze Při elektrochemické korozi je součást ve vodivém prostředí, tzn. v elektrolytu. Tento děj probíhá při normální teplotě. Materiál koroduje, když se vytvoří galvanický článek (makročlánek, mikročlánek, submikročlánek). η = E - E r Kde E potenciál elektrody, Er rovnovážný potenciálu,  je přepětí (V), určující směr reakce následovně :   0reakce probíhá ve směru oxidace   0reakce probíhá ve směru redukce Potenciálový rozdíl, vyjádřený hodnotou přepětí , současně charakterizuje hnací sílu příslušné korozní reakce.

5 Elektrochemická koroze Koroze elektronegativnějšího zinku ve spojení s ocelí Tvorba rzi na oceli ve spojení s elektropositivnější mědí

6 Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Mají zvýšenou odolnost proti korozi za normální i zvýšené teploty. I tyto oceli postupně korodují, avšak mnohem pomaleji, takže zvýšená životnost vyváží vyšší cenu. Volba korozivzdorné oceli je obtížná, nezáleží jen na požadovaných mechanických vlastnostech, ale i na druhu prostředí, teplotě a tlaku. Korozivzdornost - odolnost vůči korozi (elektrochemické) za normálních teplot (20°C) Žáruvzdornost - odolnost vůči korozi (chemické) za zvýšených teplot (nad 600°C).

7 Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Mezi korozivzdorné řadíme oceli schopné pasivování. Podmínkou pasivace oceli je min. 11,74 % Cr rozpuštěného v tuhém roztoku, resp. Žáruvzdornost ocelí způsobuje chrom, nikoliv však pasivací tuhého roztoku, ale ochranným povlakem oxidů. Dalšími pozitivně působícími přísadovými prvky jsou hlavně Al a Si. Cr = 11,74% + 14,5% C

8 Rozdělení korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí Podle chemického složení –Chromové Oceli s přísadou %Cr –Chrom-niklové Společnou přísadou Cr a Ni se dosahuje větší korozní odolnosti a vyšší houževnatosti a plasticity než u chromových ocelí –Chrom-manganové Cr-Mn oceli využívají k úplné nebo částečné náhradě drahého niklu obdobně působící prvek, a to mangan. Nevýhodou je nižší korozivzdornost a žáruvzdornost oproti Cr-Ni ocelím.

9 Podle struktury –Martenzitické (0,15 - 1,5 %C, %Cr) –Feritické (zpravidla  0,1 %C, %Cr) –Austenitické (  0,1 %C, %Cr, %Ni nebo  0,1 %C, %Cr, %Mn) –Dvoufázové austeniticko-feritické (20 – 30 %Cr, 2,5 – 7 %Ni, Ti, Mo) feriticko-martenzitické (0,1 – 0,4 %C, 7 – 18 %Cr) –Vytvrditelné (Cr-Ni základ + Mo, Cu, Al, Ti, Nb, V) Rozdělení korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí

10 Podle nutnosti tepelného zpracování –tepelně zpracovávané Martenzitické oceli – žíhání naměkko, kalení a popouštění, příp. žíhání ke snížení pnutí Feritické oceli – homogenizační žíhání (750 – 900°C) s rychlým ochlazením Austenitické oceli – rozpouštěcí žíhání (950 – 1150°C) s rychlým ochlazením Dvoufázové A-F oceli – rozpouštěcí žíhání (1000 – 1150°C) s rychlým ochlazením a následně stárnutí (450°C) Vytvrditelné oceli – rozpouštěcí žíhání (950 – 1150°C) s rychlým ochlazením a následné precipitační vytvrzování –bez tepelného zpracování Některé feritické oceli se tepelně nezpracovávají

11 Vliv přísadových prvků na strukturu korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí Feritotvorné prvky –Prvky, které zvětšují oblast existence feritu –Hlavním představitelem je chrom –Dalšími jsou Mo, Si, Ti, Al, Nb, Be, V, W aj. Austenitotvorné prvky –Prvky, které rozšiřují a otevírají oblast austenitu –Hlavním představitelem je nikl –Dalšími jsou Mn, Cu, C a N Vliv feritotvorných a austenitotvorných prvků na strukturu ocelí znázorňuje Schaefflerův diagram.

12 Schaefflerův diagram

13 Rovnovážný diagram soustavy Fe-Cr

14 Struktura chromových ocelí c – začátek přeměny F → A (nad touto křivkou nemají slitiny fázovou přeměnu v tuhém stavu) d – konec přeměny F → A (mezi čarami c a d probíhá pouze částečná přeměna F → A, pod křivkou d je oblast úplné přeměny F → A, je to oblast kalitelných ocelí.) a – eutektoidní koncentrace b – maximální rozpustnost uhlíku v austenitu

15 Řez ternárním rovnovážným diagramem Fe-Cr-C při konstantním obsahu chrómu a) 12% Cr b) 15% Cr c) 20% Cr a) 12% Cr b) 15% Cr c) 20% Cr Pozn.: K c = M 3 C, K 1 = M 23 C 6, K 2 = M 7 C

16 Martenzitické oceli Charakteristika martenzitických ocelí +přijatelná cena +možnost ovlivnění vlastností pomocí TZ +široká oblast pevnostních hodnot –sklon k popouštěcí křehkosti –sklon k vodíkové křehkosti –sklon ke koroznímu praskání pod napětím Používají se hlavně na namáhané dílce v korozním prostředí (čerpadla, vodní turbíny) nebo na drobné nástroje (nůžky, chirurgické nástroje, žiletky, atd.)

17 Feritické oceli Charakteristika feritických ocelí +přijatelná cena +vysoká žáruvzdornost (1100°C) +dobrá korozivzdornost (i v prostředí S) +odolnost proti korozi pod napětím (Cl - ) –nízká mez kluzu –nízká plasticita –tranzitní chování –sklon ke zkřehnutí (při ochlazování z T > 950°C a při 475°C) Používají se hlavně na rekuperátory, málo namáhané součásti tepelných zařízení, topné odpory, atd.

18 Austenitické oceli Charakteristika austenitických ocelí +výborná svařitelnost +vysoká houževnatost +vysoká žáruvzdornost (až do 1150°C) +žáropevnost (až do 750°C) –vysoká cena (vysoké množství Ni) –nižší mez kluzu –špatná tepelná vodivost –obtížná obrobitelnost –nejsou feromagnetické, jen paramagnetické –sklon ke koroznímu praskání pod napětím Používají se v chemickém průmyslu (bez přítomnosti síry), jako součásti sklářských a keramických pecí, na topné odpory, kuchyňské náčiní atd.

19 Ternární rovnovážný diagram Fe-Cr-Ni

20 Rovnovážný diagram soustavy Fe–C–Cr–Ni pro 18% Cr a 9 % Ni V chromniklových korozi- vzdorných ocelích se se zvyšujícím se množstvím přísady niklu zužuje oblast delta feritu a rozširuje se oblast austenitu. Při 8% niklu (u oceli s 18% Cr) je již oblast feritu delta uza- vřená a pod křivkou solidu se vyskytuje oblast homo- genního austenitu.

21 Karbidy chromu v austenitických ocelích Při pomalém ochlazování po odlití, tváření nebo svařování se na hranicích zrn vylučují karbidy chrómu (převážně Cr 23 C 6 ). Následkem toho může místně klesnout obsah chrómu v tuhém roztoku pod 12%, což znamená ztrátu schopnosti pasivace. Jak lze tvorbě nežádoucích karbidů chrómu zabránit? –Snížením obsahu uhlíku (pod 0,02 %). –Rozpouštěcím žíháním s následným rychlým ochlazením. –Vázáním uhlíku na prvky s vyšší afinitou k uhlíku, než má chrom, na Ti nebo Nb. Přísada prvků, tvořících v korozivzdorných a žáruvzdorných ocelích stabilní karbidy, se nazývá stabilizace.

22 Dvoufázové oceli Austeniticko-feritické oceli –Optimální je struktura s 40-50% feritu –Kombinují výhody feritických a austenitických ocelí až dvojnásobná mez kluzu dobrá houževnatost a plasticita (lepší než u feritických ocelí) podstatně lepší obrobitelnost než u austenitických ocelí zvýšená odolnost proti koroznímu praskání přijatelná cena díky sníženému obsahu Ni –Použití hlavně v chemickém a petrochemickém průmyslu Feriticko-martenzitické oceli (poloferitické) –Kombinují vlastnosti feritických a martenzitických ocelí lepší korozivzdornost než u martenzitických ocelí vyšší hodnoty pevnostních charakteristik než u feritických ocelí

23 Precipitačně vytvrditelné oceli Vliv obsahu titanu na tvrdost Cr-Ni oceli po vytvrzování, při němž vznikají precipitáty intermediární fáze Ni 3 Ti. Požadavky na vysoké mechanické vlastnosti při zachování korozní odolnosti vedou ke komplexně legovaným Cr-Ni ocelím s velmi nízkým obsahem uhlíku, zpevněných intermedi- árními fázemi, na nichž se podílejí Mo, Cu, Al, Ti, Nb a V. Některé z těchto ocelí se řadí spíše mezi žáropevné.

24 Žáropevné oceli Žáropevné oceli odolávají creepu (viz. BUM), při vysokých teplotách až do cca 750°C. Znamená to, že si zachovávají až do těchto teplot dostatečné mechanické vlastnosti. Jedná se o oceli legované většinou karbidotvornými prvky (Cr, Mo, V, W, Nb atd.), které zajišťují stabilitu za zvýšených teplot, a niklem. Některé žáro- pevné oceli mají strukturu i chemické složení podobné ocelím korozivzdorným a žáruvzdorným (martenzitické, austenitické) se zvýšenými obsahy prvků tvořících stabilní karbidy. Tyto oceli se využívají na parní potrubí, součásti parních nebo plynových turbín atd.

25 Doporučená literatura Ptáček, L. a kol.: Nauka o materiálu I. Akademické nakla- datelství CERM, Brno, 2001, (2. opravené a doplněné vydání 2003) Číhal, V.: Korozivzdorné oceli a slitiny. Academia, Praha, 1999 Fremunt, P., Podrábský, T.: Konstrukční oceli. CERM, Brno, 1996 Pluhař, J. a kol.: Nauka o materiálech. SNTL, Praha,1989 Askeland, D.R., Phulé, P.P.: The Science and Engineering of Materials. Thomson-Brooks/Cool, 4th ed (5th ed. 2005) Callister, W.D., Jr.: Materials Science and Engineering. An Introduction. John Wiley & Sons, Inc., 6th ed., 2003


Stáhnout ppt "Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Ing. Karel Němec, Ph.D."

Podobné prezentace


Reklamy Google