Влияние кремния, бора и РЗМ на коррозионную стойкость аустенитной хромоникелевой стали

Изучено влияние кремния в пределах марочного состава (0,14 – 0,78 % (по массе)), бора и редкоземельных металлов на коррозионную стойкость низкоуглеродистой аустенитной хромоникелевой стали типа 03Х18Н11. Показано, что все стали в закаленном на аустенит состоянии при испытаниях в кипящих 56 и 65 %-ных растворах HNO3 имеют соизмеримые скорости коррозии, не превышающие критическую по ГОСТ 6032 – 2017 норму. При ужесточении условий испытания в кипящем растворе 27 % HNO3 + 4 г/л Cr+6 стали оказываются подверженными межкристаллитной коррозии, скорость которой и глубина проникновения увеличиваются с увеличением концентрации кремния с 0,14 до 0,78 %. Исследовано влияние концентрации азотной кислоты и температуры испытаний: только у стали, содержащей 0,78 % Si, при испытаниях в 56 и 65 %-ных растворах HNO3 с температурой 120 и 130 °С наблюдаются существенные коррозионные потери, превышающие критические. При повышенном (0,78 %) содержании кремния, но низкой (0,020 – 0,022 %) концентрации углерода средняя скорость коррозии закаленной на аустенит от 1080 – 1150 °С и сенсибилизированной при 650 °С стали не превышает критической нормы, а увеличение концентрации углерода всего на 0,01 % приводит к значительному (более чем в 30 раз) росту скорости коррозии сенсибилизированной стали. Показано, что микролегирование редкоземельными элементами не ухудшает коррозионную стойкость сенсибилизированной стали. В отличие от РЗМ легирование хромоникелевой стали даже небольшой (0,0015 %) добавкой бора на порядок уменьшает коррозионную стойкость стали. При этом наблюдается обратная зависимость скорости коррозии от температуры закалки: с увеличением температуры скорость коррозии стали 02Х18Н11ГС0,38Р увеличивается.

1. Науменко В.В. Влияние азота и кремния на механические и коррозионные свойства низкоуглеродистой аустенитной стали для применения в сильноокислительных средах: автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 2012. – 28 с.

2. Sahlaoui H., Sidhom H., Philibert J. Prediction of chromium depleted- zone evolution during aging of Ni–Cr–Fe alloys // Acta Materialia. 2002. Vol. 50. No. 6. P. 1383 – 1392.

3. Laurent B., Gruet N., Gwinner B., Miserque F., Soares-Teixeira V., Ogle K. Silicon enrichment of an austenitic stainless steel – Impact on electrochemical behavior in concentrated nitric acid with oxidizing ions // Electrochimica Acta. 2019. Vol. 322. No. 1. Article 134703.

4. Laurent B., Gruet N., Gwinner B., Miserque F., Rousseau K., Ogle K. The kinetics of transpassive dissolution chemistry of stainless steels in nitric acid: The impact of Si // Electrochimica Acta. 2017. Vol. 258. No. 20. P. 653 – 661.

5. Sourmail T., Too C.H., Bhadeshia H.K.D.H. Sensitisation and evolution of chromium-depleted zones in Fe–Cr–Ni–C systems // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 11. P. 1814 – 1820.

6. Kain V., De P.K. Controlling corrosion in the back end of fuel cycle using nitric acid grade stainless steels // Int. Journal of Nuclear Energy Science and Technology. 2005. Vol. 1. No. 2/3. P. 220 – 231.

7. Robin R., Miserque F., Spagnol V. Correlation between composition of passive layer and corrosion behavior of high Si-containing austenitic stainless steels in nitric acid // Journal of Nuclear Materials. 2008. Vol. 375. No. 1. P. 65 – 71.

8. Perrin A.R., Aust K.T. Intergranular corrosion of high purity austenitic stainless steel containing silicon additions // Materials Science and Engineering. 1981. Vol. 51. No. 2. P. 165 – 174.

9. Armijo J.S., Wilde B.E. Influence of Si content on the corrosion resistance of austenitic Fe–Cr–Ni alloys in oxidizing acids // Corrosion Science. 1968. Vol. 8. No. 9. P. 649 – 664.

10. Wilde B.E. Influence of silicon on the intergranular corrosion behavior of 18Cr-8Ni stainless steels // Corrosion Science. 1988. Vol. 44. No. 10. P. 699 – 704.

11. Kajimura H., Usuki N., Nagano H. Dual layer corrosion protective film formed on Si bearing austenitic stainless steel in highly oxidizing nitric acid. – In: Proceedings of the Symposium on Passivity and Its Breakdown, 1998. P. 332 – 343.

12. Каспарова О.В. Особенности межкристаллитной коррозии кремнийсодержащих аустенитных нержавеющих сталей // За- щита металлов. 2004. Т. 40. № 5. С. 475 – 481.

13. Ningshen S., Mudali U.K., Amarendra G., Ray B. Corrosion assessment of nitric acid grade austenitic stainless steels // Corrosion Science. 2009. Vol. 51. No. 2. P. 322 – 329.

14. Gwinner B., Auroy M., Balbaud-Célérier F., Fauvet P., Larabi-Gruet N., Laghoutaris P., Robin R. Towards a reliable determination of the intergranular corrosion rate of austenitic stainless steel in oxidizing media // Corrosion Science. 2016. Vol. 107. P. 60 – 75.

15. Ningshen S., Mudali U.K., Ramya S., Raj B. Corrosion behavior of AISI type 304L stainless steel in nitric acid media containing oxidizing species // Corrosion Science. 2011. Vol. 53. No. 1. P. 64 – 70.

16. Huang K., Logé R.E. Microstructure and flow stress evolution during hot deformation of 304L austenitic stainless steel in variable thermomechanical conditions // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 711. P. 600 – 610.

17. Stewart G.R., Jonas J.J., Montheillet F. Kinetics and critical conditions for the initiation of dynamic recrystallization in 304 stainless steel // ISIJ International. 2004. Vol. 44. No. 9. P. 1581 – 1589.

18. Mukherjee M., Pal T.K. Role of microstructural constituents on surface crack formation during hot rolling of standard and low nickel austenitic stainless steels // Acta Metallurgica Sinica. 2013. Vol. 26. No. 2. P. 206 – 216.

19. Nkhoma R.K.C., Siyasiya C.W., Stumpf W.E. Hot workability of AISI 321 and AISI 304 austenitic stainless steels // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 595. P. 103 – 112.

20. Блинов В.М. Cтруктура и свойства жаропрочных аустенитных сталей для пароперегревательных труб // Металлы. 2009. № 6. С. 28 – 40.

21. Chen L., Zhang Y., Li F., Liu X., Guo B., Jin M. Modeling of dynamic recrystallization behavior of 21Cr-11Ni-N-RE lean austenitic heat-resistant steel during hot deformation // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 663. P. 141 – 150.

22. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Маликов С.О. О роли кремния в формировании коррозионной стойкости аустенитных материалов для криогенной техники // Металлы. 2008. № 2. С. 49 – 54.

23. Fauvet P., Balbaud F., Robin R., Tran Q.-T., Mugnier A., Espinoux D. Corrosion mechanisms of austenitic stainless steels in nitric media used in reprocessing plants // Journal of Nuclear Materials. 2008. Vol. 375. No. 1. P. 52 – 64.

24. Каспарова О.В., Мильман В.М., Костромина С.В. К вопросу о механизме влияния кремния на межкристаллитную коррозию отпущенных аустенитных нержавеющих сталей // Защита ме- таллов. 1991. Т. 27. № 1. С. 55 – 63.

25. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В. Влияние кремния на электронную структуру и коррозионно-электрохимическое поведение фосфорсодержащей стали Х20Н20 // Защита металлов. 2002. Т. 38. № 5. C. 463 – 469.