Сравнение коррозионной устойчивости и морской окружающей среды пригодности нержавеющей стали 17-4ПХ и 15-5ПХ

Основные различия в коррозионной стойкости

И 17-4ПХ и 15-5ПХ мартенситик высыпани-твердея нержавеющие стали, достигая баланса между высокопрочным и коррозионной устойчивостью через элементы сочетания из как хромий (Кр), никель (Ни), и медь (Ку). Основные различия заключаются в пропорциях их химического состава и микроструктуре, которые в свою очередь влияют на их коррозионную стойкость:

Содержание хрома и стабильность пассивации пленки

Содержание хрома 17-4PH обычно составляет 15%-17,5% (обычно около 16%), в то время как содержание хрома 15-5PH немного ниже (14%-15,5%, обычно около 15%). Хром является ключевым элементом в образовании плотной пассивированной пленки оксида хрома (Cr₂O₃) в нержавеющей стали, которая эффективно блокирует реакцию между водой, кислородом и основным металлом. Более высокое содержание хрома означает, что 17-4PH с большей вероятностью будет поддерживать стабильный пассивирующий слой в статических средах, что дает ему небольшое преимущество в коррозионной стойкости к общим атмосферным, пресноводным или слабо кислотным/щелочным средам.

Синергетические эффекты никеля и меди

Содержание никеля 15-5PH (3%-5%, обычно 4%) значительно выше, чем у 17-4PH (3%-5%, обычно около 3%), в то время как содержание меди 17-4PH (3%-5%, обычно 4%) обычно выше, чем у 15-5PH (1%-2%). Никель увеличивает стабильность аустенитовой фазы и улучшает пластичность пленки пассивации, в то время как медь осаждает богатую медью фазу (ε-Cu) во время упрочнения осаждения, что усиливает материал, но может немного уменьшить точечной коррозии из-за местных потенциальных различий, действующих как анод микроэлементов. Однако, 15-5PH частично компенсирует этот риск с более высоким содержанием никеля, приводящ в лучшем эквиваленте коррозионной устойчивости питтинга (оценке значения PREN) в окружающих средах иона хлорида.

Однородность микроструктуры

После оптимизированных процессов термической обработки (как государство Х1150М), 15-5ПХ показывает меньше высыпания карбида границы между зернами и лучшего единообразия микроструктуры чем 17-4ПХ (обыкновенно государство Х900/Х1150). Равномерная микроструктура уменьшает «пункты прорыва» для локализованной корозии, особенно в сваренных зонах или зонах концентрации стресса, где 15-5ПХ типично показывает более сильное сопротивление к межзерновой корозии и коррозии в напряженном состоянии (SCC).

Особые проблемы и адаптируемость к морской среде

Морская среда является типичным сценарием высокой коррозионной активности с ключевыми коррозионными факторами, включая высокий уровень солевого тумана (концентрация ионов хлорида достигает десятков тысяч ppm), чередование влажных и сухих условий, ультрафиолетовое излучение и периодические механические воздействия. Для удовлетворения этих условий нержавеющая сталь должна одновременно соответствовать следующим требованиям: ① Высокая стойкость к точечной/щелевой коррозии хлорида; ② Отличная стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC); ③ Долгосрочная стабильность пленки пассивации поверхности.

Ограничения 17-4PH

Хотя 17-4PH имеет высокое содержание хрома, его низкое содержание никеля (приблизительно 3%) и высокое содержание меди (около 4%) становятся потенциальными недостатками в морской среде:

Чувствительность к хлоридным ионам: ионы хлорида могут повредить пассивирующую пленку, в то время как низкое содержание никеля ослабляет способность пассивирующей пленки к самовосстановлению, что приводит к повышенному риску точечной коррозии. Особенно в зоне выплеска (концентрация соли) или зоне термического влияния сварки, 17-4ПХ может показать локализованную питтинговую коррозию.

Риск коррозии под напряжением: сама мартенситная матрица чувствительна к SCC и в сочетании с электрохимической активностью осаждений меди 17-4PH более подвержена межкристаллитному растрескиванию при высокой температуре и влажности (например, тропические моря) или условиях растяжения (например, соединения крепежа).

Преимущества 15-5PH

15-5PH значительно оптимизирует свою приспособляемостьь к морским средам через более высокое содержание никеля (приблизительно 4%) и более низкое содержание меди (1%-2%):

Устойчивость к точечной коррозии и щелевой коррозии: никель улучшает плотность и самовосстанавливающиеся свойства пассивации пленки. Совмещенный с умеренным содержанием хромия (15%), критическая температура питтинга (CPT) 15-5ПХ в решении НаКл 3,5% типично 5-10 ° К более высоко чем это из 17-4ПХ (экспериментальные данные). Кроме того, более низкое содержание меди уменьшает микроскопические электрохимические различия, снижая вероятность инициации питтинга.

Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC): добавление никеля улучшает стабильность аустенитной фазы и подавляет остаточное напряжение во время процесса мартенситного превращения. Одновременно, уменьшение в медных преципитатах понижает местную анодную деятельность, приводящ в более длинном критическом времени СКК для 15-5ПХ в погружении морской воды или испытаниях брызг соли (под стандартами АСТМ Г36, критическое время СКК 15-5ПХ типично 1,5-2 времени которое 17-4ПХ).

Обработка и обслуживание дружественных: равномерная микроструктура 15-5PH позволяет ему поддерживать хорошую коррозионную устойчивость без сложной термической обработки после сварки, что делает его пригодным для общих сварных структурных компонентов в морской технике (таких как опоры труб и фланцевые соединения).

15-5PH является предпочтительным выбором для морской среды

Таким образом, 15-5PH больше подходит для морской среды с точки зрения коррозионной стойкости, особенно в сценариях, связанных с длительным воздействием солевого тумана, чередованием влажных и сухих условий или концентрацией напряжений (таких как компоненты корабля, крепежные детали морской платформы и оборудование для очистки морской воды). Свои более высокое содержание никеля и более низкое медное вносят вклад в более стабилизированную фильм запассивированности, более сильное сопротивление к точечной корозии/СКК, и главную коррозионную устойчивость пост-сварки.

Однако, для применений требуя весьма высокопрочного (как удар-нагруженные компоненты требуя более высокой твердости> 45 ХРК) и относительно слабых коррозионных сред (как прибереговые пресноводные области или некритические компоненты периодически подвергаемые действию морской воды), 17-4ПХ можно все еще использовать путем выбирать слабое государство термической обработки как Х1150М (Жертвуя некоторой прочностью для повышения коррозионной стойкости). В целом, однако, 15-5PH является более надежным выбором для суровых морских условий.