При высоких температурах (выше 800 ^оС) скорость окисления стали уменьшается по мере повышения содержания в ней углерода. Обезуглероживание сталей при этом также уменьшается. Это связано с интенсификацией процесса образования оксида углерода ( II ) – CO ₂ .Сера, фосфор, никель и марганец, присутствующие в сплаве, практически не влияют на высокотемпературное окисление железа, а титан, медь, кобальт и бериллий незначительно снижают скорость газовой коррозии. Хром, алюминий и кремний сильно замедляют окисление железа из – за образования прочных защитных оксидных пленок. Эти элементы широко применяют для легирования стали с целью повышения ее жаростойкости.

Хром, введенный в сталь в количестве до 30 %, значительно повышает ее жаростойкость.

Алюминий вводят в сталь в количестве до 10 %, что еще больше повышает ее жаростойкость. Аналогичным свойством обладает кремний при введении его в сталь в количестве до 5 %. Однако стали с высоким содержанием алюминия и кремния обладают повышенной хрупкостью и твердостью, что затрудняет их обработку. Поэтому основой жаростойкого легирования является система Fe – Cr с добавочным введением кремния и алюминия в количестве до 4 – 5 %.

Ванадий, вольфрам и молибден сильно ускоряют окисление стали при высокой температуре. Это обусловлено летучестью и легкоплавкостью образуемых ими оксидов.

При высокой температуре более жаростойкой является аустенитная структура стали. С увеличением содержания феррита жаростойкость двухфазных сталей уменьшается, а степень окисления повышается. Это объясняется тем, что на двухфазных сталях образуются пленки с большими внутренними напряжениями, что приводит к их разрушению.

Деформация металла также способствует разрушению пленки и увеличивает скорость коррозии.

Влияние температуры

Температура оказывает значительное влияние на процессы газовой коррозии. Термодинамическая вероятность осуществления большинства реакций, которые приводят к образованию защитных пленок, с повышением температуры падает. В то же время рост температуры способствуетувеличению скорости реакции. Поэтому в пределах термодинамической возможности с увеличением температуры скорость коррозии возрастает.

Температура оказывает влияние на константу скорости химической реакции и коэффициент массопередачи в процессе диффузии.

Для обоих случаев имеет место экспоненциальная зависимость:

k = Ae ^{- E / RT} (25)

где:

k – константа скорости химической реакции или коэффициент диффузии;

А – постоянная, формально равная k ;

Е – энергия активации химической реакции или процесса диффузии;

R = 8,32 кДж/моль – универсальная газовая постоянная;

Т – абсолютная температура.

При окислении металлов могут наблюдаться случаи, когда при невысоких температурах процесс идет в кинетической области, т.е. лимитируется скоростью химической реакции. При повышении температуры коэффициент скорости химической реакции возрастает в несколько раз быстрее, чем коэффициент диффузии. Это приводит к тому, что при определенной температуре (для многих металлов 800 – 900 ^оС) скорость химической реакции уравнивается со скоростью диффузии, а потом и превышает ее. Процесс начинает контролироваться стадией диффузии.

Температура может оказывать также влияние на состав образующихся пленок. Состав образующихся пленок и закон их роста в зависимости от температуры приведены в таблице № 3.2.

Таблица № 3.2 – Состав оксидных пленок на железе в зависимости от температуры

Колебания температуры при нагреве металла, попеременные нагрев и охлаждение увеличивают скорость окисления металлов. В оксидной пленке возникают термические напряжения, образуются трещины и она начинает отслаиваться от металла.