Составление тех карты межкристаллитной коррозии. Межкристаллитная коррозия аустенитных нержавеющих сталей. Анодное травление образцов в ингибированной серной кислоте. Метод Б
Процесс межкристаллитной коррозии твердых металлов в жидкометаллической среде специально не исследовался. Ниже излагаются некоторые вероятные механизмы этого процесса, существование которых подтверждается косвенными экспериментальными наблюдениями.
1. Одной из причин межкристаллитной коррозии является более высокий уровень потенциальной энергии атомов, находящихся в межкристаллитных зонах, по сравнению с атомами внутри кристаллитов. Следовательно, энергия активации растворения для этих атомов меньше, чем для остальных. Соответственно увеличивается вероятность выхода их в раствор ωт. Ранее было показано, что константа скорости растворения для процесса, контролируемого первой стадией, равна α=ωтρ"/n∞. Таким образом, повышение вероятности выхода в жидкометаллический раствор для атомов межкристаллитных зон означает, что скорость растворения этих участков структуры металла выше, чем скорость растворения соседних. В результате фронт коррозии в условиях изотермического и неизотермического растворения будет углубляться по границам зерен металла, т. е. будет протекать межкристаллитная коррозия. В некоторых случаях опережение растворения по границам зерен так велико, что вызывает отделение от матрицы целых зерен. Примером интенсивного межкристаллитного разрушения является коррозия никеля в жидком литии при 1000° С; микроструктура металла, характерная для этого случая, изображена на рис. 42.
Рисунок 3: Кривые сенсибилизации временной температуры для сплавов типа 304 в зависимости от содержания углерода. Любые данные Института никеля. Сенсибилизированный материал может быть отжиг при нагревании до температуры, при которой растворяются карбиды и удаляются районы, обедненные хромом. Затем углерод удерживается в растворе путем быстрого охлаждения через диапазон температур сенсибилизации.
Как показано на рисунке 3, более низкое содержание углерода перемещает нос кривой чувствительности к температуре дольше. На рис. 4 приведены реакции осаждения карбида, которые возникают в нержавеющих сталях типа 304 и 347. Рисунок 4: Реакции осаждения в нержавеющей стали типа 304 и 347.
Оценим глубину межкристаллитной коррозии металла, вызванной различием скоростей растворения атомов из тела зерна и межкристаллитных зон. Для изотермического растворения в этом случае количество атомов, переходящих в жидкометаллический раствор в единицу времени, определяется зависимостью, аналогичной уравнению (1):
где индекс «з» означает, что соответствующая характеристика относится к растворению с поверхности зерна, а индекс «г» - к растворению из межкристаллитной зоны. Учитывая, как и прежде, что N-nVж, получаем дифференциальное уравнение
Со стабилизированными сортами стандартная обработка отжигом раствора обычно не связывает весь доступный углерод. Поэтому, когда стабилизированные сорта в состоянии, отожженном в растворе, имеют длительное воздействие на диапазон температур сенсибилизации, могут происходить осаждение и сенсибилизация карбидом хрома. Стабилизирующие термические обработки могут использоваться для более эффективного связывания углерода путем завершения реакции осаждения.
Межкристаллитная атака ферритных нержавеющих сталей
Хотя межкристаллитная атака ферритных нержавеющих сталей аналогична обнаруженной в аустенитных нержавеющих сталях, есть некоторые важные отличия. Поскольку растворимость азота в структуре ферритного кристалла мала, осадки, вызывающие сенсибилизацию в ферритных сортах, включают как карбиды хрома, так и нитриды хрома.
Решая уравнение (95) и используя начальное условие: t=0, n=0 и соотношение при насыщении dn/dt = 0, находим кинетическое уравнение для изотермического растворения с учетом влияния межкристаллитных зон в следующем виде:
Для определения глубины общей (lз) и межкристаллитной (lг) коррозии запишем дифференциальное уравнение
где ρз и ρг - объемная плотность кристаллитов и межкристаллитных зон соответственно. Решение этого уравнения получаем, используя равенство (96) и начальное условие t=0, lз=0, lг=0:
Для того чтобы получить отношение глубины межкристаллитной и общей коррозии, запишем следующее приближенное выражение для последней:
где символом а обозначена, как и ранее, константа скорости растворения, равная ωт*ρ"/n∞, а nг∞ - та часть концентрации раствора, которая достигается за счет растворения металла межкристаллитных зон. Вычитая (99) из (98), находим:
Разделим уравнение (100) на (99), пренебрегая вторым членом правой части уравнения (99), который, очевидно, существенно меньше первого. Тогда искомое отношение получим в виде
Из уравнения (101) следует, что межкристаллитная коррозия усиливается со временем.
Наибольший интерес представляет максимальная величина отношения lг/lз, которая достигается к концу процесса растворения. Из (101) находим, что при насыщении раствора, т. е. при t→∞, это отношение равно
Величину (lг/lз)макс можно оценить следующим образом. В первом приближении можно считать nг∞/n∞≈αгSг/αзSз; далее, учитывая, что α=ω*ρ"/n∞ и ρ"=α*ρ, где α - межатомное расстояние, получаем (lг/lз)макс≈ωг/ωз. Вероятность перехода в раствор атомов с поверхности зерна выражается зависимостью ωз= v ехр (-Qр/RT). В связи с тем, что энергия активации растворения из межкристаллитных зон меньше, чем из тела кристаллитов, на величину их избыточной энергии ΔQг, вероятность перехода в раствор атомов из этих участков будет ωг=v*exp [-(Qр-ΔQг)/RT], Используя эти выражения, получаем (lг/lз)макс≈ехр (ΔQг/RT).
Численную оценку величины отношения глубины межкристаллитной коррозии к общей произведем для γ-железа. Средняя величина свободной энергии границ зерен у него, по данным работы, равна 8040 кал/г*атом. Учитывая это, получаем, что при температуре 800° С отношение (lг/lз)макс приблизительно равно 40. Следовательно, глубина межкристаллитной коррозии у железа может почти в 40 раз превышать глубину общей коррозии. Нужно, однако, отметить, что при значительном углублении фронта коррозии по границам зерен процесс растворения будет тормозиться диффузией растворенных атомов через жидкий металл в образовавшемся узком и длинном канале, который можно рассматривать как увеличение в этом участке толщины пограничной пленки. Такой процесс, естественно, будет ограничивать глубину межкристаллитной коррозии.
Отношение глубины межкристаллитной коррозии к глубине общей коррозии в условиях термического переноса массы можно получить, используя уравнение переноса массы в форме
где Δt - время прохождения горячей зоны потоком жидкого металла. Так как вес перенесенного в холодную зону металла за время t равен ΔP=S*Rпм*t, где S - поверхность, с которой идет растворение в горячей зоне, то на основании равенства (103) получаем
Обратимся теперь к рис. 43, на котором изображены кривые кинетики растворения металла кристаллитов и межкристаллитных зон. Из схем видно, что начальная (ϗ*nн∞+nк) и конечная (nв) концентрации раствора в горячей зоне одинаковы и для кристаллитов, и для межкристаллитных зон, Ho различным для них оказывается значение Δt, что связано с разной величиной αг и αз. Имея в виду, что площадь этих участков структуры также отличается, что ΔP=ρSl, и используя отношение вeca металла, растворенного из межкристаллитных зон и из кристаллитов, находим
Так как ρз≥ρг и Δtз≥Δtг, то lг/lз≥1, т. е. межкристаллитная коррозия имеет место и в условиях термического переноса массы. Если nв существенно меньше nв∞, то можно воспользоваться приближенным равенством Δtг/Δtз=αз/αг (см. рис. 43). На основании последнего соотношения уравнение (105) принимает вид lг/lз≈ρз/ρг*αг/αз. Следовательно, интенсивность межкристаллитной коррозии в этом случае определяется величиной отношения констант скорости растворения металла межкристаллитных зон и кристаллитов. Интересно отметить, что интенсивность разрушения металла по границам кристаллитов при термическом переносе массы равна максимальной величине отношения lг/lз при изотермическом растворении. Значит, можно воспользоваться ранее сделанной оценкой этого отношения, из которой следовало, что глубина межкристаллитной коррозии, например железа при 800° С, может приблизительно в 40 раз превышать глубину общей коррозии. Вместе с тем нужно подчеркнуть, что если интенсивность (lг/lз) межкристаллитной коррозии с течением времени мало изменяется, то разность между глубиной межкристаллитной и общей коррозии непрерывно увеличивается. Так, глубина общей коррозии в условиях переноса массы определяется уравнением
а глубина межкристаллитной коррозии для рассмотренного выше случая равна
откуда следует
Таким образом, в этом случае разность между глубиной межкристаллитной и общей коррозии увеличивается со временем по линейному закону. Однако такое развитие межкристаллитной коррозии не может быть беспредельным. Как уже указывалось, максимальная глубина межкристаллитной коррозии определяется моментом перехода к контролю процесса растворения в каналах, образованных соседними кристаллитами, диффузионным механизмом.
Разрушение границ зерен вследствие повышенной энергии расположенных здесь атомов может происходить и в процессе растворения, а также в изотермических условиях по достижении раствором насыщения. В последнем случае коррозия будет осуществляться путем энергетического переноса массы. Этим иногда объясняется воздействие жидких металлов на твердые при изотермических испытаниях большой длительности, хотя раствор уже давно достиг равновесной концентрации.
Нужно отметить, что энергетический перенос массы имеет локальный характер и охватывает лишь небольшие участки поверхности. Эта его особенность объясняется тем, что движущей силой переноса является градиент энергии dU/dx, где x - расстояние вдоль поверхности. металла. Процесс энергетического переноса массы представляет собой совокупность процессов растворения, диффузии в поверхностной пленке жидкого металла и кристаллизации. Скорость диффузии в этом случае определяется уравнением, аналогичным (78):
где D - коэффициент диффузии в жидком металле; S - площадь поверхности, через которую осуществляется диффузия; f - коэффициент пропорциональности. Очевидно, при достаточно большом расстоянии между участками с различной энергией атомов градиент энергии будет мал, а скорость диффузии ничтожно низка. В результате процесс переноса между этими участками не будет практически происходить.
2. Межкристаллитная коррозия сплавов может быть связана с селективной коррозией. Такой эффект должен наблюдаться в двух случаях. Если легкорастворимый элемент является горофильным, то, естественно, его преимущественное растворение в большей мере вызовет разрушение межкристаллитных зон, чем самих кристаллитов, где исходная концентрация этого элемента значительно меньше. Примером такого влияния является, по-видимому, селективное растворение никеля из аустенитных сталей. Известно, что стали этого класса обычно подвергаются межкристаллитной коррозии в жидких металлах и особенно ярко выражен этот эффект при испытании сталей в свинце и висмуте. Если учесть, что никель является горофильным элементом в железных сплавах, то такой эффект находит себе объяснение.
Второй случай межкристаллитной коррозии селективно растворяющихся сплавов возможен при равномерном распределении в матрице легкорастворимого элемента. Условием, обеспечивающим локальное разрушение сплава по границам зерен, в этом случае является более высокая скорость диффузии легкорастворимого элемента по границам зерен, чем по их объему. Межкристаллитная коррозия хромистых сталей, наблюдавшаяся в жидком висмуте, по-видимому, связана с преимущественной пограничной диффузией хрома, так как, по данным работы, он не является горофильным в сплавах на железной основе. В некоторых сплавах легкорастворимый элемент может быть и горофильным, и обладать более высоким коэффициентом граничной диффузии, что должно привести к значительному усилению межкристаллитной коррозии сплава в жидком металле.
В случае химического взаимодействия жидкого металла с компонентом или компонентами сплава также может наблюдаться интенсивное межкристаллитное разрушение, вызванное указанными выше причинами.
3. Разрушение твердых металлов по границам зерен в жидкометаллической среде может происходить при определенном соотношении свободной поверхностной энергии границы двух зерен и свободной энергии межфазовой границы твердый - жидкий металлы.
Рассмотрим условие равновесия поверхностных натяжений в точке встречи границы двух зерен с жидким металлом (рис. 44). Обозначим γтт поверхностное натяжение границы двух зерен, а γтж - поверхностное натяжение границы каждого зерна с жидким металлом (будем считать, что γтж не зависит от ориентации зерна). Пусть далее θ - двугранный угол между поверхностями контакта двух соседних зерен с жидкометаллической средой. Тогда условием равновесия, в соответствии со схемой на рис. 44, будет
Таким образом, в зависимости от соотношения величин поверхностных натяжений будет различным рельеф поверхности твердого металла в месте выхода границы зерна. Если условию равновесия отвечает небольшой острый угол, то в этом случае должна наблюдаться межкристаллитная коррозия. Причем с уменьшением двугранного угла межкристаллитная коррозия будет усиливаться. При θ=0 будет происходить проникновение среды в глубь твердого металла по границам зерен и расчленение его на отдельные зерна. В другом крайнем случае при θ=180° межкристаллитной коррозии не будет. Интервал углов 90°≤θ≤180° можно рассматривать как случай образования небольших канавок по границам зерен, которые обнаруживаются на полированной поверхности твердого металла после непродолжительного растворения в жидком металле. Очевидно, что нижняя граница (90°) является условной, так как и при меньших значениях двугранного угла межкристаллитная коррозия невелика. По-видимому, особенно опасным интервалом значений 0 следует считать 0Ввиду чрезвычайной сложности экспериментального определения свободной поверхностной энергии твердых тел и энергии межфазовой границы твердый - жидкий металлы эти величины известны лишь для очень немногих материалов. Отсутствуют также и достаточно надежные способы их теоретического расчета. Поэтому изложенные выше соображения невозможно применить к сочетаниям металлов, представляющих интерес в нашем случае. В качестве иллюстрации описанного эффекта укажем на межкристаллитное проникновение висмута в медь и отсутствие повреждения границ зерен при погружении меди в свинец. Учитывая практически полное смачивание меди висмутом (краевой угол близок к нулю) и плохое смачивание свинцом, становится понятной разница в действии этих жидких металлов. Добавкой к висмуту цинка и олова, повышающих энергию границы раздела медь - висмут, была устранена межкристаллитная коррозия меди при 600° С.
Следует заметить, что в случае одновременного протекания различных видов коррозии значения поверхностных энергий границы двух зерен и межфазовой границы могут со временем существенно измениться, что вызовет соответствующее изменение двугранного угла. Энергия границы двух зерен может измениться в результате селективной коррозии или пограничной диффузии жидкого металла. Межфазовая энергия может изменять свою величину из-за образования на поверхности металла твердого раствора или интерметаллического соединения, а также вследствие изменения состава жидкометаллической среды.
Межкристаллитная коррозия, обусловленная определенным соотношением поверхностных энергий, может протекать и в процессе растворения, и после насыщения раствора путем энергетического переноса массы.
4. Интенсивное разрушение твердых металлов по границам зерен наблюдается при наличии в жидком металле примесей. Наиболее характерным примером является межкристаллитная коррозия материалов в жидком натрии, содержащем значительную примесь кислорода. Так, нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали и сплавы на никелевой основе подвергаются межкристаллитной коррозии в натрии с примесью 0,5 вес.% кислорода при 700° С.
Причина такого влияния кислорода заключается в химическом взаимодействии ионов кислорода или окиси натрия с компонентами сплавов, залегающими в межкристаллитных зонах. Вследствие малых объемов, в которых протекает это взаимодействие, и малого количества продуктов реакции процессы межкристаллитной коррозии в жидких металлах с примесями пока не изучены.
5. Межкристаллитная коррозия может также наблюдаться при взаимодействии щелочных металлов с окислами, сульфидами, фосфидами и карбидами, располагающимися в твердых металлах преимущественно по границам зерен. Такие процессы будут рассмотрены в следующей главе. Условия возникновения, методы выявления и способы предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии сварных соединений высоколегированных сталей.
Условия, приводящие к возникновению межкристаллитной коррозии (МКК) в высоколегированных сталях, например таких структурных классов, как ферритный, мартенситный, аустенито-ферритный и аустенитный, различны. Однако ее появление практически одинаково и заключается в том, что при достаточно высокой общей коррозионной стойкости происходит избирательное растворение границ зерен металла и возникновение на них новых фаз или сегрегации, отличающихся по составу от химического состава стали.
При использовании ферритных сортов сенсибилизация происходит при охлаждении от более высоких температур. При этих высоких температурах карбиды и нитриды вводят в раствор, и во время охлаждения они могут осаждаться на границах зерен, что приводит к истощению хрома. Очень высокая скорость диффузии в ферритовой структуре делает невозможным охлаждение стали достаточно быстро, чтобы избежать осаждения карбидов и нитридов на границах зерен.
Микроструктура может быть настолько сильно ослаблена, что происходит распад зерна. Разрывная коррозия образуется между структурными частицами или в зазорах в металле, поскольку электролит удерживается капиллярным действием. Разломы возникают исключительно из транскристаллических трещин, перпендикулярных основным основным напряжениям. В покрытых металлах и сплавах происходит филеобразная коррозия. В прибрежных районах Западной Европы возникают проблемы с алюминиевыми сплавами в строительстве. Коррозия конденсационной воды вызвана пылью или чужеродной ржавчиной на низкой и нелегированной стали, а также на нержавеющей стали. Здесь непрореагировавшие, объемные продукты коррозии образуются в обогащенных кислородом водных средах. Повышение концентрации может вызвать коррозию скорости коррозии. Микробиологически вызванная коррозия возникает в растениях, которые часто имеют застойную или медленно текущую воду. Вода также может быть без биоцида, поскольку микроорганизмы, которые прилипают к стенкам трубы, затронутые водой, растут и размножаются при низких температурах. Индивидуальные поселения формируют первичный фильм вплоть до макроскопического роста. Эти процессы также известны как. Образуются пунктуальные, кратерные или иглообразные впадины. . Обычно под коррозией понимается изменение материала, происходящего от поверхности стали химическими или электрохимическими атаками.
Причина возникновения МКК чаще всего - неправильно проведенная термическая обработка либо проведение технологических операций (сварки, гибки, штамповки) в опасном температурном интервале:
Кроме того, МКК может возникать при длительной эксплуатации оборудования при повышенных температурах, а также при неправильном выборе структурного класса стали или системы легирования для определенной коррозионной среды.
Полученные продукты окислительного окисления, которые могут быть распознаны окраской, называются ржавчиной. В нормальном случае определяется более или менее равномерное истирание поверхности стали, что всегда приводит к уменьшению веса. Как известно нам, высокое содержание легирующих металлов хром, никель и молибден повышают коррозионную стойкость аустенитных сталей таким образом, что можно говорить о кислотостойких сталях. Тем не менее, должно быть прямо указано, что нет кислотостойкой стали, которая устойчива к сильному уменьшению агрессивных агентов, таких как, Соляная, серная и серная кислоты.
В сварных соединениях МКК может возникнуть:
в зоне термического влияния (ЗТВ), где металл в процессе сварки нагревается в области опасных температур;
на границе наплавленного и основного металлов (так называемая ножевая коррозия);
в наплавленном металле.
МКК в металле зоны термического влияния и наплавленном металле в основном связана с нагревом в интервале температур в процессе сварки или эксплуатации сварных соединений при этих температурах. МКК наплавленного металла может быть вызвана замедленным охлаждением шва. Механизм МКК в металле ЗТВ и наплавленном металле аналогичен механизму МКК в основном металле после провоцирующего отпуска.
Сталь затем считается устойчивой к определенным кислотам, щелочам или солям, когда после испытания в одном из этих агентов она не подвергается какой-либо или очень небольшой потере веса в граммах на квадратный метр в час в течение определенного времени и при определенной температуре.
К сожалению, в случае коррозии на поверхности стали наблюдается равномерное ссадины, но локальная атака может также происходить в зависимости от внешнего вида. Таким образом, существуют различные типы коррозии. В случае коррозионностойких сталей различают следующие типы коррозии.
Ножевая коррозия (НК) является одним из видов МКК. Возникает в очень узкой зоне и наблюдается чаще всего в многослойных швах в результате нагрева до высоких температур, близких к солидусу, при первом проходе и нагреве до критических температур при последующих проходах и проявляется в окислительных средах.
Механизм НК в первом приближении аналогичен механизму МКК основного металла в окислительных средах, подвергнутого отпуску в критическом интервале температур после высокотемпературной закалки. Не исключено влияние на возникновение НК напряжений, возникающих при сварке.
Равномерное истирание по всей поверхности стали. Вывод: используемая сталь не выдерживает настоящую атаку. Точечная коррозия - локальная, частично только точечная коррозионная атака с большим эффектом глубины. Между атакуемыми областями могут быть области, которые не подвергаются нападению или уничтожению. В случае точечной коррозии происходит, таким образом, локальная активация в противном случае очень пассивной стальной поверхности. Когда активированные точки остаются активными, так что сталь полностью разрушается в этой точке.
Питания в основном обусловлена присутствием галогенсодержащих соединений, таких как хлор, бром и йод. Моносодержащие стали более устойчивы к точечной коррозии, чем хромоникелевые стали. Растрескивание под напряжением обычно инициируется хлоридсодержащими солевыми растворами или влажными соединениями хлора, влажной варочной солью, травильными ваннами и т.д. трещины в основном сильно разветвленные и проходят перпендикулярно направлению напряжения.
Наиболее правильным является выявление склонности к МКК путем испытания в реальных средах, однако, это практически невозможно в связи с многообразием коррозионноактивных сред и необходимостью весьма длительных испытаний.
Для ускоренной оценки склонности стали к МКК разработан ряд контрольных растворов, характеризуемых различными потенциалами. Основные методы контроля склонности стали к МКК в соответствии с ГОСТ 6032-84 - испытания в кипящих растворах сернокислой меди с добавками меди (методы AM и АМУ), фтористого натрия (метод АМУФ), серной кислоты сдобавками сернокислого железа (метод ВУ) и азотной кислоты (метод ДУ). Эти методы охватывают широкий диапазон потенциалов. Для коррозионно-стойких сталей (ГОСТ 5632-72 и ГОСТ 6032-84) указан конкретно метод испытаний.
Такая коррозия почти неизвестна для ферритных хромовых сталей. Контактная коррозия Если металлические материалы с различным электрохимическим поведением соединены металлически проводящим образом и подвергаются воздействию электролита, образуется гальванический элемент. Менее благородный металл становится анодом и переходит в раствор. Стали из коррозионностойкой и кислотостойкой стали обладают высоким потенциалом электродов в пассивном состоянии и не подвергаются воздействию при контакте с неблагородными металлами и сплавами, такими как медь, бронза, латунь или алюминий.
В зарубежной практике применяют аналогичные методы испытаний. В стандарте США ASTM А262-81 методам AM и АМУ ГОСТ 6632-84 соответствует метод Е, методу ВУ - метод В и методу ДУ - метод С (соответственно испытания но Штраусу, Стрейчеру и Ггои). Стандарт А262-81 предусматривает также испытание молибденосодержащих сталей в азотнофторидном растворе (метод Д) и метод А для предварительной оценки качества сталей путем кратковременного (не более 1,5 мин) электролитического травления в 10%-й щавелевой кислоте (плотность тока 1 А/см 2 , температура не выше 50°С). Этот метод пригоден только для хромоникелевых сталей без молибдена, испытываемых после провоцирующего нагрева.
Таким образом, допускаются резьбовые латунные фитинги на трубах из нержавеющей стали, при условии, что сама латунь является достаточно устойчивой к настоящей атаке. В присутствии восстановителей пассивность кислотостойкой стали может быть потеряна, час его электродный потенциал становится менее благородным. В этом случае эти стали могут подвергаться атакам с различным электрохимическим поведением. Поэтому рекомендуется всегда использовать материалы того же типа для соединительных элементов. Если это невозможно по соображениям конструкции, прямой контакт должен быть предотвращен изоляционным слоем.
Для определения склонности к МКК испытанию подвергают либо сварные образцы, либо, чаще, образцы после специальной термической обработки, провоцирующей возникновение МКК (провокация или сенсибилизация). Режим «провокации» зависит от структурного класса стали, и для стандартных методов испытаний и стандартных сталей указан в ГОСТ 6032-84. Для новых сталей метод контроля МКК выбирают с учетом окислительного потенциала среды, для которой предназначена сталь.
Коррозионное крекинг. Коррозионное крекинг известен как коррозия трещин, которая возникает под уплотнениями, на складчатых деталях из листового металла или в точках, которые связаны точечной сваркой. В этой коррозионной форме критерием является разрыв между двумя частями, изготовленными из одинаковых или разнородных материалов. Кислород, который постоянно требуется для формирования пассивного слоя на нержавеющих сталях, не имеет доступа к разрыву или только к недостаточному массовому доступу. В результате зоны зазоров могут легко активироваться и приводить к местной коррозии.
Надежную эксплуатацию оборудования из коррозионностойких сталей обеспечивают правильный выбор материала сварных соединений для условий работы и отсутствие нарушений технологических режимов при изготовлении и эксплуатации сварных конструкций. Для предупреждения возникновения склонности к МКК заблаговременно:
снижают содержание углерода (не более 0,03%) в стали и швах для эксплуатации при температуре до 350 °С;
выполняют стабилизацию карбидообразователями (легирование металла шва Ti, Nb, V) при эксплуатации оборудования при 550 °С;
создают двухфазную аустенито-ферритную структуру (легирование металла шва элементами ферритизаторами - до 22-25% Cr, Si и др.).
Коррозионное крекинг стимулируется хлорсодержащими средами. Вывод: даже при строительстве аппаратов и оборудования следует избегать вредных соединений и складок, насколько это возможно. Межкристаллическая коррозия или разложение зерна С ферритным и аустенитным качествами он может быть использован в случае перегрева, Например, в случае сварки может привести к структурным осаждениям в виде карбидов хрома. Эти карбиды хрома осаждаются на границах зерен структуры. Во время последующей химической атаки эти граничные области зерен становятся активными, а поверхности зерен остаются пассивными.
Стабилизированные стали следует применять в тех случаях, когда, наряду с коррозионной стойкостью, предъявляют требования к прочности, так как низкоуглеродистые стали имеют более низкую прочность. Одним из методом уменьшения склонности к МКК в некоторых средах является использование материалов повышенной чистоты. Из-за высокой стоимости их применение должно быть достаточно обосновано.
Таким образом, химическая атака продолжается вдоль границ зерен. Он запускает межкристаллит и в конечном итоге приводит к удалению микрогрейнов и поломке материала. Образование этих вредных карбидов хрома и, следовательно, истощение хрома стали происходит в течение определенного времени и в пределах определенного температурного интервала так называемой критической температурной зоны.
Чем больше углерода содержит сталь, тем быстрее происходит осаждение карбида хрома. Недостаток: их механические свойства несколько уменьшаются благодаря очень низкому содержанию углерода. Эти два легирующих элемента имеют гораздо большее сродство к углероду, чем металлический хром. Это приводит к тому, что, когда достигается критическая температурная зона, сразу же образуются карбиды титана или ниобия. Больше нет углерода для образования карбидов хрома.
Стойкость к МКК сварных соединений можно повысить, применяя высокую скорость охлаждения в области критических температур (500-600°С), принудительное охлаждение, ограничивая силу сварочного тока, используя ниточные валики.
Предупредить МКК можно термической обработкой (закалка и стабилизирующий отжиг), которая обеспечивает полное растворение карбидов хрома или уменьшает сегрегацию примесей по границам зерен. Для большинства аустенитных сталей обычно принят режим закалки, состоящий в быстром охлаждении (в масле, в воде или на воздухе) после нагрева при 1020-1060°С. Для низкоуглеродистых высоколегированных сталей, особенно с добавками бора, и для молибденосодержащих сталей, предназначенных для работы в окислительных средах, температура закалки должна быть повышена. Стабилизирующий отжиг проводят обычно в интервале 850-950°С при продолжительности 2-4 ч. Наиболее эффективен стабилизирующий отжиг для сталей с титаном или ниобием, так как происходит более полное связывание углерода стабилизирующими добавками, а также образование крупных разобщенных карбидов хрома. При последующем провоцирующем нагреве не происходит опасное образование пограничных карбидов, и МКК отсутствует. Стабилизирующий отжиг применим для повышения стойкости против МКК и нестабилизированных сталей, однако полное устранение склонности к МКК в этом случае невозможно из-за сохранения значительного пересыщения твердого раствора углеродом. При стабилизирующем отжиге могут повышаться прочностные свойства и снижаться пластичность стали, а также могут образовываться избыточные фазы (например, σ-фаза), снижающие стойкость, особенно в окислительных средах.
Коррозионное повреждение вызвано нежелательной реакцией материала с окружающей средой. Затем следуют концептуальные определения «коррозия», «явление коррозии» и «коррозионный ущерб». При одновременном наличии механических нагрузок может возникнуть растрескивание под напряжением и вибрация.
Коррозия происходит из-за следующих механизмов или из-за комбинаций этих механизмов
Примеры коррозионных испытаний
Исследование коррозионного повреждения металлических компонентов и материалов Характеристика характера, причины и следствия коррозионной атаки Анализ химического состава продуктов коррозии, покрытий и остатков Электрохимические коррозионные испытания с помощью потенциометрии, в лаборатории или также у заказчика на месте Корректирующие испытания для воспроизведения механизмов коррозии в лаборатории Анализ от коррозионно-инициирующих сред, Анализ воды в системах трубопроводов Испытания на коррозионную стойкость нержавеющих сталей. Межкристаллическая коррозия на алюминиевом профиле.Методы устранения МКК, указанные выше, применимы к тем средам, где МКК связана с образованием обедненных хромом приграничных зон. В ферритных сталях отжиг при 700-800°С способствует равномерному выделению карбидов хрома по всему зерну, ликвидирует преимущественное выделение карбидов хрома на границах зерен. При проведении отжига хромистых ферритных сталей необходимо иметь в виду, что в результате длительного нагрева при температуре отжига или в случае замедленного охлаждения при температурах ниже 500°С могут развиваться процессы охрупчивания в результате образования σ-фазы или 475-градусной хрупкости. Устранение МКК в аустенитных и аустенито-ферритных сталях закалкой при 950-1080 °С основано на полном растворении карбида Cr 23 C 6 . Верхняя температурная граница нагрева должна быть ниже температуры растворения специальных карбидов титана или ниобия и температуры интенсивного роста зерна.
Коррозионная атака на алюминиевый вентилятор. Нержавеющая сталь характеризуется долей более 10, 5% хрома, которая должна растворяться в аустенитном или ферритном смешанном кристалле. Из-за этого высокого содержания хрома на поверхности материала образуется защитный и плотный пассивный слой оксида хрома. Другие легирующие компоненты, такие как никель, молибден, марганец и ниобий, приводят к еще большей коррозионной стойкости или более благоприятным механическим свойствам. Поскольку хром дешевле никеля, более высокое содержание хрома является предпочтительным с меньшим содержанием никеля.
Источник - "Сварщик в Росии" 1(17)/09
