Межкристаллитная коррозия. Какие факторы определяют высокую стойкость «нержавейки» против коррозии? Определение стойкости к межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей

Межкристаллитная коррозия (МКК) считается одним из наиболее опасных вариантов разрушения металла из-за того, что в большинстве случаев ее невозможно определить визуально.

1

Под описываемым типом коррозии понимают разрушения металлов, наблюдаемые, как правило, вдоль границ кристаллов (иначе их называют зернами). Это приводит к тому, что материал теряет свои прочностные возможности и пластичность. МКК является разновидностью местной коррозии. Обычно она негативно воздействует на сплавы и металлы, склонные к пассивности. К таковым относят нержавеющие стали (хромистые и хромоникелевые), композиции на основе никеля, алюминия.

Сопротивление структур другим силам природы, таким как. землетрясения. Огонь и взрывы, вызванные коррозией на подземных линиях транспортировки газа, часто бывают частыми. предотвращаемые потери из-за коррозии. Однако возникающие в результате утечки в результате пожара и взрывов чаще всего вызываются третьими лицами. а не коррозией.

По этой причине необходимо изучать различные аспекты, такие как металлурги. термодинамический, физико-химический и экологический. Инженерия, Финансы, Юриспруденция и другие. В этом блоке анализируются различные типы коррозии и указываются процедуры, которые необходимо предпринять. чтобы свести к минимуму или избежать этого. В этом смысле делается попытка проанализировать. случаи Нефтегазовой и Нефтехимической промышленности, указывающие процедуры. и предоставление примеров.

Межкристаллитная коррозия обусловлена расслаиванием твердого раствора, что приводит к появлению по границам зерен особых фаз, в которых имеется чрезмерное количество того или иного элемента металлического сплава. При этом в зонах, прилегающих к границам кристаллов, объем такого элемента получается минимальным. Под влиянием определенной среды с агрессивными характеристиками на анодах отмечается растворение обедненных либо обогащенных участков.

В этом предмете мы рассмотрим межкристаллитную коррозию и. в целом, путем селективной атаки. Также изучается коррозия, вызванная эрозией. Примеры таких типов коррозии и коррозии также включены. способы минимизации или устранения. Межкристаллитная коррозия происходит из-за примесей или микросостояний. концентрируется в краях зерен и сопровождается образованием. гальванические микропилы, которые вызывают образование продуктов коррозии. пределы зерен, с серьезным ухудшением сопротивления материала. В результате материал разрушается и теряет свою внутреннюю когезионную прочность.

Межкристаллитная коррозия

По сути, МКК, как видно из описания ее механизма, является электрохимической реакцией, приводящей к быстрому разрушению металлических конструкций и изделий. Чаще всего подобное наблюдается в сплавах с большим содержанием хрома. В средах с высоким показателем окисленности описываемая нами коррозия обуславливается тем, что насыщенные фазы растворяются по избирательному принципу. В ситуациях, когда в фазах есть легирующие добавки (медь, ванадий, молибден, марганец, вольфрам), процесс растворения ускоряется.

Для случая аустенитных нержавеющих сталей теория общепринята. для межкристаллитной коррозии основано на обнищании хрома в. предел зерен. Хром добавляется к стали, чтобы сделать его стойким к коррозии в различных средах. обычно для получения нержавеющей стали добавляют более 10% хрома. Если количество хрома снижается ниже этой цифры, то из нержавеющей стали. приобретает сопротивление обычной стали. Когда карбид хрома удаляется из твердого раствора, площадь. рядом с ним остается пустым или с меньшим количеством хрома и на него нападает. коррозия.

Основные факторы МКК следующие:

высокая температура среды и период выдержки металла в ней;
наличие в сплаве легирующих добавок, которые склонны к перепассивации;
агрессивность эксплуатационной среды.

Межкристаллитное разрушение может иметь различную скорость. Она зависит от того, каким конкретно потенциалом располагает металл. Обычно ускорение протекания МКК фиксируется при далее указанных величинах: 0,35 В (потенциал так называемого активно-пассивного перемещения); от 1,15 до 1,25 В (транспассивная зона).

Межкристаллитная коррозия имеет селективный тип и предпочтительно имеет место в. пределы зерен некоторых сплавов: медь, хром, никель, алюминий и др. Это происходит, когда сварные швы, в которых используются эти материалы. совершать ненадлежащим образом или когда плохое обращение происходит с точки. тепла. По этой причине этот тип коррозии может появляться в любом месте. когда материал снова деформируется.

Наиболее приемлемый механизм сенсибилизации состоит из нескольких этапов. основными из которых являются:  Быстрая миграция углерода, присутствующего в зернах по направлению к. границы зерен.  Реакция хрома, присутствующего в окрестности границы зерен, с. избыток углерода путем диффузии, образует карбиды хрома, которых нет. растворимый в твердом теле. Коррозионная атака сосредоточена в непосредственной близости от границ зерен. ускоренное благоприятным соотношением площади, так как поверхность. зерна намного больше, чем соответствующие плохим материалам. характеристики коррозионной стойкости.

2

МКК сильно подвержены дюралюминиевые сплавы. Механизм их разрушения следующий. На границах кристаллов происходит выпадение CuAl2 – соединения интерметаллического типа. Оно разрушается, при этом наблюдается выделение водорода. На данном интерметаллиде нет предохраняющей пленки (из-за отсутствия в растворе окисляющего вещества), поэтому он растворяется достаточно быстро.

Аустенитная нержавеющая сталь, хотя ее можно сенсибилизировать от поставщика, как правило. сенсибилизирует в процессах сварки. Сварка газовым факелом более чувствительна к сенсибилизации, чем дуговая сварка. электрический. Чем дольше сварной шов, тем вероятнее, что он достигнет благоприятных условий. по этой причине электродуговая сварка меньше. чем пламя. Сварка образцов с межкристаллитной коррозией, видимая невооруженным глазом, но. не на самом сварном шве. Это явление известно как распад. сварки.

Сенсибилизированная нержавеющая сталь не прерывается во всех средах. коррозионное, но это условие, которого следует избегать, если материал нужен. использовать всю свою ценность, превышающую стоимость обычной стали. Самая высокая точка представляет контакт. между электродом и металлом, который является самой горячей точкой.

В большинстве случаев межкристаллитная коррозия дюралюминиевых изделий отмечается на участках, где имеются микроскопические поры и небольшие трещины. Реже разрушения начинаются в питтингах. Они образуются между границами кристаллов. В этом случае развитию коррозии способствует то, что внутри питтинга отмечается некоторое подкисление электролита. По указанным причинам дюралюминиевые изделия (как и многие иные сплавы на основе алюминия) желательно защищать от разрушения посредством уплотнения их структуры.

Между этой точкой и самой низкой точкой структура достигает температуры сенсибилизации. Толщина менее 3 мм, не подвергается сенсибилизации. Эти тесты ограничены и не обеспечивают большей степени безопасности в прогнозах, которые вытекают из него. Тест Хьюи заключается в экспонировании образца на действие 65% азотной кислоты. в течение пяти периодов по 48 часов каждый. Для электролитического испытания используется электролитическая ячейка; в котором электролит представляет собой раствор щавелевой кислоты, анод является желательной сталью. а катод может быть инертным материалом или нет.

МК дюралюминиевого изделия

Часто встречающейся разновидностью МКК является ножевая коррозия. Она отмечается на сварных соединениях. Ножевое разрушение считается локальным, оно протекает между швом и основным металлом. В большинстве случаев такому разрушению подвергаются сварные соединения: сплавов с высоким содержанием молибдена; металлических композиций, в которые добавлен титан; хромоникелевых высокоуглеродистых сталей.

Пропускание тока через ячейку в течение одной минуты, а затем проведение металлографического исследования металла. используемый в качестве анода, может определить наличие межгранульной атаки. Эти тесты имеют ускоренный тип и служат. сравнивать поведение, быть очень. трудно делать более точные вычисления. Несмотря на отсутствие универсальности эти эссе. очень полезно для поддержания контроля над используемым материалом; с тех пор. которые очень хорошо показывают изменение термической обработки и обеспечивают, чтобы. используемый материал является тем же или отличным от того, который всегда использовался.

При сварке таких сплавов происходит взаимодействие холодного и нагретого до 1300° металла. Карбиды титана либо хрома при этом растворяются в расплаве. Когда последний охлаждается, новых карбидов не образуется, в твердой фазе остается углерод, наблюдается выпадение карбидов хрома (в очень больших количествах). Если атмосфера, в которой происходят подобные процессы, является агрессивной, на узком участке сварного соединения на межкристаллитном уровне отмечается растворение (постепенное) элементов, входящих в сплав.

Используйте термическую обработку раствора при высоких температурах. Добавить стабилизирующие элементы карбидов, такие как колумбий. тантал и татаний. Эти элементы имеют большее сродство к карбиду, чем к. хром, препятствуют образованию и осаждению карбидов хрома. Используйте стали с очень низким содержанием углерода. Чем ниже содержание углерода, тем ниже вероятность. образование карбидов хрома. Указаны некоторые коррозионные среды, которые вызывают межкристаллитную атаку.

Добавление элемента, который может быть объединен с углеродом из стали, поэтому он не может. образуется карбид хрома. Таким образом, ниобий и титан добавляют в сплавах типа 347 и. 321 соответственно, тогда говорят, что они находятся в стабилизированном состоянии.

Ножевые разрушения можно предупредить такими методами:

избегать на околошовном участке чрезмерного нагрева при сварке;
использовать исключительно хромоникелевые композиции с небольшим содержанием углерода;
применять специальный отжиг (его называют стабилизирующим), при котором в твердый раствор переходят карбиды хрома.

3

Стойкость к МКК аустенитно-ферритных, аустенитных, аустенитно-мартенситных, ферритных и прочих коррозионностойких сталей, а также наплавленного металла и сварных соединений указанных сплавов определяется по ГОСТ 6032. На территории стран СНГ он действует с 2005 года.

Сегодня для проектирования и строительства трубопроводов и оборудования в промышленности. Нефть, правильный выбор материалов имеет первостепенное значение. В этом случае будут проанализированы сплавы угольной стали, которые, как правило, больше всего. используемых в производстве труб и оборудования для нефтяной промышленности. Однако есть и другие сплавы, важные для промышленности, такие как сплавы. из никеля, алюминия, меди, свинца, цинка и олова, которые рассматриваются. вкратце, по этой теме. Наконец, изучается важность других материалов. неметаллические металлы, широко используемые в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности, такие как.: Пластмасса, Цемент-Асбест, Керамика и Бетон. 2 Металлы и сплавы Наиболее широко используются сплавы из углеродистой стали. с учетом его низкой стоимости, простоты изготовления и. сопротивление.

В соответствии с этим стандартом существуют следующие методы испытаний на межкристаллитную коррозию:

АМУ. Анализы проводятся в присутствии меди (металлической) в растворе сернокислой меди и серной кислоты.
АМУФ. Методика, аналогичная первой, но она предполагает присутствие не только меди (металлической), но еще и фтористого калия либо натрия.
ВУ. Испытания в серной кислоте в присутствии окисного сернокислого железа.
ДУ. Образцы анализируются на стойкость к коррозии в азотной кислоте (65 %).

Некоторые из комбинаций металлов, которые. обеспечивают хорошую устойчивость к коррозии. 3 Оловянные сплавы Олово используется в качестве покрытия для других металлов. для его устойчивости к коррозии. Легко работать и сваривать. Он служит основой для органических покрытий, нетоксичен и имеет хороший внешний вид. Это почти в отсутствие окислителей.

Это уменьшает скорость межзеренной коррозии. Он увеличивает его сопротивление, но снижает его пластичность. Ферритные: они не затвердевают термической обработкой. Они обладают хорошей устойчивостью к нагреву и стойкостью к воздействию серы. Его устойчивость к высоким температурам ограничена. Аустенитная: немагнитная и без затвердевания путем термообработки. Элементом, образованным аустенитом, является никель. Он обладает лучшей устойчивостью к коррозии, высокой температуре и влажности. окисления всех групп, которые могут быть увеличены с содержанием.

Анализ образца на стойкость к коррозии в азотной кислоте

Кроме того, в некоторых случаях проводятся испытания в композиции, состоящей из цинкового порошка и серной кислоты. Также применяется методика травления (анодного) металлов в серной ингибированной кислоте. Далее мы рассмотрим все эти методики подробнее. Но сначала поговорим о том, как следует подготавливать образцы для проведения испытаний на стойкость к МКК. Заготовки для них вырезают из:

Закаленные путем старения: они затвердевают путем обработки. осадков. Его стойкость к коррозии ниже, чем у аустенитов в тяжелых условиях. 5 Никелевые сплавы Многие коррозионностойкие сплавы. основанный на никеле как базовом элементе, и сопротивление увеличивается как. увеличивает содержание никеля. Никель обычно обладает хорошей устойчивостью к нейтральным и слабокислым растворам. Он широко используется в пищевой промышленности. Они страдают от атак и охрупчивания в присутствии сернистых газов при высоких температурах, но в отсутствие их. увеличивает сопротивление.

осевой области сортового проката;
поверхностных участков листовой стали;
осевой области трубных заготовок и ;
тела либо напусков поковок;
осевой зоны металла сварного шва;
поверхностных участков наплавленного металла.

Заготовки должны иметь такие геометрические параметры, которые дают возможность подготовить нужное по условиям испытаний число образцов. Последние могут быть плоскими, кольцеобразными, сегментными, в виде патрубков, цилиндрическими. Образцы по ГОСТ делают из плакирующего слоя, но только после того, как с изделия полностью удаляется переходный и основной слои.

Как благородный металл 7 Цинковые сплавы Цинк - металл с низкой коррозионной стойкостью, но. используется как жертвенный анод в катодной защите углеродистой стали. Его сплавы имеют низкую температуру плавления и имеют ограниченное применение. Он по существу немагнитен в своем отожженном состоянии и может только затвердевать путем термообработки.

Уплотнения для высоких температур и компенсаторов.
Детали двигателя для космических ракет.
Кольца авиационного коллектора и различные выхлопные трубы.
Оборудование для химической промышленности.

Чуть труднее, чем нержавеющая сталь 304, этот материал будет производить те же самые жесткие микроволокна.

Нестабилизированные сплавы, в которых углерода имеется максимум 0,03 %, композиции с ниобием и титаном в качестве добавок, а также стабилизированные стали должны испытываться на заготовках, прошедших процедуру предварительного прогрева (профессионалы называют его провоцирующим). Конкретную методику испытаний выбирают по разным показателям. Обычно учитывается эксплуатационное назначение сплава и его химсостав.

Использование уменьшенных скоростей и постоянной и положительной подачи позволит свести к минимуму тенденцию к отверждению этого сплава. Никелевые сплавы обладают отличным сочетанием коррозионной стойкости, твердости, вязкости, металлургической стабильности, пригодности и свариваемости. Кроме того, они обладают исключительной теплостойкостью, что делает их идеальным выбором для применений, требующих химической стойкости и твердости при высоких температурах.

Никелевые сплавы представляют собой шаг выше обычных нержавеющих сталей и супераустенитных сплавов с точки зрения устойчивости к коррозии широким спектром кислот, щелочей и солей. Одним из грозных свойств никелевых сплавов является их исключительная стойкость к водным растворам, содержащим ионы галогенида. В этих средах никелевые сплавы намного превосходят аустенитные нержавеющие стали, которые более подвержены воздействию хлоридов и фторидов.

4

Межкристаллитная коррозия чаще всего поражает такие сплавы: 03Х17Н14М3, 03Х18Н12, 08Х21Н6М2Т, 08Х17Т, 06Х18Н11, 01Х25ТБЮ-ВИ, 08Х18Н10, 09Х16Н15М3Б, 15Х25Т, 12Х18Н12Т, 12Х18Н9, 10Х17Н13М3Т, 01-015Х18Т-ВИ, 03Х18Н11, 12Х18Н9Т, 03Х16Н15М3Б, 02Х24Н6М2 и некоторых других .

Изделия и конструкции из них анализируются на стойкость к межкристаллическому разрушению по методам АМУ и АМУФ. Эти методики являются по своей сути одинаковыми. Вторая представляет собой ускоренный вариант испытаний АМУ. Анализ образцов по таким технологиям заключается в погружении заготовок в подготовленные растворы (их состав мы указали выше) и выдерживании их в течение определенного времени.

Это лучшее коррозионное поведение никелевых сплавов проявляется не только в отношении меньших потерь материала, но также в улучшенной устойчивости к локальным атакам, коррозии питтинга или щели, интегральной атаке и коррозионному травлению. Эти формы локализованной атаки часто составляют большинство коррозионных сбоев в промышленности.

Никелевые сплавы обязаны своей особой стойкостью к коррозии с присущей им низкой реакционной способностью от никеля до железа. Дополнительным преимуществом никеля над железом является его способность к легированию другими элементами без образования фаз хрупкости. В этом смысле наиболее распространенным вкладом в сплавы, которые должны противостоять коррозии, являются включение хрома, молибдена и меди.

Погружение металла в раствор кислоты

После этого образцы вынимают и загибают на 85–95° либо в форме литеры Z. А затем устанавливают наличие коррозии при помощи лупы или по специальной металлографической технологии. Если при осмотре образцов под лупой (7–12-кратное увеличение) на заготовках не видно трещин, это означает, что изделия обладают требуемой стойкостью к межкристаллическому разрушению. Заметим – допускается наличие микротрещин на кромках заготовок.

Металлографическая методика применяется в ситуациях, когда образцы не могут изогнуть под требуемым углом из-за их малых геометрических параметров. При такой проверке вырезается шлиф длиной около 2 см из заготовки. Обратите внимание! Плоскость реза при этом по отношению к поверхности заготовки должна быть перпендикулярной. Затем шлиф протравливают и анализируют при 200-кратном увеличении (используется микроскоп).

Если на образце при подобной проверке отмечают разрушение границ кристаллов металла глубиной не более 30 мкм, заготовка считается стойкой к коррозии. В противном случае (глубина разрушений больше) говорят о склонности сплава к МКК.

5

Для проверки стойкости к МКК сталей 02Х25Н22АМ2, 03Х17Н14М3, 03Х18Н1102Х18Н11, 03Х24Н6АМ3 и 03Х18Н12 применяется метод ДУ. Анализ выполняется так:

обезжиривают образцы (используется растворитель органической природы), окунают их в дистиллированную воду, высушивают, производят взвешивание;
помещают обработанные заготовки в колбу из стекла с обратным холодильником (на дно емкости предварительно укладывают фарфоровые лодочки либо стеклянные бусы);
заливают образцы азотной кислотой (65 %), которая должна покрывать изделия на 1,5 см;
доводят раствор до кипения.

Общая длительность такой проверки составляет 5 циклов по 48 часов каждый. Все это время заготовки находятся в кислоте, которая равномерно кипит (без выделения окислов и выпаривания). Затем образцы вынимают и оценивают на склонность к коррозии по описанной ранее металлографической методике.

Металлическая заготовка в кислоте

Технология ВУ применяется для анализа изделий из сплавов ХН30МДБ, 06ХН28МДТ, 03Х21Н21М4ГБ и 03ХН28МДТ. При такой проверке образцы кипятят 48 часов в серной кислоте, а затем оценивают результаты по методу АМУ. Менее надежным аналогом технологии ВУ считаются испытания с применением цинкового порошка и серной кислоты (метод В). Образцы при этом анализе выдерживаются в кипящем растворе в течение 144 часов.

Нередко металлоизделия, которые проверяются на стойкость к МКК по технологиям АМУ и АМУФ, предварительно анализируют по методу Б. Он обычно используется для анализа деталей, сделанных гибкой, горячим штампованием либо сваркой из сплавов 12Х18Н12Т, 03Х18Н11, 08Х18Н10, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т, 12Х18Н9, 06Х18Н11, 12Х18Н10Т и 04Х18Н10.

Проверка по методу Б осуществляется на специальной установке, состоящей из катода (его функцию выполняет сосуд из свинца), источника тока (постоянного), реостата и амперметра. Добавим, что такой анализ не проводится для металла сварного соединения.

Важность исследований на стойкость к МКК заключаются не только в установлении долговечности эксплуатации изделий из той или иной марки стали, но еще и в точном определении механизма межкристаллитного разрушения. Поэтому таким испытаниям всегда уделяется повышенное внимание. Ведь они позволяют разрабатывать новые способы .

Сущность электрохимического процесса межкристаллитной коррозии заключается в возникновении и действии анодных участков гальванических пар на границах зерен стали. Анодное растворение металла на границах зерен а условиях электролита и вызывает межкристаллитное коррозионное разрушение.

Межкристаллитной коррозии подвергаются различные аустенитные и ферритные стали, цветные сплавы: дуралюмин, латунь и др., в которых происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением избыточной фазы по границам зерен.

Обобщения по межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей:

1. Хромоникелевая сталь аустенитного класса без стабилизирующих добавок имеет высокую коррозионную стойкость в закаленном состоянии, а также после холодной пластической деформации определенной степени. При замедленном охлаждении с температуры закалки или после сварки, а также после отпуска в интервале 500–750°С коррозионные свойства хромоникелевых аустенитных сталей очень сильно изменяются. Стали приобретают склонность к межкристаллитной коррозии. Склонность к межкристаллитной коррозии определяется содержанием углерода в стали. Установлено, что межкристаллитная коррозия в Cr-Ni стали не имеет места в том случае, когда содержание углерода в стали не превышает 0,02%. При содержании углерода около 0,06% сталь становится чувствительной к межкристаллитной коррозии. Дальнейшее повышение содержания углерода приводит к сильному увеличению склонности стали к межкристаллитной коррозии. В Cr-Ni сталях с 24% Ni межкристаллитная коррозия наблюдается даже при содержании 0,003% С.

2. Присадка титана, ниобия и тантала к нержавеющей стали оказывает положительное влияние: сталь становится нечувствительной к межкристаллитной коррозии. Полное отсутствие чувствительности к межкристаллитной коррозии у хромоникелевых сталей с присадками указанных элементов наблюдается только в том случае, когда содержание присаженного элемента находится в определенном отношении к углероду. Для титана это соотношение отвечает пяти–шестикратному, а для ниобия десяти–двенадцатикратному содержанию от количества углерода в стали.

3. Стали, имеющие после термической обработки крупное зерно, приобретают более высокую склонность к межкристаллитной коррозии, чем стали с мелким зерном.

4. В хромистых нержавеющих сталях ферритного и полуферритного класса межкристаллитная коррозия наблюдается только после быстрого охлаждения с высоких температур, а при медленном охлаждении или после дополнительного отпуска эти стали не подвержены межкристаллитной коррозии.

Причины межкристаллитной коррозии:

1) обеднение границ зерен хромом за счет выделения карбидов хрома;

2) выделением по границам зерен фаз, менее устойчивых в коррозионном отношении (анодные участки);

3) возникновением напряжений по границам зерен из-за выделения новых фаз с иным удельным объемом при распаде пересыщенного твердого раствора.