Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей: Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей

Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей: Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей – причины, методы борьбы

alexxlab | 04.04.1979 | 0 | Разное

Содержание

Межкристаллитная коррозия – это? Процессы коррозии аустенитных нержавеющих сталей

Сегодня известно, что коррозия может образовываться на любом изделии из металла. Некоторые из них могут сопротивляться губительному воздействию коррозии более длительный срок, чем другие.

Существуют различные виды коррозийных процессов. Одним из них является межкристаллическая коррозия – это электрохимический процесс разрушения металла по границе кристаллических зерен под воздействием окружающей среды. Разрушение металла под воздействием межкристаллической коррозии признано одним из самых опасных, так как процессы разрушения начинаются внутри материала, где они не видны человеческому глазу. Пока такое разрушение проявится на внешней поверхности, вся внутренняя часть может потерять свои эксплуатационные характеристики (прочность, устойчивость, деформативность) и привести к преждевременному, а главное, неожиданному разрушению всей конструкции целиком, что повлечет за собой аварийно-опасную ситуацию, способную причинить вред работающим вблизи людям.

Межкристаллическая решетка зачастую повреждает различные алюминиевые сплавы; стали содержащие больше 13% хрома; меди, никеля, легированные молибденом; аустенитные и нержавеющие стали и т.д.

Охрупчивание и межкристаллитная коррозия (МКК)

Межкристаллическая коррозия является электрохимической реакцией, которая протекает в среде с высоким окислительным показателем. По границе зерен образуется анод и катод, анод активно растворяется, что приводит к появлению неоднородных зон между зернами, их связь нарушается и материал утрачивает свои изначальные свойства.

Основные причины межкристаллитной коррозии:

Высокая внешняя температура.
Постоянно действующие на материал агрессивные среды, вызывающие межкристаллитную коррозию.
Состав сплава. При большом количестве легирующих добавок в составе сплава, некоторые его части могут переходить из пассивного состояния в активное и под действием внутренних процессов, ускоряется образование коррозии.

Потенциал металла определяет скорость протекания разрушения, вследствие коррозийных процессов. Важно понимать, что такое разрушение может протекать в различных местах одного и того же материала с разной скоростью. Самое быстрое развитие происходит при потенциале в 1.15-1.25В при входе в транс пассивную зону или при потенциале активно-пассивного перехода 0,35В.

Процесс охрупчивания (уменьшения зоны влияния) происходит в аустенитных материалах. Это явление – дефект, который может возникнуть при сварке элементов из этих материалов. Появляется он в силу перегрева места сварки и способствует росту зерен в материале, которые расположены рядом с зоной сплавления. Также процесс усугубляется тем, что в сварных соединениях аустенитных и ферритных металлов происходит выделение водорода возле границ зерен внутренней структуры.

Результат межкристаллитной коррозии

Сегодня используются некоторые способы, которые предупреждают процессы, описанные выше. Например, сплав перед сваркой, подвергается отпуску в течение 60-120 минут при температуре 150 градусов.

Также необходимо обезопасить поверхность изделия от попадания на нее брызг металла и шлака при сплавлении. Они могут стать причиной повышенной концентрации давлений в месте, куда упали, что приводит к уменьшению несущей способности конструкции, или в местах, где остался металл, может образоваться ржавчина. Для того, чтобы предупредить данные процессы, перед сваркой поверхность элемента обрабатывается кремнийорганическим лаком или грунтовкой.

Межкристаллитная коррозия аустенитных нержавеющих сталей

В первую очередь, стоит разобраться, что такое аустенитные стали. Аустенит – это раствор, в котором содержится до 2% углерода. К аустенитным относятся сплавы, в которых хром и никель содержаться в величинах 15% и 7%, а общее число легирующих компонентов не более 55% или сплав, в котором не менее 55% никеля.

Главной особенностью аустенитных металлов является их структурный рисунок, благодаря которому, они более устойчивы к воздействию коррозийных процессов в агрессивных средах. Поэтому такие сплавы нашли свое широкое применение в промышленном машиностроении, на нефтяных и химических производствах.

Нержавеющие стали достаточно чувствительны к увеличению содержания в сплаве серы и углерода и других соединений, которые являются легкоплавкими.

Какие факторы определяют высокую стойкость «нержавейки» против коррозии?

Нержавеющие стали показывают значительную антикоррозийную стойкость в связи со своими свойствами пассивации.

Свойство металла становится пассивным, зависит от содержания хрома в сплаве. Чем выше содержание хрома в сплаве, тем выше его антикоррозийная стойкость.

Еще одним важным элементом, который влияет на сопротивляемость коррозийным процессам, является углерод. Здесь ситуация обратно пропорциональна – чем больше углерода, тем меньше антикоррозийные свойства.

Главное, от чего зависит коррозионная стойкость нержавеющей стали – это структурный состав сплава. Чем более неоднородная структура материала, чем меньше содержание хрома, тем меньше сопротивляемость ржавлению.

На данный момент, доказано, что нержавейки стойки к образованию ржавчины в окислительных средах. В неокислительных водных средах, хром является неустойчивым и это приводит к его разрушению и значит к разрушению всего материала под действием межкристаллической коррозии металла.

Коррозия нержавеющей стали – как защититься от нее?

Снижение концентрации углерода в сплавах, так как углерод является элементом, способствующим развитию интеркристаллитной коррозии. К такому методу защиты прибегают крайне редко, так как стали сами по себе дорогостоящие, а углерод помогает снизить эту цену без потери эксплуатационных характеристик.
Для сталей, которые будут работать в обычных условиях и не будут подвержены высоким температурам, целесообразно использовать закалку.

Введение специальных добавок, таких как титан и тантал. Такие вещества стабилизируют количество углерода, не дают ему вступать в реакции, тем самым защищая от образования ржавчины.

Внимание! Наша компания производит антикоррозийную защиту металлоконструкций любой сложности: трубопроводы, резервуары, силосы.

Способ оценки стойкости против межкристаллитной коррозии сталей и сплавов. Испытания на межкристаллитную коррозию

Так как межкристаллитное разрушение признано наиболее опасным, то нержавеющие стали подвергаются обязательным испытаниям на способность сопротивляться коррозии. ГОСТ 603289 определяет нормы проведения данного исследования.

Данный стандарт распространяется на любые классы сталей: аустенитные, ферритные, аустенитно-ферритные и на железоникелевые сплавы.

Существует несколько методов испытаний на стойкость к межкристаллитной коррозии: ускоренные испытания, с использованием меди в растворе или с фтором в растворе.

Для каждого метода созданы свои образцы и конкретные данные для испытания. Самым распространенным является метод, при котором из листа металла вырезают образец, его подвергают механической обработке. При этом с одной из поверхностей удаляется верхний слой металла, участок обезжиривается и помещается в сернистый раствор меди и воды. Далее производится кипячение 1-2 суток. Время кипячения определяется исходя из вида и марки стали.

После этого металлический образец промывается водой и высушивается. Для испытания на стойкость к межкристаллитной коррозии на листе делается загиб на 90 градусов, на изделии появляются трещины. По этим трещинам и определяется наличие межкристаллитного разрушения.

Методы определения МКК определяются исходя из вида металла. Бывают такие методы:

АМУ – ускоренное испытание в растворе сернистой меди;

ВУ – исследование в растворе серной кислоты и сернокислого железа;

Б – проведение анодного травления в растворе серной кислоты и др.

Заключение

Как было отмечено даже «нержавеющие стали» подвержены образованию ржавчины в большей или меньшей степени. При изготовлении изделия, конструкции или отдельных элементов, необходимо учитывать в каких условиях он будет работать, требуемый срок эксплуатации и его свойства, чтобы на этапе изготовления, правильно подобрать сплав, который сможет эксплуатироваться долго и без ранних проявлений межкристаллической коррозии.

Межкристаллитная коррозия нержавеющей стали – методы эффективной защиты + Видео

При определенных условиях эксплуатации конструкции из нержавеющей стали подвергаются коррозии. Часто “нержавейку” поражает ее межкристаллитная разновидность, которая приводит к снижению прочности и пластичности металла.

1 Какие факторы определяют высокую стойкость «нержавейки» против коррозии?

Высокие антикоррозионные характеристики нержавеющих сталей обусловлены тем, что они пассивируются без особых проблем даже при стандартных атмосферных условиях – за счет кислорода в воздухе. Легкость этого процесса обеспечивается ключевым легирующим компонентом “нержавейки” – хромом. В окислительных средах при увеличении его содержания антикоррозионные возможности сталей значительно возрастают.

Пассивации “нержавейки” способствует (но в существенно меньшей степени) и никель. Снижается стойкость против коррозии при повышении объемов углерода в нержавеющих сплавах. Нивелировать воздействие углерода можно путем легирования “нержавейки” ниобием, медью, молибденом и рядом иных химических элементов. На стойкость описываемых сплавов против ржавления влияет и их структурное состояние.

Твердые растворы с никелем и хромом характеризуются максимальными антикоррозионными свойствами. Любые явления, которые приводят к повышению неоднородности структуры и снижению в твердом растворе количества хрома (формирование его интерметаллидов, нитридов и карбидов), резко уменьшают стойкость “нержавейки” против коррозионных разрушений.

Изделия из нержавеющих сталей имеют наибольший антикоррозионный потенциал в малоокислительных средах, наименьший – в сильнокислотных и неокислительных. Поэтому конструкции из них не рекомендуется эксплуатировать в растворах плавиковой, серной и соляной кислоты.

Пассивное состояние сталей, как принято считать сейчас, определяется формирующейся на их поверхности фазовой либо адсорбционной пленкой. На “нержавейке” создаются пленки адсорбционно-фазового типа. Причем образовываться они могут и при непосредственно погружении металла в раствор, и на воздухе (до того момента, как “нержавейка” попадает в раствор). Эти пленки пассивируют сталь в порах, а также выступают в роли катодов, которые реагирует на восстановительно-окислительные показатели раствора.

2 Особенности межкристаллитной коррозии «нержавейки»

Коррозия нержавеющих сталей межкристаллитного вида (МКК) происходит, когда границы зерен активны, а сами зерна пассивны. Обычно такое ржавление возникает в двух случаях:

когда термообработка “нержавейки” производится неправильно,
в месте сварного соединения (на небольшой дистанции от шва).

Границы и тело зерен имеют совершенно разные условия пассивации. Хром в объеме более 12 процентов содержится в теле зерна. За счет этого в твердом растворе последнее остается в пассивном состоянии. А вот на границах зерен формируются интерметаллиды и карбиды. В них хрома уже меньше 12 процентов, что приводит к малому уровню пассивации.

Межкристаллитная коррозия чаще всего поражает стали аустенитного класса. В них нет специальных легирующих добавок – ниобия и титана. Аустенитные нержавеющие стали особенно подвержены МКК после отпуска металла при 650 градусах.

А вот в “нержавейке” ферритного класса межкристаллитная коррозия активно образуется при нормализации либо закалке стали. Это обусловлено тем, что из твердого пересыщенного раствора образуются нитриды и карбиды хрома, содержащие железо.

Чувствительность “нержавейки” к коррозии межкристаллитного типа увеличивается с увеличением размера зерна. Также добавим, что наличие в нержавеющих легированных сталях кобальта, кремния и никеля приводит к повышению активности атомов углерода. Это становится причиной усиления межкристаллитной коррозии.

3 Способы предохранения «нержавейки» от МКК

Защита нержавеющих сплавов от межкристаллитной коррозии выполняется в настоящее время следующими методами:

Отжига (стабилизирующим) стали при температурах от 750 до 900 градусов. Эта методика продемонстрировала высокую эффективность при обработке ферритных сталей. В них за счет диффузии концентрация хрома выравнивается и по границам зерен, и по самому зерну.
Уменьшением содержания в сталях углерода. Исследования показали, что в ферритной и аустенитной “нержавейке” с углеродом до 0,03 процента МКК практически никогда не образуется.
Закалкой металла в воде. Такая защита обычно применяется для аустенитной нержавеющей стали. Она обеспечивает переход в твердый раствор карбидов хрома, которые располагаются на границах зерен.
Формированием аустенитно-ферритных двухфазных сплавов, которые к МКК проявляют крайне малую степень чувствительности.

Кроме того, защита “нержавейки” от описываемого вида коррозии производится при легировании ее образующими карбиды стабилизирующими компонентами. Для этих целей используется ниобий и титан, реже – тантал.

Принцип этой защиты базируется на том, что указанные элементы по своей природе более активно (по сравнению с хромом) формируют карбиды. Таким образом, по границам зерен образуются не карбиды хрома, вызывающие МКК, а соединения тантала, ниобия либо титана. При легировании важно добиться того, чтобы количество ниобия в сплаве было в 8–10 раз, а титана в 5 раз больше содержания углерода.

4 Ножевая и точечная коррозия «нержавейки»

Разновидностью МКК считается ножевая коррозия. Механизм ее образования идентичен тому, который вызывает межкристаллитные разрушения. Ножевое ржавление поражает нержавеющие стали в областях, которые находятся непосредственно возле сварного соединения (то есть примыкают к нему). Такой коррозии подвержены даже сплавы, прошедшие стабилизацию ниобием либо титаном.

Ножевые коррозионные проявления обусловлены полным переходом карбидов ниобия и титана при сварочных температурах более 1300 градусов в твердый раствор. Когда после сварки сталь охлаждается (процесс должен идти достаточно быстро), выделения этих карбидов не происходит, зато карбиды хрома сразу же появляются возле соединительных швов. Также ножевая коррозия активно развивается в сильноокислительных атмосферах, когда металл в перепассивированном состоянии.

Защита от ножевого ржавления выполняется такими способами:

выбор такого сварочного режима, при котором на пришовную зону не оказывают влияния высокие температуры;
уменьшение объемов углерода в “нержавейке”;
повышение (по сравнению с расчетным) содержания в сплаве ниобия или титана.

Под точечной коррозией принято понимать локализованное разрушение сталей, проявляющееся в виде отверстий на их поверхности. Это происходит из-за недостатка в определенной (как правило, небольшой по размерам) области кислорода. Данная ситуация приводит к тому, что эта область по своим свойствам становится анодной, а другая область, где кислород имеется в избытке, превращается в катодную. В результате наблюдается гальваническая коррозия в узколокализованной зоне, которая способна продвигаться с течением времени в глубинные слои стали.

Точечная коррозия нержавеющих сталей встречается очень часто в форме питтингов с существенными глубинами, но малым (до одного миллиметра) диаметром. Питтинги образуются из-за появления на “нержавейке” серы и других посторонних включений, а также при повреждении пассивного слоя на металле. Предотвратить точечное разрушение можно добавочным легированием стали никелем и молибденом.

5 Коротко о других видах коррозии нержавеющих сплавов

Нержавеющие стали аустенитного и мартенситного класса имеют высокую склонность к коррозии под напряжением. Причем эта склонность не устраняется внесением в сплавы ниобия либо титана. Данный вид разрушения возникает из-за того, что в неоднородных областях “нержавейки” (блочные структуры, границы зерен) появляются надрезы. В них уменьшается поляризуемость (анодная) и происходит значительная концентрация напряжений.

Коррозия под напряжением не страшна сталям, в которых имеется свыше 40 процентов никеля. Если же этот элемент содержится в сплаве в количестве от 9 до 14 процентов, “нержавейка” в большинстве случаев будет коррозировать под напряжением. При содержании никеля менее 9 процентов формируется аустенитно-ферритная композиция с двумя фазами, которая, как было отмечено, не подвержена ржавлению.

Для защиты “нержавейки” от коррозии под напряжением используются далее указанные методы:

отжиг (стабилизирующий) для аустенитных сплавов и отпуск (высокий) для мартенситных;
уменьшение напряжений, которые приложены к металлу извне;
формирование на поверхности стали напряжения сжатия посредством ее обработки на дробеструйном оборудовании;
добавка ферритообразующих компонентов.

В зонах появления зазоров малых размеров между изделием из нержавеющей стали и иным предметом (например, прокладка из резины либо уплотнительная деталь) может развиваться щелевая коррозия. Схема формирования такого разрушения следующая:

накопление хлорид-ионов и аналогичных им агрессивных микрочастиц в зазоре;
“выталкивание” из раствора атомов кислорода;
образование в зазоре анода, что через некоторое время приводит к увеличению кислотности.

Щелевая коррозия демонстрирует максимальную активность в нетекучих хлоридсодержащих атмосферах и в средах с повышенной кислотностью. Защититься от нее можно путем увеличения щелочности анодной зоны (катодная защита). Но намного более эффективным методом считается грамотное проектирование конструкций из нержавеющих сталей, которое просто-напросто не позволяет образовываться щелевой коррозии.

Межкристаллитная коррозия :: Дефекты стали

Описание. Межкристаллитная коррозия— селективная распространяющаяся по границам зерен коррозия нержавеющих аустенитных и ферритных сталей. В агрессивных коррозионных средах активизируется разъедание обедненных хромом зон вдоль границ зерен (за счет преимущественного выделения карбидов в этих объемах), в то время как необедненные хромом объемы (тело зерен) остаются пассивными. Процесс коррозии проходит вдоль границ зерен, что приводит к образованию глубоких трещин и межзеренному разрушению. В крайних случаях сталь может рассыпаться в порошок.

Предупреждение. При нагреве аустенитных хромоникелевых сталей выше 1000°С и последующей закалке ранее выделившиеся карбиды хрома растворяются. В этом состоянии межкристаллитная коррозия не наблюдается. Однако при последующем нагреве (сенсибилизации) сталь вновь оказывается склонной к межзеренному разрушению из-за межкристаллитной коррозии, так как карбиды хрома вновь выделяются по границам зерен. Снижение содержания углерода в стали. Для повышения стойкости против межзеренного разрушения в состоянии после сварки достаточно снизить содержание углерода ниже 0,07%, так как при сварке происходит лишь кратковременный нагрев в критической области температур. При длительной выдержке о области температур 450—850°С необходимо снижать содержание углерода ниже 0,03%. Добавка таких стабилизирующих карбиды элементов, как титан, ниобий и тантал. Эти элементы имеют большее сродство к углероду, чем хром, поэтому образуются стабильные карбиды (соблюдение заданного отношения концентрации титан — углерод является основным требованием при контроле нержавеющей стали в исходном состоянии). Стойкость стабилизированных сталей против межкристаллитной коррозии обеспечивается только тогда, когда не только титан, но и другие стабилизирующие элементы (ниобий, тантал) присутствуют в достаточном количестве (для связывания углерода и азота в стойкие соединения). Применение смазочных средств, свободных от углерода.

Устранение. Межкристаллитную коррозию устранить невозможно.

Металл, склонный к межкристаллитной коррозии, бракуют.

Металл, склонный к межкристаллитной коррозии, может быть использован в тех случаях, когда коррозионные условия (среда, температура) не приводят к межкристаллитному разъеданию.

Источник: Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М. “Металлургия”, 1979.

Что такое межкристаллитная коррозия, и как бороться с этим явлением?

Каждый специалист, занимающийся сваркой высоколегированных хромоникелевых сталей, на практике сталкивался с таким явлением, как «межкристаллитная коррозия».

Межкристаллитная коррозия (МКК) — это распространяющаяся по границам зерен коррозия нержавеющих аустенитных и ферритных сталей типа 03Х18Н11, 03Х17Н14М3, 20Х23Н13 вследствие образования карбидов хрома по границам зерен и обеднения хромом прилегающих объемов.

Межкристаллитная (структурная) коррозия сварного соединения чаще всего возникает в основном металле вблизи сварного шва, а также по месту сплавления основного металла с наплавленным и в наплавленном металле.

В чем заключается опасность данного процесса? Коррозия проходит вдоль границ зерен, что приводит к образованию глубоких трещин и межзеренному разрушению. А это уже, согласитесь, нарушение целостности изделия, то есть «производственный брак», который не подлежит дальнейшему использованию и влечет за собой производственные затраты.

Для предотвращения межкристаллитной коррозии шва предпринимают следующие действия:

снижение содержания углерода менее предела его растворимости в аустенитной фазе;
добавление титана и ниобия;
дополнительное увеличение концентрации хрома;
введение молибдена, который замедляет процесс выделения карбидов хрома.

Во избежание лишних затрат в борьбе с межкристаллитной коррозией достаточно подобрать качественный сварочный материал.

Линейка сварочных коррозионностойких материалов HYUNDAI WELDING для сварки нержавеющих сталей поможет вам в соблюдении данных условий и позволит получить сварной шов, обладающий высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

Сварочная проволока и прутки марок SMT-308LSi, 309LSi, 316LSi, 347Si за счет незначительного содержания углерода позволяют снизить риск образования МКК, а наличие кремния дает более стабильное горение дуги и улучшает формирование шва.

Электроды S-308L.16N, 309L.16, 316L.16.N и 347.16 — универсальные электроды рутилового типа с самоотделяющимся шлаком, которые придадут вашему шву свойства коррозионной стойкости и теплоустойчивости при высоких температурах.

Наличие разрешающей документации (аттестация НАКС, сертификат качества и др.) гарантирует вам высокое качество сварных швов.

Специалисты компании «ДельтаСвар» готовы дать профессиональную консультацию по подбору необходимой марки сварочного материала именно для вашей стали. Данная продукция всегда в наличии на складе ООО «ДельтаСвар»!

За дополнительной информацией обращайтесь в ООО «ДельтаСвар».

Телефон: +7 (343) 384-71-72

Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 620.196.2:669.14.018.8

МЕЖКРИСТАЛЛИТНАЯ КОРРОЗИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

О.В. Каспарова, докт. хим. наук (ФГУП ГНЦ РФ Научно-исследовательский физико-химический

институт им. Л.Я. Карпова, e-mail:[email protected])

Обобщены наиболее важные экспериментальные данные, касающиеся развития теории межкристаллитной коррозии (МКК) нержавеющих сталей в НИФХИ им. Л.Я. Карпова. Основное внимание уделено принципиально новым представлениям о механизме МКК.

Ключевые слова: межкристаллитная коррозия, нержавеющая сталь, механизм, структура, сегрегация, избыточная фаза, раствор, потенциал, обедненная хромом пограничная зона.

Intergranular Corrosion of Stainless Steels. O.V. Kasparova.

The most important experimental data concerning development of the theory of intergranular corrosion (IGC) of stainless steels are integrated in L.Ya. Karpov NIFKhl Research Institute. Much prominence is given to quite new khowledge of IGC mechanism.

Key words: intergranular corrosion, stainless steel, mechanism, structure, segregation, second phase, solution, potential, grain-boundary chromium-depleted zone.

Межкристаллитная коррозия (МКК), как один из видов локального коррозионного разрушения нержавеющих сталей, вызвана нарушением пассивного состояния границ зерен и в кислых средах развивается при потенциалах, отвечающих областям активно-пассивного перехода и перепассивации [1]. Развитие МКК в нержавеющих сталях зависит, с одной стороны, от их химического и фазового состава и структуры, а с другой – от свойств агрессивной среды и условий ее воздействия.

В большинстве случаев МКК возникает в сталях, содержащих избыточные фазы по границам зерен в виде непрерывной или почти непрерывной цепочки. Под действием агрессивной среды избирательно растворяются либо сами фазы, либо пограничные участки твердого раствора измененного химического состава, непосредственно прилегающие к ним. При этом селективное растворение затрагивает менее устойчивую (в электрохимическом отношении) составляющую межкристаллитной зоны.

Примечательно, что иногда МКК развивается и в сталях промышленной чистоты, границы зерен которых свободны от выделений, но отличаются по своему химическому соста-

ву от остальной части кристаллита [2, 3]. В этом случае необходимым условием проявления МКК является сегрегация примесных элементов по границам зерен (т.е. в дефектных участках кристаллической решетки) [4].

Механизм МКК нержавеющих сталей достаточно сложен, а в некоторых случаях до конца не ясен и экспериментально не обоснован. Очевидно, однако, что он (при прочих равных условиях) во многом определяется электродным потенциалом.

Однофазные стали

Развитие МКК в однофазных нержавеющих сталях инициируют примеси фосфора и кремния, а также микродобавки бора [3, 511]. Все три элемента сегрегируются по границам зерен а- и у-Ре. Эффект проявляется, как правило, в сильноокислительных средах (т.е. при потенциалах, соответствующих области перепассивации). Существенно, что характер влияния этих элементов на стойкость границ зерен не зависит от способа достижения потенциала (путем введения в раствор окислителя или посредством анодной поляризации).

Как видно из табл. 1, с увеличением содержания бора, фосфора и кремния в

Таблица 1

Скорость коррозии (К) закаленной стали Х20Н20 в кипящем растворе 27 % Н1Ч03+40 г/л Сг (VI)

Плавка Содержание элементов, % мас. К за один (24 ч) цикл, г/м2-ч

Б1 Р В I II III IV

1 0,01 <0,002 6,3 7,5 8,5 7,6

2 0,01 <0,002 <0,001 11,6 32,6

3 0,08 <0,002 0,001 31,7 38,5

4 0,02 <0,002 0,005 39,4 49,4

5 0,01 0,010 7,3 8,8 9,0 9,2

6 0,05 0,015 7,2 12,6 15,2 16,0

7 0,01 0,030 9,5 15,5 22,3 25,4

8 0,09 <0,002 6,9 7,4 7,6 9,4

9 0,35 <0,002 6,3 8,7 10,2 14,8

10 0,59 <0,002 6,8 11,7 13,1 18,5

закаленной стали Х20Н20 скорость коррозии в растворе НЫ03+Сг (VI) возрастает, что связано с развитием МКК. Самое неблагоприятное влияние на стойкость границ зерен оказывает бор, который является модифицирующей микродобавкой, вводимой в нержавеющие стали с целью повышения их технологичности при горячей обработке давлением [6, 7].

Логично было предположить, что неблагоприятное влияние примесных сегрегаций на стойкость границ зерен можно устранить путем легирования стали элементами, способствующими образованию на их поверхности защитных (пассивирующих) пленок или введением в раствор добавок, оказывающих ингибирующее действие на коррозию. Эксперимент подтвердил правильность высказанных соображений.

Впервые показано, что легирование фосфор- и борсодержащих сталей типа Х20Н20 кремнием в количестве не менее ~2-3 % полностью устраняет их склонность к МКК в сильноокислительных средах [5]. Изменение характера растворения этих сталей от меж-кристаллитного к равномерному сопровождается резким снижением скорости коррозии.) может оказывать сильное ингибирующее действие на коррозию хромоникелевых нержавеющих сталей [12]. Наибольшее снижение

скорости коррозии (при прочих равных условиях) достигается при их совместном присутствии в сильноокислительной среде. Ингиби-рующий эффект резко возрастает с увеличением содержания хрома в сталях и слабо зависит от содержания никеля. Для высокохромистых сталей ингибирующий эффект от совместно введенных в раствор добавок фосфата и фторида в оптимальных концентрациях намного превышает сумму индивидуальных эффектов каждой добавки, т.е. является синергетическим. В этом случае наблюдаемое резкое снижение скорости коррозии связано с преимущественным торможением катодного процесса. При этом потенциал свободной коррозии сталей смещается из области перепассивации в пассивную область. Следует, однако, иметь в виду, что введение добавок фторида в раствор (в том числе на фоне фосфата) приводит к увеличению (а не снижению) скорости коррозии низкохромистых сталей типа Х9Н20 вследствие резкого ускорения анодного процесса.

С помощью сканирующей электронной микроскопии показано, что фосфат и фторид, совместно введенные в раствор НЫ03+Сг (VI), подавляют вредное влияние сегрегаций фосфора и бора на стойкость границ зерен закаленной стали Х20Н20, а также ингибиру-ют ее равномерную коррозию (рис. 1).

В [9] предложен механизм МКК нержавеющих сталей, впервые учитывающий важную роль в этом процессе изменения элек-

Рис. 1. Состояние поверхности (х300) закаленной стали Х20Н20 после 48 ч коррозионных испытаний в кипящем растворе 27 % HN03+40 г/л Сг (VI) без добавок (а, в) и с добавками 0,2 моль/л KF+1,0 моль/л КН2Р04 (б, г). Содержание примесей в стали:

а, б – 0,003 % С, 0,097 % Р, 0,08 % 31; в, г – 0,006 % С, 0,002 % Р, 0,10 % Б1, 0,010 % В

тронной структуры границ зерен под действием сегрегированных в межкристаллит-ных зонах примесных элементов более электроотрицательных (Р, В и др.), чем основные компоненты сталей (Ре, Сг, Ы1). Суть этих изменений сводится к переносу части отрицательного заряда на примесные атомы, что должно способствовать усилению хемосорб-ционного взаимодействия поверхностных атомов металла, находящихся на границе зерна, с анионами агрессивной среды. В сильноокислительных средах это должно облегчать перепассивацию границ зерен. В слабоокислительных средах (т.е. при потенциалах, соответствующих переходу сталей из активного состояния в пассивное) высокая стойкость границ зерен закаленных сталей, содержащих примесные элементы, по-видимому, обусловлена усилением хемосорбци-онного взаимодействия атомов металла с пассивирующим кислородом воды. К сожалению, данных о влиянии примесных элементов на электронную структуру границ зерен даже чистого железа пока еще слишком мало.

Стали, содержащие избыточные фазы

Отпуск закаленных аустенитных нержавеющих сталей (АНС) в интервале температур -450-900 °С вызывает распад у-твердого раствора с выделением различных избыточных фаз [1, 13-17]. Основной избыточной фазой в хромоникелевых АНС являются карбиды на основе хрома типа Сг23С6 переменного состава, в металлическую составляющую которых входят также железо и никель. Углерод в элементарной ячейке карбида может быть частично замещен бором и азотом.

Отпуск АНС при температуре ниже ~700 °С приводит к образованию обедненных хромом пограничных зон вблизи избыточных фаз, богатых хромом [1]. Степень обеднения хромом таких зон во многом зависит от температуры и времени отпуска, природы и концентрации содержащихся в сталях легирующих и примесных элементов (т.е. от факторов, оказывающих влияние на процесс распада аус-тенита). Ширина обедненных хромом зон составляет несколько десятков-сотен нанометров.

К настоящему времени экспериментально доказано, что в кислых средах при потенциалах, соответствующих переходу нержавеющих сталей из активного состояния в пассивное и концу пассивной области – началу перепассивации, обедненные хромом пограничные зоны избирательно растворяются, внося решающий (если не единственный) вклад а развитие МКК [9]. Сказанное подтверждают данные анализа продуктов растворения сталей с помощью разработанных в НИФХИ им. Л.Я. Карпова высокочувствительных радиохимических методов. Предел обнаружения хрома и железа в растворе (при выбранном режиме облучения потоком тепловых нейтронов мощностью 3-1013 н/см2-с в течение 100 ч) составлял 5-10-9 и 3,5-10-6 г соответственно.

Показано, что введение легирующих добавок кремния в АНС может значительно улучшать пассивируемость обедненных хромом пограничных зон (вплоть до полного подавления их избирательного растворения) при потенциалах, соответствующих области активно-пассивного перехода [15, 17-20].

Однако в области активно-пассивного перехода кремний может не только повышать, но и снижать стойкость этих зон [15, 17-20]. В [15] впервые дано объяснение неоднозначности такого эффекта. Она связана с тем, что кремний, с одной стороны, ускоряет процесс выделения карбидов хрома по границам зерен и тем самым приводит к более быстрому образованию обедненных хромом пограничных зон (фактор, способствующий развитию МКК), а с другой – облегчает пассивируе-мость зон в области активно-пассивного перехода (фактор, способствующий повышению стойкости границ зерен). Результирующий эффект зависит о того, какой из этих двух факторов окажется преобладающим.

Впервые обнаружено, что при потенциалах конца пассивной области – начала перепассивации (именно там, где устанавливаются потенциалы коррозии исследованных сталей в растворах азотной кислоты) примеси фосфора и углерода, совместно присутствующие в сталях типа Х20Н20 и Х18Н11, могут многократно усиливать неблагоприятное влияние друг друга на стойкость границ зерен [14, 21, 22]. Синергетический эффект проявляется лишь при наличии в сталях обедненных хромом пограничных зон и возрастает с увеличением степени обеднения. С применением методов у-опектрометрии и атомно-абсорбционной спектрофотометрии обоснована природа наблюдаемых эффектов синергизма [2].

Экспериментально установлено, что в азотнокислых средах, обедненные хромом, пограничные зоны могут быть ответственны за синергетическое усиление МКК и в АНС, содержащих совместно примеси углерода и легирующие добавки кремния [9, 15, 16, 23]. Синергизм во многом связан с ухудшением под действием кремния пассивируемости обедненных хромом пограничных зон, а также с увеличением под действием кремния термодинамической активности углерода.

В сталях с углеродом и кремнием синергизм проявляется не только на границе пассивной-транспассивной областей (как это имеет место в сталях с С и Р), но и в области перепассивации. Последнее означает, что в отпущенных высококремнистых сталях избирательное

растворение обедненных хромом пограничных зон вносит существенный вклад в развитие МКК даже в растворе НЫ03+Сг (VI) [16]. При этом вклад самих избыточных фаз (легированных кремнием карбидов на основе хрома) в избирательное растворение границ зерен относительно мал.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что во многих случаях депассивация обедненных хромом пограничных зон играет решающую роль в развитии МКК.-Б! [18, 20, 2426]. С увеличением содержания хрома в сплавах изомерный (химический) сдвиг 8 становится отрицательнее, что свидетельствует об увеличении под действием хрома электронной плотности, создаваемой э-электрона-ми, у ядер 57Рв. На основе данных мессбауэровской спектроскопии сделано заключение, что обедненные хромом пограничные зоны по своей электронной структуре должны отличаться от тела кристаллита [27]. По всей вероятности, именно это и является основной причиной их избирательного растворения в целом ряде высокоагрессивных сред (особенно в слабоокислительных и окислительных средах умеренной силы).

Согласно данным мессбауэровской спектроскопии, легированием кремнием сплавов систем Рв-Сг и Рв-Сг-М делает изомерный сдвиг 8 менее отрицательным (т.е. уменьшает зарядовую плотность на ядрах железа) (табл. 2) [18-20, 26]. Иными словами, кремний, будучи типичным эр-элементом, проявляет акцепторные свойства по отношению к электронам железа. Уменьшение кремнием зарядовой плотности на ядрах 57Рв должно облегчать хемосорбционное взаимодействие поверхностных атомов железа с компонентами среды и тем самым способствовать облегчению пассивируемости в области активно-пассивного перехода и ускорению растворения в области перепассивации (т.е. в условиях нарушения пассивного состояния), что и наблюдается в действительности.

Таблица 2

Влияние кремния на параметры мессбауэровских спектров закаленных АНС

Синглет Дублет

Плавка Cr, % мас. Si, % мас. S1, мм/с S1, % S2, мм/с S2, %

1 19,9 0,09 -0,10 31 -0,10 69

2 21,9 3,37 -0,06 33 -0,05 67

3 19,3 4,80 -0,05 35 -0,03 65

4Р 19,4 0,13 -0,09 49 -0,09 51

5Р 19,4 1,80 -0,06 42 -0,06 58

6Р 19,0 5,40 -0,02 42 -0,02 58

7В 19,2 0,85 -0,10 67 -0,08 33

8В 19,2 4,89 -0,05 32 -0,04 68

9 8,8 0,08 -0,073 50 -0,070 50

10 8,3 6,00 -0,005 50 -0,010 50

П р и м е ч а н и е. 51 и S2 – изомерный (химический) сдвиг синглета и дублета относительно a-Fe; S1 и S2 –

доли площади синглета и дублета в общем спектре. Содержание N в сталях ~20 % мас. Плавки 4Р-6Р содержат ~0,1 % Р, плавки 7В и 8В – 0,020 % В.

В сильноокислительных средах и при потенциалах, соответствующих этим средам, обогащенные хромом избыточные фазы, как правило, селективно растворяются, что приводит к развитию МКК. Существенно, однако, что в этих средах фосфор и бор, сегрегированные по границам зерен АНС, могут снижать их стойкость даже сильнее, чем выделившиеся в межкристаллитных зонах в виде непрерывной цепочки карбиды, бориды и карбобори-ды на основе хрома [9].

С помощью метода трековой авторадиографии, впервые примененного для решения задач коррозионных исследований, была оценена устойчивость бори азотсодержащих избыточных фаз (как важнейшая характеристика МКК) в различных областях потенциала [28-32]. Трековая авторадиография бора и азота основана на способности высокополимерных детекторов фиксировать следы заряженных частиц (а-частицы, протоны), являющихся продуктами радиоактивного распада изотопов 10В(п, а)7и и 14Ы(п, р)14С. Пределы обнаружения бора и азота этим методом составляют соответственно ~10-4 и ~10-2 % мас. Разрешающая способность в обоих случаях ~2 мкм.

С применением трековой авторадиографии (в сочетании с рентгеновским фазовым анализом, световой и сканирующей электронной микроскопией) установлено, что выделение избыточных фаз типа Сг23 (С, В)6, Сг23 (С, Ы)6 и Сг2В в АНС приводит к повышенной плотности треков по границам зерен (рис. 2) [28-32]. Данные свидетельствуют об обогащении гра-

Рис. 2. Микроструктура (а) и авторадиограмма (б) одного и того же участка образца (х500) стали Х20Н20 с 0,010 % В, отпущенной при 650 °С в течение 10 ч

ниц зерен бором и азотом. В закаленном состоянии стали с бором и азотом подвергаются равномерному растворению в области активно-пассивного перехода (рис. 3, а), а в отпущенном состоянии становятся склонными к МКК (рис. 3, б и 3, в). Как и следовало ожидать из результатов анализа продуктов

Рис. 3. Состояние поверхности (а-в) и авторадиограмма (г) азотсодержащей стали Х20Н20 после 5 ч анодного травления в растворе 1 н НС104+0,25 н ЫоС1 (г=22 “С) при Е=0,1 В (н.в.э.):

а – закалка; б-г – отпуск 650 °С, 100 ч; а, б – х300; в, г – х500

растворения сталей, в этой области потенциала бор- и азотсодержащие фазы относительно электрохимически устойчивы. В этом случае повышенная плотность треков сохраняется по границам зерен и в местах их выкрашивания, представляющих собой межкристаллитную поверхность (см. рис. 3, в и 3, г). В то же время в области перепассивации эти фазы избирательно растворяются (полностью или частично в зависимости от потенциала) (рис. 4). Полученные эксперименталь-

Рис. 4. Авторадиограммы (х500) стали Х20Н20 с 0,010 % В, отпущенной при 650 °С в течение 100 ч, до (а) и после (б) 5 ч анодного травления в растворе 1 н Н2Б04 (Ь=40 “С) при Е=1,28 В

(н.в.э.) 2 4

ные данные позволили интерпретировать различный характер влияния этих фаз на МКК нержавеющих сталей в слабо- и сильноокислительных средах [28-32].

Заключение

Совокупность экспериментальных данных, полученных с помощью современных методов исследования [у-спект-рометрии, ядерной у-резонансной (мес-сбауэровской)спектроскопии,рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, трековой авторадиографии, сканирующей электронной микроскопии и др.] не оставляет сомнений, что основной причиной МКК нержавеющих сталей является химическая, структурная и фазовая неоднородность границ зерен. Центральное место в этой проблеме продолжает занимать вопрос о механизме МКК. Дальнейшее развитие теории МКК однофазных сталей должно, по всей вероятности, проходить в направлении выявления взаимосвязи между природой примесного сегреганта, электронным строением границ зерен и их стойкостью. Что же касается сталей, содержащих избыточные фазы, то в этом случае следует уделить первостепенное внимание получению информации об электронной структуре пограничных участков твердого раствора измененного химического состава, непосредственно прилегающих к избыточным фазам. На основе накопленных экспериментальных результатов можно заключить, что именно они (а не сами избыточные фазы) во многих случаях играют решающую роль в развитии МКК.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каспарова О. В .//Защита металлов. 1998. Т. 34. № 6. С. 585.

2. Колотыркин Я.М., Каспарова О.В.//Ито-ги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии. Т. 6. – М.: ВИНИТИ, 1978. С. 180.

3. Каспарова О. В .//Защита металлов. 1988. Т. 24. № 6. С. 899.

4. Каспарова О.В., Колотыркин Я.М.//Ито-ги науки и техники. Сер. Коррозия и за-

щита от коррозии. Т. 8. – М.: ВИНИТИ, 1981. C. 51.

5. Каспарова О.В., Боголюбский С.Д., Колотыр-

кин Я.М. и др.//Защита металлов. 1982. Т. 18. № 3. С. 336.

6. Каспарова О.В., Боголюбский С.Д., Колотыр-кин Я.М., Мильман В.М.//Защита металлов. 1984. Т. 20. № 6. C. 844.

7. Kolotyrkin Ya.M., Kasparova O.V., Bogolub-ski S.D.//Int. Congr. on Met. Corros. Canada. Toronto.//Защита металлов. 1990. Т. 26. № 1. C. 108.

12. Каспарова О.В.//Защита металлов. 1995. Т. 31. № 4. C. 346.

13. Каспарова О .В., Колотыркин Я .М., Мильман В.М.//Защита металлов. 1986. Т. 22. № 3. С. 339.

14. Мильман В.М., Каспарова О.В., Боголюбский С.Д.//Защита металлов. 1990. Т. 26. № 2. C. 208.

15. Каспарова О.В., Мильман В.М., Костроми-

на С.В.//Защита металлов. 1991. Т. 27. № 1. C. 55.

16. Каспарова О .В., Мильман В.М., Колотыркин Я.М.//Защита металлов. 1991. Т. 27. № 3. C. 355.

17. Мильман В.М., Каспарова О.В.//Защита металлов. 1991. Т. 27. № 5. C. 743.

18. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В., Кочетов Г.А.

//Защита металлов. 2002. Т. 38. № 2. C. 203.

19. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В.//Защита металлов. 2002. Т. 38. W 5. C. 4б3.

20. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В., Солома-тин А. С., Хохлов Н. И.//Защита металлов. 2003. Т. 39. W 5. C. 478.

21. Каспарова О.В.//Защита металлов. 1995. Т. 31. W 3. C. 239.

22. Лозовацкая Л.П., Кожевникова Н.А., Каспарова О.В. и др.//Защита металлов. 1988. Т. 24. W 4. C. 559.

23. Каспарова О.В.//Защита металлов. 2004. Т. 40. W 5. C. 475.

24. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В., Солома-тин А.С.//Защита металлов. 2005. Т. 41. W 2. C. 127.

25. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В., Потапова Г.Ф., Аносова М.О.//Физикохимия поверхности и защита материалов. 2009. Т. 45. W 4. C. 371.

26. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В., Аносова М.О.//Физикохимия поверхности и защита материалов. 2008. Т. 44. W б. C. б31.

27. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В.//Защита металлов. 2007. Т. 43. W 3. C. 25б.

28. Каспарова О.В., Колотыркин Я.М., Дембров-ский А.М. и др.//Защита металлов. 1983. Т. 19. W 1. C. 24.

29. Каспарова О.В., Мильман В.М., Хохлов Н.И.

//Защита металлов. 1985. Т. 21. W 5. C. 899.

30. Kasparova G.V., Kolotyrkin Ya.M., Milman V.M., Khokhlov N.I.//The fourth Japan-USSR Corros. Seminar Extend Abstract. üctober 22-25. 1985. – Tokyo: Japan Soc. Corros. Eng. P. 182.

31. Kasparova G.V., Milman V.M., Khokhlov N.I., Kolotyrkin Ya.M.//10 th Int. Congr. on Met. Corros. Masras. Nov. 7-11. 1987. V. 3. – New Dwlhi etc. 1987. P. 1891.

32. Каспарова О.В.//Коррозия: материалы, защита. 200б. W 7. C. 43.

Межкристаллитная коррозия причины возникновения – Справочник химика 21

Межкристаллитная коррозия (МКК) и ее разновидность — ножевая коррозия — локальные виды разрушения металла преимущественно по границам зерен, приводящего к ослаблению связи между ними, возникновению трещин и в результате — хрупкому разрушению металла. Локальное разрушение вызывается двумя причинами [c.49]

Влияние серы. Содержание серы в железоуглеродистых сталях не должно превышать 0,01—0,05%. Сера является вредной примесью, поскольку сера с железом и марганцем образует сульфиды, которые выделяются в виде отдельных фаз. Пленка, образующаяся на металле из сернистых включений, обладает худшими защитными свойствами. При соприкосновении с кислыми растворами сульфиды разрушаются, что является причиной возникновения в углеродистых сталях межкристаллитной коррозии. [c.9]

Сульфиды, как полагают, выкристаллизовываются по границам зерен феррита и являются причиной возникновения в углеродистых сталях межкристаллитной коррозии. [c.182]

Анализируя причины возникновения межкристаллитной коррозии, можно прийти к выводу о существовании двух типов разрушения этого вида. Первый тип характерен для восстановительной и слабоокислительной среды и связан, главным образом, с выпадением карбидов хрома [9, 12] и в меньшей мере с образованием а-фазы или распадом феррита. – На практике с этим типом межкристаллитной коррозии приходится встречаться чаще всего у сталей, содержащих достаточное количество углерода и подвергавшихся нагреву при [c.67]

Наиболее обоснованной причиной возникновения межкристаллитной коррозии коррозионностойких сталей в подавляющем большинстве случаев следует считать обеднение хромом границ зерен вследствие выделения на них при отпуске фаз, богатых хромом. Наиболее часто МКК связана с образованием карбидов хрома. При отпуске в опасной зоне температур по границам зерен происходит выделение карбидов хрома, вследствие чего резко понижается концентрация углерода и хрома в приграничной области. Так как скорость диффузии углерода значительно выше, чем хрома, то при дальнейшем росте карбидов используется почти весь углерод твердого раствора, а хром только в зоне роста карбидов, т. е. около границ. В результате в приграничной области образуется зона с пониженным содержанием хрома. При увеличении времени и температуры отпуска скорость диффузии хрома будет превышать скорость диффузии углерода, так как концентрация хрома в объеме зерна практически не изменилась, а углерода сильно снизилась из-за образования карбидов. Это приводит к выравниванию концентрации хрома в объеме зерна и на границе. Коррозионная стойкость границ при этом повышается и склонность к МКК снижается. [c.102]

Как первый, так и второй тип межкристаллитной коррозии связан с окислительно-восстановительными свойствами коррозионной среды. Поэтому для объяснения причин возникновения межкристаллитной коррозии именно в данном определенном состоянии и ее механизма удобнее всего использовать приведенные ранее электрохимические закономерности, полученные методом потенциостатической поляризации. Так можно гораздо точнее различить отдельные типы межкристаллитной коррозии. Метод потенциостатической поляризации применяют не только для исследования причин, вызывающих межкристаллитную коррозию. Он удобен и для замены некоторых приемочных испытаний, позволяя проводить их при таких потенциалах, которые не могут быть достигнуты в обычных испытаниях (см. гл. 10.3.5.3) [50]. [c.68]

Важный фактор, влияющий на склонность сплавов к точечной коррозии, — термическая обработка. Так, например, отпуск нержавеющих хромоникелевых сталей в интервале температур, вызывающем склонность к межкристаллитной коррозии, понижает сопротивление стали точечной коррозии. Причиной этого считают возникновение зон, обедненных хромом, которые имеют пониженную коррозионную стойкость. Питтинги-во многих случаях возникают в местах неметаллических включений, особенно сульфида марганца (II). С повышением чистоты сплава увеличивается его сопротивление точечной коррозии, однако подвергаться ей могут даже чистейшие металлы. [c.112]

Подобный вид коррозионного разрушения очень опасен, так как вызывает большую потерю прочности конструкции, часто даже без заметного изменения внешнего вида. Поэтому изучение условий возникновения межкристаллитной коррозии и механизм протекания подобных разрушений явились предметом многочисленных исследований, однако еш,е не существует единого мнения об основной причине межкристаллитной коррозии хромо-никелевых сталей. [c.503]

В однофазном сплаве никеля с 30 % Сг и 0,03 % С после отпуска при 600—900 °С развивается межкристаллитная коррозия (рис. 3.12, а, рис. 3.013, в). Увеличение хрома с 30 до 40 % повышает стойкость сплава против межкристаллитной коррозии. Причина возникновения межкристаллитной коррозии в однофазных никельхромовых сплавах — выделение карбидов типа М зСд в виде взаимосвязанной цепочки по границам зерен. Коррозия так же как и в случае коррозионностойких сталей развивается преимущественно вследствие обеднения приграничных зон хромом (рис. 3.13, б). Развитие межкристаллитной коррозии сопровож- [c.177]

Это привело к возникновению понятия о предпочтительном пути распространения коррозии [24, 28], аналогичном понятию о дехромированной зоне, с помощью которого объясняют развитие межкристаллитной коррозии. В случае коррозии при механических напряжениях, которая приводит у аустенитных нержавеющих сталей к образованию трещин, проходящих через зерна, нужно предположить существование предпочтительных путей распространения коррозии через зерна. Эта коррозия вызвана скорее физическими факторами, чем химическими (Эде-леану). Присутствие мартенсита может оказаться одной из таких причин действительно, было показано, что мартенситные участки металла корродируются хлористым магнием. Однако это не может служить единственной причиной, поскольку коррозия при механических напряжениях не исчезает и при отсутствии мартенсита. Кроме того, тот же самый тип коррозии наблюдается у большого числа других сплавов, которые не испытывают мартенситного превращения или не принадлежат к кубической системе с центрированными плоскостями. Следовательно, необходимо найти другое объяснение образованию предпочтительных путей распространения коррозии . Причины этого явления пока неясны. Возможно, одной из них является дегомогенизация твердых растворов, которую мы упоминали выше в связи с межкристаллитной коррозией. [c.173]

Другой вид местной коррозии, которой подвержены алюминий и его сплавы, — межкристаллитная коррозия. При межкристаллитной коррозии происходит резкое падение прочности сплава. Как видно из рис. П.5, даже при малой потере массы прочность значительно падает. Алюминиевые сплавы высокой прочности обладают повышенной склонностью к межкристаллитной коррозии. Причина ее возникновения — распад гомогенного твердого раствора меди в алюминии с выделением интерметал-лидных фаз ( uMgAl2, СиА1г, МдгЗ ) по границам зерен сплава. Это может происходить при недостаточно резкой (замедленной) закалке, что является функцией габаритов изделия, или после нагрева закаленного сплава [c.56]

Вероятность выпадения из не вполне стабильного аустенита (при длительных отпусках в опасной зоне температур или вследствие холодной деформации, а также вследствие наличия внутренних напряжений) вторичного ферита (а-фазы), содержащего, как известно, несколько больший процент хрома, чем у-фаза, также может вести к обеднению границ твердого раствора (аустенита) хромом и, следовательно, обусловливать возникновение склонности стали к межкристаллитной коррозии. Таким образом, и выпадение а-фазы и а-фазы по границам зерен не может полностью исключаться как причина, вызывающая склонность к межкристаллитной коррозии хромо-никелевых сталей. Однако в подавляющем -большинстве случаев эти факторы [c.507]

Необходимость длительной и безотказной работы различных деталей и изделий в контакте с агрессивной средой предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости и долговечности материалов, из которых они изготовлены. В качестве коррозионностойких сталей во многих отраслях промышленности находят применение хромистые и хромоникелевые стали, содержащие не менее 12…13 % хрома. Однако эти стали во многих случаях могут быть подвержены одному из наиболее опасных видов коррозионного поражения – меж -фисталлитной коррозии (МКК), нередко являющейся причиной отказов оборудования и возникновения аварийных ситуаций. Межкристаллитная коррозия локализуется по границам зерен без видимых вооруженным глазом изменений внешнего вида, формы и размеров изделий. Сцепление между зер. ослабевает как в поверхностном слое, так и по всему сечению изделия, что может привести к практически полной потере функциональной способности изделия и механической прочности. [c.83]

Основной причиной возникновения межкристаллитной коррозии являются нагревы сталей при пластическом деформировании, термической обработке, сварке или технологические разогревы оборудования, приводящие к возникновению электрохимической гетерогенности между объемом зерен и приграничными участками в материале. В основном такая гетерогенность проявляется в образовании и развитии карбидных частиц, выделяющихся в границах зерен сталей при высокотемпературных нагревах. При этом происходит резкое обеднение по хрому зернограничного твердого раствора стали и изменение его электродного потенциала в местах фазовых превращений. Температурновременная область выделения зернограничных карбидных фаз в коррозиоппостойкой стали представлена на рис. 1.4.39. Внутри очерченной на рисунке области сталь обладает повышенной склонностью к межкристаллитной коррозии — сенсибилизацией. Область сенсибилизации может быть описана с помощью темпера-турно-временных параметров и — температурный интервал сенсибилизации, Тп,ь — минимальное время, необходимое для развития сенсибилизации. [c.117]

Итак, в напряженном состоянии титан и его сплавы практически не подвержены коррозионному растрескиванию в водных средах. Это тесно связано со значительно меньшей склонностью титана к питтингообразованию и межкристаллитной коррозии, чем, например, у стали, магниевых и алюминиевых сплавов. Здесь основную роль играет высокая анодная поляризуемость титана и его сплавов даже в кислых средах и уже при небольших плотностях тока (подробнее см. главу IV). На титане или любом его сплаве возникающая по той или иной причине микротрещина, появление которой сопровождается разрушением окисных пленок и возникновением высокой анодной плотности тока, может очень легко задерживаться в своем росте вследствие ее анодной пассивации. Только при наличии более высоких растя-гинлюпш.х когдл. тнненная скорость рост ) трггцинь [c.73]

Уже при рассмотрении механизма межкристаллитной коррозии мы столкнулись с тем фактом, что внутренние растягивающие напряжения на границах зерна могут служить причиной возникновения трещин межкристаллитного характера. Этот эффект будет еще более усиливаться при наложении внешних растягивающих напряжений, так как границы зерна являются наиболее слабым звеном в поликристаллите металла. Коррозия под напряжением поэтому часто сопровождается межкристаллитным разрушением. Однако коррозия под напряжением может также иметь и транс кристаллитный характер. [c.60]

Чтобы установить причины возникновения в ферритоаустенитных сталях склонности к межкристаллитной коррозии, была разработана методика, позволяющая определить структурную составляющую, ответственную за появление в двухфазных сталях склонности к данному виду коррозии. [c.88]

В существующих теориях мен кристаллитной коррозии нержавеющих сталей это явление связывают с обеднением границ зерен хромом в результате образования новой фазы (карбиды хрома, сг-фаза) при отпуске закаленных сталей или замедленном их охланедении в интервале опасных температур. Однако они не объясняют причин возникновения межкристаллитной коррозии на закаленных стабилизированных нержавеющих сталях Х18Н9. Дать всестороннее объяснение этому весьма интересному явлению [c.37]

Во-первых, эффект коррозионного растрескивания установлен в общем только для сплавов,, однако следут иметь в виду, что наблюдалось межкристаллитное растрескивание меди 99,999%-ной чистоты в аммиачном растворе [102]. Хотя это может быть связано с загрязнениями на границах зерен, т. е. с содержанием сплава в металле высокой чистоты, называть такой материал сплавом не принято. Сообщалось также о межкристаллитном растрескивании железа высокой чистоты [103], которое вызывалось загрязнениями по границам зерен. Во-вторых, растрескивание возникает в сплавах только при воздействии некоторых специфических сред (например, а-латуни в аммиаке, как это показано в табл. 13), однако число этих сред возрастает по сравнению с первоначально установленной номенклатурой. Когда вызывающей растрескивание средой является вода, ее происхождение не имеет существенного практического значения. В-третьих, коррозионное растрескивание — явление, возникающее при сочетании наличия напряжений в детали и пребывания ее в коррозионной среде. Устранение либо среды, либо напряжений будет предотвращать возникновение трещин или пр юстановит дальнейший рост уже образовавшихся трещин. В-четвертых, при любом характере приложенного напряжения оно должно иметь растягивающую поверхностный слой компоненту. Наконец, следует отметить, что не совсем ясна определяющая коррозионная реакция, вызывающая развитие трещин. Растрескивание ииожет возникнуть из-за коррозии, т. е. разъедания металла, на очень узком фронте по описанным ниже причинам, но может быть также следствием локального охрупчивания, вызванного поглощением атомов водорода, которые разряжаются на локальных катодах близко к острию трещины. Иногда между этими двумя обш ими механизмами делают различие, называя первый механизмом активного пути, а второй — механизмом водородного охрупчивания. Хотя уже стало привычным рассматривать их по- [c.173]

Наряду с теорией обеднения границ зерен хромом при выделении карбидов существуют и другие точки зрения на причину появления склошюсгн к межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей выделение богатого хромом феррита, интерметаллических соединений, 0-фазы, возникновение при выделении новой фазы напряжений и др. Однако наиболее обоснованной является теория обеднения границ зерна хролюм. [c.155]

Наиболее вероятной и основной причиной (но возможно не единственной), чаще других приводящей к межкристаллитной коррозии нержавеющей стали, следует, по нашему мизнию, считать возникновение электрохимической гетерогенности вследствие обеднения хромом прилегающего к границам зерен твердого раствора из-за выделения в этой зоне в первую [c.503]

Наиболее распространенный алюминиевый сплав высокой прочности дуралюмин является одновременно типичным сплавом низкой коррозионной устойчивости. Чаще всего встречается местная или межкристаллитная коррозия дуралюмина. Наиболее опасна в смысле потери прочности межкристаллитная коррозия, а в смысле потери герметичности для емкостей — местная. Возникновение местной (точечной или язвенной) ко-ррозии связано с частичным характером пассивности дуралюмина и недостаточной прочностью защитной пленки. Причиной межкристаллитной коррозии является выделение соединения меди СиА12 из твердого раствора (распад гомогенного твердого раствора меди в алюминии) при недостаточно резкой (замедленной) закалке или после нагрева деталей выше 100°. При выделении СиАЬ по границам зерен твердый раствор в зонах зерна, прилегающих к границам, обедняется медью [c.549]

Межкристаллитная коррозия хромистых сталей – Справочник химика 21

Межкристаллитная коррозия хромистых нержавеющих сталей [c.94]

Согласно современным теоретическим воззрениям возникновение межкристаллитной коррозии в сталях объясняется выделением из твердого раствора хромистых карбидов, располагающихся по границам зерен. В высокохромистых и хромоникелевых нержавеющих сталях п.ри их нагреве в температурном интервале 500—850° происходит выпадение из твердого раствора железохромовых карбидов (Сгре ) С. В результате выделения карбида поверхность зерна на определенной сравнительно небольшой глубине оказывается обедненной хромом это приводит к возникновению разных электродных потенциалов между зерном и его границей и способствует межкристаллитному разрушению. Экспериментально установлено, что на каждую весовую часть углерода в карбиде приходится 11—12 частей хрома и, следовательно, уменьшение содержания углерода в твердом растворе на 0,1% за счет выпадения карбидов способствует обеднению сплава хромом примерно на 1%. Обеднение твердого раствора хромом происходит неравномерно и преимущественно по границам зерен. Таким образом, граница зерна состоит из обедненного хромом твердого раствора и карбидов. При воздействии определенной коррозионной среды, содержащей кислород (вода, раствор HNO, и др.), зерно благодаря высокому содержанию хрома и железохромовые карбиды пассивируются, т. е. покрываются пленкой окислов и приобретают положительный потенциал, в то время как граница зерна обедненная хромом, плохо пассивирует, так как имеет более отрицательный потенциал. [c.73]

Не со всеми положениями автора можно безоговорочно согласиться. Наибольшие возражения, вероятно, встретит предлагаемая автором диаграмма, дающая, по его мнению, возможность предсказать длительность нагрева в критическом интервале температур, еще не вызывающего склонности к межкристаллитной коррозии у аустенит-ных сталей. Можно также отметить некоторую неполноту сведений о межкристаллитной коррозии хромистых мартенситных и фер-ритных сталей. Недостаточно обоснованы также рекомендации по применению нержавеющих сталей в нейтральных растворах хлоридов, в частности в. морской воде. Это, однако, не умаляет очевидных достоинств книги и ее полезности. Изложение материала имеет ряд особенностей, сохраненных при переводе, из которых нужно упомянуть следующие. [c.5]

МЕЖКРИСТАЛЛИТНАЯ КОРРОЗИЯ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ [c.164]

Коррозионное растрескивание нержавеющих сталей наблюдается главным образом в сталях мартенситного класса (12% хрома). Аустенитные стали типа 18-8 более склонны к коррозии под напряжением, чем полуферритные хромистые стали. Значительное влияние на склонность к коррозии под напряжением оказывает стабильность аустенита. Характер коррозионного растрескивания в большинстве сред транскристаллитный, если сталь не склонна к межкристаллитной коррозии. Если сталь склонна к межкристаллитной коррозии, то растрескивание происходит по границам зерен. [c.276]

Для хромистых сталей, содержащих 17, 25 и 28% хрома, тоже характерна большая склонность к межкристаллитной коррозии главным образом в зонах сварных соединений или на основном металле после высокотемпературного нагрева и быстрого последующего охлаждения. Наибольшую стойкость к общей и межкристаллитной коррозии эти стали приобретают после повторного отжига при 760—780 °С, который можно осуществить только для малогабаритных изделий. При введении в эти стали титана или ниобия также повышается их сопротивляемость межкристаллитной коррозии. [c.22]

Межкристаллитная коррозия (МКК) представляет собой разрушение сплава, локализованное на границах зерен. Следствием этого вида коррозии является потеря сплавом прочности и пластичности и быстрое разрушение изготовленной из него конструкции. Межкристаллитной коррозии подвержены широко применяемые сплавы, в частности высоколегированные коррозионностойкие стали (хромистые и хромоникелевые), сплавы алюминия (дюралюминий), сплавы никеля. [c.445]

Одним из наиболее распространенных растворов для испытания на склонность нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии является раствор серной кислоты и медного купороса, в котором образцы кипятят. Склонность к межкристаллитной коррозии обнаруживается по растрескиванию образцов (после кипячения) при их загибе на угол, равный 90°. Опыт показывает, что этот метод пригоден для выявления склонности к межкристаллитной коррозии хромистых, ферритных, мартенситных и хромоникелевых сталей аустенитного, аустенито-ферритного и аустенито-мартенситного классов, так как этот раствор выявляет межкристаллитную коррозию при выпадении карбидной фазы. Этот раствор не выявляет межкристаллитную коррозию в том случае, когда межкристаллитная коррозия является следствием выделения ст-фазы. В последнем случае значительно лучше выявляет межкристаллитную коррозию, связанную с выпадением ст-фазы, кипящий 65%-ный раствор азотной кислоты. Оценка склонности металла к межкристаллитной коррозии в этом растворе производится массовым методом, чем он принци- [c.344]

Межкристаллитная коррозия особенно опасна для аппаратов и деталей, работающих в условиях нагрузок (автоклавы, котлы и др.). Склонность к межкристаллитной коррозии хромистых и хромоникелевых сталей объясняется сочетанием целого ряда факторов — химического состава металла, режима термической обработки, скорости диффузии отдельных элементов в сплаве и др. Склонность этих сталей к межкристаллитной коррозии проявляется после нагрева их до 500— вОО С. [c.31]

Для уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии хромистых и хромоникелевых сталей их также подвергают специальной термической обработке, заключающейся в следующем. Сталь закаливают с 1050—1100° С, при этой температуре углерод и хром находятся в твердом растворе. [c.32]

Склонность к межкристаллитной коррозии хромистых и хромоникелевых сталей можно также предотвратить легированием металла такими элементами, как титан, ниобий, тантал и др. Эти элементы образуют с углеродом труднорастворимые карбиды, устраняя тем самым возможность образования карбидов хрома. [c.32]

Имеющиеся данные о межкристаллитной коррозии хромистых сталей показывают, что и здесь связывание углерода титаном или ниобием с танталом повышает стойкость сварных соединений к межкристаллитной коррозии. Рекомендуется содержание Т1 8 (%С) [205]. Однако возможность использования стабилизации хромистых сталей ограничена, особенно в случае сильноокислительных сред, в которых они чаще всего применяются. К тому же вполне надежным способом устранения межкристаллитной коррозии хромистых сталей является отжиг в пределах температур от 700 до 800° С продолжительностью около 1 ч или при более низких температурах и большем времени нагрева. [c.171]

Межкристаллитная коррозия (см. рис. 3. 2ж) является одним из наиболее опасных видов местной коррозии, приводящей к избирательному разрушению границ зерен, что сопровождается потерей прочности и пластичности сплава (часто без изменения внешнего его вида) и преждевременным разрушением конструкций. Коррозия этого вида наблюдается у многих сплавов хромистых и хромоникелевых сталей, никелевых сплавов, алюминиевых сплавов и др. [c.420]

Существенным недостатком хромоникелевых так же, как и хромистых, сталей является их подверженность в определенных условиях некоторым видам местной коррозии, связанным с местным нарушением пассивного состояния, в том числе и межкристаллитной коррозии. [c.421]

Хромистые стали, так же как и хромоникелевые стали, подвержены межкристаллитной коррозии в случае выпадения по границам зерен богатых хромом карбидов и обеднения хромом [c.215]

Межкристаллитная коррозия является одним из наиболее опасных видов местной коррозии (рис. 1.4.1, к), приводящей к избирательному разрушению границ зерен, что сопровождается потерей прочности и пластичности металлов и сплавов. Опасность заключается в том, что зачастую изменений во внешнем виде изделий, поврежденных межкристаллитной коррозией, не происходит. Коррозия этого вида наблюдается у многих материалов — хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей, никелевых и алюминиевых сплавов и т. п. [c.80]

Межкристаллитная коррозия (рис. 1.1, з) характеризуется разрушением металла по границам зерен. Она особенно опасна тем, что внешний вид металла не меняется, но он быстро теряет прочность и пластичность и легко разрушается. Связано это с образованием между зернами рыхлых малопрочных продуктов коррозии. Этому виду разрушений особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы. [c.16]

Характерным и опасным (из-за трудности своевременного обнаружения) видом коррозии хромоникелевых и хромистых сталей является межкристаллитная коррозия. Как следует из названия, коррозия этого вида распространяется по границам кристаллитов, что, в конечном счете, приводит к резкому снижению прочности материала. [c.152]

Сказанное справедливо для случаев сварки электродами любых металлов. При сварке хромистых и хромоникелевых сталей, кроме того, приходится считаться еще с одним характерным явлением — межкристаллитной коррозией, о которой говорилось выше. [c.169]

Следует отметить, что хромистые стали склонны к межкрис-таллитной коррозии, протекающей по границам зерен в результате обеднения их хромом. Ввецение в эти стали титана и ниобия повышает стойкость их к межкристаллитной коррозии. Хромистые стали, наряду с высокой коррозионной стойкостью, весьма технологичны (хорошо отливаются, штампуются, протягиваются и прокатываются, поддаются механической обработке, в результате закалки и отпуска приобретают высокую твердость и прочность). [c.39]

Коррозионностойкие стали подразделяются на хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые стали. По структуре коррозионностойкие стали могут быть аустенитно-го, ферритного, аустенито-ферритного, мартенситного и мартенсито-ферритного классов. Наиболее опасными видами коррозии коррозионностойких сталей являются питтинговая, язвенная и щелевая коррозии в кислых и в нейтральных растворах хлоридов, межкристаллитная коррозия, коррозионное растрескивание в горячих растворах хлоридов. [c.69]

Склонность к межкристаллитной коррозии у высокохромистых нержавеющих сталей (Сг > 17 %, С > 0,025 %) проявляется после ускоренного охлаждения с высоких температур (1000-1100 °С) и обусловлена выделением в границах зерен сталей карбидов хрома, приводящим к обеднению по этому элементу зернограничного твердого раствора. Протекающая в ряде сред, например, в растворах (Н2804 + СиЗО ) или (НзРО.) + Си804), межкристаллитная коррозия этих сталей является следствием резкого снижения анодной поляризации границ зерен и сопровождается переходом в раствор только железа. Склонность к межкристаллитной коррозии у хромистых сталей можно ликвидировать повторным нагревом до 600-800 °С. Такой нагрев приводит к завершению выпадения карбидов и коагуляции выпавших ранее карбидш>1х частиц, к обогащению границ зерен хромом в результате его диффузии и снятию внутренних напряжений, возникших в процессе выделения карбидных включений из твердого раствора стали при ускоренном охлаждении от 1 ООО °С и более. [c.94]

Руководствуясь этим принципом, авторы [8] установили, что растворы, применяемые для выявления межкристаллитной коррозии на сталях 18-8, могут быть рекомендованы и для ферритных хромистых сталей Х17Т и Х25Т. [c.252]

Существенным недостатком хромоникелевых, так же как и хромистых, сталей является их подверженность в определенных условиях некоторым видам местной коррозии, связанным с местным нарушением пассивного состояния точечной коррозии (в средах, в которых наряду с пассиваторами присутствуют активные ионы, например С1 ), коррозионному растрескиванию (в условиях коррозии при наличии растягивающих напряжений и в присутствии стимуляторов растрескивания сталей в электролите — NaOH, хлоридов совместно с кислородом и др.) и межкристаллитной коррозии (когда границы зерен обладают наиболее отрицательным потенциалом и являются активными, мало поляризующимися анодами). Межкристаллитная коррозия хромоникелевых сталей особенно опасна тем, что, не изменяя часто внешнего вида металлической конструкции, ведет к быстрой потере металлом прочности и пластичности. [c.272]

Борьбу со склонностью стали Х18Н9 к межкристаллитной коррозии ведут путем предотвращения выпадения хромистых карбидов [c.423]

Недостатком хромомарганцевых сталей типа Сг 18Мп 15N, как и хромистых, является их склонность к межкристаллитной коррозии, которая зависит не только от химического и структурного состава сталей, но и от природы коррозионной среды. [c.33]

Широкое применение получили стали системы Ре — Сг — N1 без присадок и с присадками меди, молибдена, титана и ниобия. Эти стали характеризуются хорошими механическими и технологическими свойствами и обладают хорошей коррозионной стойкостью. Никель повышает пластичность стали, способствует формированию мелкозернистой структуры. Холодная деформация ведет к повышению прочности данных сталей. Однако эти стали склонны к межкристаллитной и точе шой коррозии. Следует отметить, что хромоникелевые стали обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем хромистые стали, поскольку йведение никеля способствует обр- заванию мелкозернистой однофазной структуры сплава, для которой характерна повышенная коррозионная стойкость. [c.39]

В морской воде и агрессивных шахтных водах высоколегированные стали подвержены питтинговой коррозии. Однако если стали имеют склонность к межкристаллитной коррозии, питтинговая коррозия постепенно переходит в межкристаллитную, которая распространяется сравнительно быстро. Межкристаллитная коррозия, связанная с питтинговыми поражениями по границам зерен, может наблюдаться не только у хромистых сталей, но и у высокопрочных аустенитных хромомарганцевоникелевых сталей, легированных азотом при нагревании в области критических температур. Если сталь склонна к межкристаллитной коррозии в стандартном растворе, то можно ожидать, что она будет склонной к этому виду коррозии и в морской воде. [c.99]

Хромистые стали подвержены межкристаллитной коррозии не только в воде, содержащей хлорид натрия, но и в содержащем сероводород конденсате. Хотя высоколегированные стали разрушаются в присутствии сероводорода лишь под действием больших напряжений, в сталях 1X13 межкристаллитная коррозия протекает за 24 ч даже без внешней нагрузки. Очевидно, этот случай связан с коррозионным растрескиванием. [c.99]

Таким образом, легированные хромом перлитные и хромистые фер-ритно-мартенситовые стали в условиях сжигания прибалтийских сланцев имеют низкую коррозионную стойкость из-за большой чувствительности хрома К щелочным хлоридам. Несколько более окалиностойкими являются аустенитные хромоникелевые стали. Однако при высоких содержаниях никеля возникает повышенная опасность межкристаллитной коррозии. [c.266]

Дополнительным средством повышения стойкости высокохромистых сталей к межкристаллитной коррозии может служить их легирование титаном, связывающим углерод в груднорастворимые специальные карбиды и препятствующим образованию хромистых карбидных включений в границах зерен. [c.94]

Ударная вязкость исследуемой хромистой стали электронно-лучевой плавки была очень высокой до —38 °С. При более низких температурах ударная вязкость резко падает. Сталь хорошо сваривается в атмосфере инертного газа. По данным [125] сварной шов вязкий, имеет прекрасные механические и коррозионные свойства. Эта сталь показывает высокую коррозионную стойкость по отношению к межкристаллитной, питтинговой коррозии и коррозионному растрескиванию. Испытания в муравьиной (рис. 57) и в уксусной кислотах (95 %-ной при 125°С, длительность испытаний 7 дней) показали, что она имеет значительно более высокую коррозионную стойкость, чем стали 18Сг8М1 и 18Сг12Ы 2,5Мо в этих условиях. [c.162]

Наибольшее практическое значение в настоящее время имеет межкристаллитная коррозия металлов в электролитах, рассмотрению методов изучения которой и будет посвящена настоящая глава. Относительно низкая коррозионная стойкость металлов по границам зерен связывается с повышенной электрохимической неоднородностью в этих районах. Обычно последнее является следствием выделения по границам зерен вторичных фаз, которые могут быть либо эффективными анодами, либо катодами по отношению к близлежащим участкам твердого раствора. Такими фазами, например, при нагреве многих хромистых и хромоникелевых сталей до температуры 450—850° С могут быть хромовожелезные карбиды Сг4(Ре)С, сигма-фаза, обедненный хромом аустенит [109], а при нагреве после закалки до 150° С многих алюминиевых сплавов — металлическое соединение СиАЬ [110]. Разрушение этих материалов имеет наибольшее практическое значение. Однако даже для них еще не разработаны методы определения склонности к межкристаллитной коррозии, полностью удовлетворяющие исследователей и практиков. [c.96]

Этот вид коррозии в той или иной степени присущ всем легированным сталям. Уменьшить склонность хромистой стали к межкристаллитной коррозии можно снижением содержания углерода, введением карбидообра-зующих элементов (титана или ниобия), повторной термической обработкой готовых изделий (после сварки). [c.97]

Ослабить подверженность хромоникелевой стали межкристаллитной коррозии, как и в случае хромистых сталей, можно введением в их состав карбидообразующих элементов титана или ниобия, термической обработкой полуфабрикатов или готовых изделий с последующей (при возможности) закалкой на аустенит при 1000— 1100°С, а также-снижением содержания углерода до 0,020% (см. рис. 1.3). С этой целью разработаны и внедряются 8, с. 129 9 10] низкоуглеродистые аустенитные стали типа 000Х18Н11 (ЭП550), содержащие повышенным сопротивлением не только к межкристаллитной и ножевой коррозии, но и к общей коррозии, особенно в окислительных средах, что в равной мере относится как к основному металлу, так и к сварным соединениям [8]. Коррозионная стойкость низкоуглеродистых аустенитных сталей, примерно, в 15 раз выше, чем стали 0Х18Н10Т [9]. В них отсутствуют карбидные включения и поэтому они обладают высокими пластичными свойствами. [c.101]

Малоуглеродистые безникелевые и малоникелевые стали, к которым относятся низкоуглеродистые хромистые ферритные стали с суммарным содержанием углерода и азота до 0,015 %, характеризуются коррозионной стойкостью, устойчивостью к коррозионному растрескиванию и межкристаллитной коррозии. [c.52]

Межкристаллитная коррозия – факты и способы снижения риска – Sandvik Materials Technology

Карбиды хрома могут выпадать в осадок, если нержавеющая сталь сенсибилизируется в диапазоне температур 550–850 ° C (1020–1560 ° F), например, во время термообработки или сварки. Если температура находится в критическом диапазоне слишком долго, карбиды хрома начнут формироваться на границах зерен, которые затем станут подвержены межкристаллитной коррозии. Область, прилегающая к границам зерен, становится обедненной хромом (хром реагирует с углеродом и образует карбиды), и поэтому эта зона становится менее стойкой к межкристаллитной коррозии.

Как снизить риск межкристаллитной коррозии (IGC)

Материалы с содержанием углерода менее 0,05% обычно обладают достаточной стойкостью к межкристаллитной коррозии после сварки. Стали с ELC (сверхнизким содержанием углерода), то есть стали с максимальным содержанием углерода 0,030%, обладают очень хорошей стойкостью к межкристаллитной коррозии. То же самое относится к сталям, стабилизированным титаном (Ti) или ниобием (Nb), поскольку эти типы стали образуют карбиды ниобия или титана вместо карбидов хрома, что позволяет избежать критического снижения содержания хрома.

Испытания на межкристаллитную коррозию

Испытание на межкристаллитную коррозию (IGC) – единственное испытание на коррозию, выполняемое в качестве стандартного испытания перед поставкой. Штраус, Хьюи и Штрейхер – распространенные методы испытаний. Как правило, они проводятся на образцах из готовых труб в состоянии поставки или на материале, который был сенсибилизирован, то есть нагретым до критического диапазона температур в печи или сваркой.

Краткие факты о межкристаллитной коррозии

Межкристаллитная коррозия (IGC) – это избирательное воздействие вблизи границ зерен нержавеющей стали
Карбиды хрома могут выпадать в осадок, если нержавеющая сталь сенсибилизируется в диапазоне температур 550–850 ° C (1020–1560 ° F), например, во время термообработки или сварки.
Материалы с хорошей стойкостью к межкристаллитной коррозии – это стали с низким содержанием углерода и стали, стабилизированные Ti / Nb.

Межкристаллитная коррозия – SSINA

Осаждение карбида хрома

Карбиды хрома имеют тенденцию осаждаться на границах зерен аустенитных нержавеющих сталей в диапазоне температур от 950 до 1450 ° F.Любое воздействие или температурный переход в этот температурный диапазон во время производства, изготовления или обслуживания металла потенциально может вызвать сенсибилизацию стали.

Обычные методы, такие как сварка, снятие напряжений и горячая штамповка, могут подвергать сталь воздействию чувствительного диапазона температур. Образование карбидов хрома легко обратить вспять термической обработкой отжигом на растворе. Методы испытаний, описанные в ASTM A262, были разработаны для выявления предрасположенности к межкристаллитному разрушению аустенитных нержавеющих сталей.

Время и температура, необходимые для создания предрасположенности к межкристаллитному разрушению (IGA), зависят от состава сплава, особенно от содержания углерода. На рисунке 3 показаны кривые зависимости температуры от времени для сплавов типа 304 с различным содержанием углерода.

Рис. 3. Кривые зависимости температуры от времени для сплавов типа 304 от содержания углерода. Фото: Институт никеля

Для аустенитных нержавеющих сталей использовались три подхода для минимизации воздействия IGA.Сенсибилизированный материал может быть подвергнут отжигу на раствор путем нагревания до температуры, при которой карбиды растворяются, а области, обедненные хромом, удаляются. Затем уголь поддерживают в растворе путем быстрого охлаждения в диапазоне температур сенсибилизации. Рекомендуемая температура отжига на раствор зависит от сплава и обычно выполняется в диапазоне от 1900 до 2150 ° F с последующим быстрым охлаждением.

Стойкость к IGA также может быть достигнута за счет снижения содержания углерода ниже 0.030% уровень. Как показано на Рисунке 3, более низкое содержание углерода сдвигает вершину кривой температурной сенсибилизации к более длительным временам. Марки с низким содержанием углерода, такие как типы 304L, 316L и 317L, были разработаны для защиты от сенсибилизации во время типичных сварочных операций, но они не противостоят сенсибилизации при длительном воздействии в критическом диапазоне температур при эксплуатации. Более легированные, более устойчивые к коррозии нержавеющие стали, такие как сплавы 904L и 6Mo, имеют очень низкое содержание углерода, и их склонность к IGA обычно не вызывает беспокойства.

Добавление стабилизирующих элементов, таких как Ti, Nb (Cb) и Ta, также может обеспечить повышенную устойчивость к сенсибилизации, особенно при длительном воздействии в критическом диапазоне эксплуатации. Эти стабилизирующие элементы имеют тенденцию к образованию карбидов, которые более стабильны, чем карбид хрома, в диапазоне температур от 2250 до 1450 ° F. Так как сплав охлаждается от высоких температур, углерод соединяется со стабилизирующими элементами и недоступен для выделения карбида хрома в нижнем диапазоне температур сенсибилизации от 950 до 1450 ° F.Обычные стабилизированные аустенитные марки включают типы 321, 347, 20-Cb3 и 316Ti. На рисунке 4 показаны реакции выделения карбидов, которые происходят в нержавеющих сталях типов 304 и 347.

Диапазон температур	Реакции осаждения
Точка плавления – 2250 ° F	Карбид ниобия (колумбия) растворяется Карбид хрома растворяется
от 2250 до 1450 ° F	Выделение карбида колумбия Карбид хрома растворяется
от 1450 до 950 ° F	Карбиды хрома в осадок
От 950 до 70 ° F	Нет реакции

Рисунок 4: Реакции осаждения в нержавеющей стали типов 304 и 347

В случае стабилизированных марок стандартные процедуры отжига в растворе обычно не связывают весь доступный углерод.Таким образом, когда стабилизированные марки в отожженном на растворе состоянии подвергаются длительному воздействию сенсибилизирующего диапазона температур (от 1450 до 950 ° F), может происходить осаждение карбида хрома и сенсибилизация. Стабилизирующая термообработка может использоваться для более эффективного связывания углерода за счет завершения реакций осаждения. Эти обработки включают выдержку сплава в течение нескольких часов в диапазоне температур от 1500 до 1600 ° F.

Межкристаллитная коррозия: невидимая атака на нержавеющую сталь

В отличие от многих форм коррозии нержавеющей стали, межкристаллитная коррозия происходит на микроскопическом уровне – воздействуя на саму структуру металла, не всегда проявляя признаки коррозии на поверхности.

К счастью, межкристаллитная атака требует определенных обстоятельств, и в некоторых случаях повреждение является обратимым.

В этом руководстве будет обсуждаться, что такое межкристаллитная коррозия, когда она возникает, и передовые методы ее предотвращения или минимизации ущерба, вызванного межкристаллитной атакой.

Что такое межкристаллитная коррозия?

Нержавеющая сталь, как и многие другие металлы и сплавы, имеет кристаллическую структуру.

Это означает, что сам металл состоит из зерен разного размера.Место встречи этих зерен называется границами зерен.

Также известная как распад сварного шва, межкристаллитная коррозия разрушает эти границы, вызывая повреждение металла на молекулярном уровне.

Может произойти растрескивание и потеря зерна, что приведет к снижению структурной целостности, способности выдерживать давление и дальнейшему развитию дополнительной коррозии.

Подобно коррозионному растрескиванию под напряжением, это может происходить практически без видимых признаков коррозионного воздействия.

Таким образом, игнорирование рисков межкристаллитной коррозии может привести к катастрофическому отказу затронутых процессов трубопроводов и компонентов из нержавеющей стали.

Что вызывает межкристаллитную коррозию?

Межкристаллитная коррозия возникает, когда некоторые металлы и сплавы достигают температуры от 425 ° C до 870 ° C (от 887 ° F до 1598 ° F).

Эти температуры чаще всего встречаются при сварке, термообработке или работе в высокотемпературных средах.

Когда металл выдерживает такие экстремальные температуры, он изменяется на структурном уровне.

Присутствующий в сплаве хром реагирует с углеродом с образованием карбида хрома вблизи границ зерен.

Это карбидное образование по существу превращает границы в анодные ячейки. Внутренние части зерна затем функционируют как катодные ячейки, и начинается межкристаллитная коррозия.

Предотвращение и ремонт повреждений межкристаллитной коррозии

Выбор материала является важным элементом снижения рисков и обеспечивает долгосрочную безопасность и производительность труб и компонентов.

При поиске нержавеющих сталей с превосходной стойкостью к межкристаллитной коррозии обратите внимание на низкоуглеродистые сплавы (часто обозначаемые буквой L.).

При выборе низкоуглеродистых сплавов варианты с процентным содержанием углерода ниже 0,03 процента обеспечат недостаточное количество углерода для образования карбидов.

Если низкоуглеродистые сплавы не подходят для предполагаемого использования, сплавы с добавлением титана или ниобия также обеспечивают исключительную стойкость к межкристаллитной коррозии.

Однако сплавы с добавлением титана или ниобия восприимчивы к особой форме межкристаллитной коррозии, называемой «ножевой атакой».

Это происходит, когда углерод взаимодействует с титаном или ниобием вместо хрома.

К счастью, термическая обработка часто может решить проблему и вернуть структуру металла в почти исходное состояние.

В некоторых случаях отжиг на растворе (также известный как закалочный отжиг или закалка на твердый раствор) является эффективным средством обращения вспять межкристаллитного коррозионного повреждения аустенитных нержавеющих сталей.

Процесс включает нагрев металла до температуры от 1060 ° C до 1120 ° C (1940 ° F и 2048 ° F.)

После нагрева металл закаливается в воде, быстро охлаждается и затвердевает зерно и структуру.

К сожалению, этот метод далеко не идеален для обработки больших сборок. Кроме того, он ничего не делает для защиты труб или других компонентов от последующего повреждения в случае сварки или ремонта.

ASTM International предлагает следующие стандарты, помогающие определить восприимчивость данного сплава или компонента к межкристаллитному разрушению:

ASTM A262-15: Стандартные методы определения предрасположенности к межкристаллитной атаке в аустенитных нержавеющих сталях
ASTM A763-15: Стандартные методы определения предрасположенности к межгранулярным атакам в ферритных нержавеющих сталях

Ключевые выводы

Межкристаллитная коррозия (также известная как распад сварного шва) влияет на нержавеющую сталь на структурном уровне и может не проявлять видимых признаков повреждения до тех пор, пока коррозия не разовьется значительно.
Сварка, неправильная термообработка и воздействие температур от 425 ° C до 870 ° C (от 887 ° F до 1598 ° F) необходимы для инициирования межкристаллитного разрушения.
Выбор низкоуглеродистых сплавов или сплавов с добавлением титана или ниобия может помочь повысить стойкость к межкристаллитной коррозии.
При выборе низкоуглеродистого сплава рекомендуются варианты с содержанием углерода 0,03 процента или меньше.
Хотя отжиг на твердый раствор и термообработка могут предложить варианты обращения или уменьшения межкристаллитного коррозионного повреждения, они часто не защищают от повреждений в будущем.Они могут иметь ограниченный успех в борьбе с коррозией в зависимости от серьезности воздействия.

Благодаря широкому выбору трубопроводов, трубок, фланцев, фитингов и другой продукции из нержавеющей стали, Unified Alloys имеет опыт и выбор, чтобы помочь отраслям промышленности Канады и Северной Америки с решениями для больших и малых трубопроводов. Наши аналитики по продажам с опытом работы более четырех десятилетий готовы помочь вам с вариантами, адаптированными к потребностям вашей отрасли. Позвоните сегодня, чтобы начать.

Список литературы

Различные типы коррозии: межкристаллитная коррозия


Гальванический Щель Питтинг Межкристаллитный Распад сварного шва Атака по линии ножа Отшелушивание SSC LME MIC SCC Усталость Индекс




Признание межгранульного Коррозия
Что такое межкристаллитная коррозия? Межкристаллитную коррозию иногда также называют “межкристаллитная коррозия “. коррозия »или« междендритная коррозия ».в наличие растягивающего напряжения, по границам зерен могут возникать трещины и этот тип коррозии часто называют «межкристаллитным напряжением ». коррозионное растрескивание (IGSCC) “ или просто” межкристаллитная коррозия растрескивание “. «Межкристаллитный» или «межкристаллический» означает между зерна или кристаллы. Как следует из названия, это форма коррозионного нападения. который прогрессирует преимущественно по междендритным путям ( зерно границы).Положительная идентификация этого типа коррозии обычно требует исследования микроструктуры под микроскопом, хотя иногда визуально распознается, как в случае распада сварного шва. На фотографиях выше показана микроструктура типа 304. нержавеющая сталь. Рисунок слева – нормализованная микроструктура и тот, что справа, представляет собой “сенсибилизированную” структуру и подвержен межкристаллитной коррозии или межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением.
Механизмы межкристаллитного Коррозия
Что вызывает межкристаллитную коррозия? Этот тип атаки является результатом локальных различий. по составу, например, керн, обычно встречающийся в отливках из сплавов. Зерно граничные выделения, особенно карбиды хрома в нержавеющих сталях, являются хорошо известный и общепринятый механизм межкристаллитной коррозии.В осаждение карбидов хрома, расходуется легирующий элемент – хром от узкой полосы вдоль границы зерен, что делает зону анодной. незатронутым зернам. Зона обедненная хромом становится предпочтительный путь для коррозии или распространения трещин при растяжении стресс. Интерметаллиды сегрегация на границах зерен в алюминиевые сплавы также вызывают межкристаллитную коррозию, но с другим название – «пилинг».
Профилактика межкристаллитного Коррозия
Как предотвратить межкристаллитная коррозия? Межкристаллитную коррозию можно предотвратить за счет: Использовать низкий углеродистые (например, 304L, 316L) марки нержавеющих сталей Используйте стабилизированные сплавы, легированные титаном (например, тип 321) или ниобий (например тип 347).Титан и ниобий – прочные карбид- формирователи. Они реагируют с углеродом с образованием соответствующих карбидов. тем самым предотвращая истощение хрома. Использовать термическую обработку после сварки.
Подробнее о Межкристаллитная коррозия
Где я могу узнать больше о межкристаллитная коррозия? Более подробная информация о межкристаллитной коррозии приведена ниже. курсы коррозии, которые вы можете пройти как внутренние учебные курсы, курс по запросу, онлайн курсы или дистанция учебных курсов: Коррозия и ее предотвращение (5-дневный модуль) API 571 Механизмы повреждения, влияющие на стационарное оборудование на нефтепереработке и Нефтехимическая промышленность (5 дней) Коррозия Инспекция, тестирование и мониторинг: методы и приложения (5) Коррозия, металлургия, анализ отказов и Профилактика (5 дней) Морская коррозия, причины и профилактика (2 дня) Выбор материалов и коррозия (5 дней) Нержавеющие стали и сплавы: Почему они противостоят коррозии и почему они не работают (2 дня) Если вам требуется свидетельство эксперта по коррозии или консультации по коррозии на межкристаллитная коррозия, наш сертифицированный специалист по коррозии NACE может вам помочь.Свяжитесь с нами, чтобы узнать цену.

Дом \| Предметный указатель \| Контакт Нас \| PDF	Авторские права 1995-2021. Все права защищены.

Межкристаллитная коррозия аустенитной нержавеющей стали

Хорошо известная склонность аустенитных нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии после термообработки в диапазоне температур 550–800 ° C ( i.е. , «сенсибилизация») долгое время приписывали истощению Cr из областей матрицы сплава, прилегающих к границам зерен, в которых выпал осадок. Те области стали, в которых местный состав Cr падает ниже примерно 12%, имеют пониженную способность образовывать пассивную пленку и, следовательно, предпочтительно корродировать.

Мы провели термодинамические расчеты равновесий на границах зерен и вблизи них, чтобы определить содержание хрома вблизи карбидных частиц.Расчеты показывают, что равновесное содержание хрома сильно зависит от температуры, а также от содержания углерода и сплава в стали. Из анализа следует, что вариации восприимчивости к межкристаллитной атаке определяются в первую очередь изменениями равновесного содержания хрома вблизи карбидов, а не изменениями числа и распределения частиц. Например, при температуре выше 800 ° C содержание хрома рядом с карбидами достаточно высоко, чтобы вызвать пассивность, и сплав невосприимчив не из-за отсутствия карбидов, а из-за того, что обеднение хромом не является серьезным.Экспериментальные исследования скорости атаки границ зерен в зависимости от температуры и состава подтвердили предсказания анализа.

Еще одним менее важным фактором является распределение карбидов на границе зерен. Были выполнены расчеты для определения градиента концентрации Cr на границе между частицами карбида в зависимости от температуры и состава, а также градиента Cr по нормали к границе. Эти расчеты предсказывают сильную взаимозависимость между восприимчивостью к межкристаллитной коррозии, расстоянием между частицами карбида и температурой сенсибилизации.Результаты экспериментов с истонченными образцами сенсибилизированного материала, корродированными в растворе Штрауса и исследованными с помощью электронной микроскопии, хорошо согласуются с предсказанными эффектами.

Межкристаллитная коррозия – обзор

2.06.1 Природа межкристаллитной коррозии

Межкристаллитная коррозия (IGC) – это форма локализованной коррозии, которая протекает вдоль границ зерен, синонимично называемая межкристаллитной коррозией (IGA). Локальная коррозия на границах зерен вызывается анодным растворением (i) областей, обедненных легирующими элементами, (ii) выделений второй фазы или (iii) областей с отдельными легирующими или примесными элементами.Оставшаяся часть открытой поверхности обычно функционирует как катод, а большие катодные области поддерживают процесс анодного растворения. Соотношение между катодом и анодом обычно превышает единицу и зависит от таких факторов, как объемная доля и распределение электрохимически активных фаз, распределение вредных легирующих и примесных элементов, а также размер зерна, особенно в нанокристаллических материалах. Скорость коррозии зависит от преобладающего механизма коррозии, и такие факторы, как диффузия частиц к анодному фронту или от него, могут определять кинетику растворения.

IGC встречается в чистых металлах, а также в технических сплавах, и термин «сенсибилизация» часто используется для описания чувствительности микроструктуры к межкристаллитной атаке. В нержавеющих сталях, например, сенсибилизация может быть вызвана выделением богатых хромом карбидов на границах зерен (, раздел 2.06.2.2.1, ). Основной характеристикой IGC является развитие относительно однородной и однородной глубины атаки. Растворение границ зерен вызывает смещение зерен, что часто называют опаданием зерен.Падение зерна является причиной большей части потери веса, наблюдаемой после воздействия IGC, и поэтому скорость коррозии может быть на несколько порядков выше, чем при общей коррозии. Характер межгранулярной атаки с событиями опадания зерен показан на рис. 1 . Металлографический разрез с равномерной глубиной атаки показан на Рис. 2 . Также может произойти неоднородное повреждение IGC, которое обычно связано с неоднородностями микроструктуры, а также с факторами, которые локально ухудшают процесс коррозии.Последнее может включать, например, покрытие части открытой поверхности электрохимически неактивным отложением или локальные различия в химическом составе раствора.

Рис. 1. Сканирующие электронные микрофотографии сенсибилизированных аустенитных нержавеющих сталей с (а) сильно поврежденной поверхностью после выпадения зерна и (б) смещенным зерном на поврежденной поверхности.

Рис. 2. Оптические микрофотографии двух металлографических шлифов после испытания IGC сенсибилизированной аустенитной нержавеющей стали.Изображения подчеркивают межзеренный характер атаки с событиями опускания зерен вблизи поверхности образца. После тестирования IGC образец был протравлен в 10% -ной щавелевой кислоте, чтобы выявить межкристаллитную природу атаки.

2.06.1.1 Теории межкристаллитной коррозии

Три основных теории резюмируют возникновение IGC, включая (i) теорию истощения элементов, (ii) теорию микроэлементов или электрохимии и (iii) теорию сегрегации. ^1,2 Теория истощения основана на локальном обеднении элемента сплава, такого как хром, вблизи карбидов, богатых хромом.Это приводит к разрушению пассивной пленки вблизи этих карбидов, создавая предпочтительные места для анодного растворения. Микроэлемент или электрохимическая теория основана на образовании локальной электрохимической ячейки между осадком и матрицей с последующим растворением менее благородного элемента или фазы. Типичным примером является анодное растворение выделений второй фазы, таких как Al ₃ Mg ₂, в алюминиевых сплавах серии 5XXX. Теория сегрегации основана на наличии повышенной концентрации легирующих или примесных элементов на границе зерен или вблизи нее, таких как сера или фосфор в нержавеющих сталях.Растворение этих областей связано с адсорбцией этих элементов на границе зерен, что в конечном итоге приводит к изменению химической и электрохимической активности. ³

Другая теория IGC также рассматривает локальные напряжения на границах, возникающие в результате зарождения выделений второй фазы. ^1,4 Предпочтительная локальная атака тогда имеет место на этих искаженных решетках, рядом с выделением второй фазы. Также предполагается, что напряжения и деформации могут приводить к более высокой степени атомного беспорядка на границе, что приводит к более высокой движущей силе для анодного растворения.Микроскопические напряжения или деформации на границах зерен, возможно, играют второстепенную роль в IGC, например, они могут быть ответственны за усиление путей диффузии.

2.06.1.2 Металлургические аспекты

Состав материала и связанная с ним кристаллографическая структура имеют большое влияние на поведение IGC, включая: (i) тип легирующего и примесного элемента, (ii) соответствующие концентрации, (iii) их пространственное распределение и (iv) индивидуальная электрохимическая активность.Тип и концентрация легирующих или примесных элементов обычно определяет кристаллографическую равновесную структуру материала, а возможные фазовые превращения изменяют растворимость элементов и связанные с ними коэффициенты диффузии. Например, увеличение концентрации углерода или концентрации хрома в аустенитных нержавеющих сталях, соответственно, уменьшает и увеличивает время образования обедненных хромом зон вблизи выделений богатого хромом карбида. ⁴ Пространственное распределение и связь чувствительных составляющих микроструктуры также важны, поскольку IGC не может поддерживаться без взаимосвязанной сети восприимчивых объектов.Большие расстояния между чувствительными компонентами препятствуют или даже предотвращают образование связанного межгранулярного пути по всей микроструктуре. Электрохимическая активность определяет тенденцию растворять отдельные элементы, даже если они присутствуют только в твердом растворе или связаны со сложными интерметаллическими фазами. Например, в сплавах алюминия с медью серии 2XXX присутствие меди в твердом растворе повышает электрохимический потенциал матричной фазы и, следовательно, снижает разность электрохимических потенциалов для выделения богатых медью осадков.⁵

Поведение IGC в значительной степени зависит от холодной обработки и размера зерна. ^1,4,6 Холодная обработка привносит в материал энергию деформации, вызывая изменения в микроструктуре, такие как появление полос скольжения, массивов микроэлементов или фазовых превращений. Эти изменения сильно зависят от кристаллографической структуры и состава материала. Например, в аустенитных нержавеющих сталях более бедной марки (например, тип 304) может образоваться значительная объемная доля мартенсита, вызванного деформацией, при введении средних и больших объемов холодной обработки (т.е.е.,> 20%). Восприимчивость к IGC определяется стабильностью и склонностью к сенсибилизации присутствующих фаз. Применение небольшого количества холодной обработки (≤20%) перед сенсибилизацией увеличивает диффузию элементов по линиям скольжения и способствует осаждению на границах зерен. Последующие сенсибилизационные термообработки оказывают сильное влияние на кинетику осаждения, и выбор температуры сенсибилизации может изменить место осаждения, от преимущественно на границах зерен до осаждения на полосах скольжения.Применение более высоких температур сенсибилизации может даже вызвать перекристаллизацию. Влияние размера зерна на поведение IGC зависит от исследуемой системы коррозии, ⁴, и наблюдались различия в поведении IGC в зависимости от размера зерна, например, при воздействии слабо или сильно окисляющих сред. ¹ Сообщается, что в нержавеющих сталях склонность к сенсибилизации увеличивается с уменьшением размера зерна, что связано с большим количеством хрома, который может проникать в область границы зерен и образовывать богатые хромом выделения в заданный интервал времени.⁶ Напротив, также было обнаружено снижение склонности к сенсибилизации с уменьшением размеров зерен, что объясняется большими площадями поверхности границ зерен и образованием менее сплошной сети выделений. ^1,4

2.06.1.3 Граничная структура и сети зерен

Границы зерен находятся в более высоком состоянии беспорядка, чем кристаллическая решетка, то есть они представляют собой двумерные дефекты решетки с повышенной поверхностной энергией по сравнению с зерном. интерьер.Это объясняет, почему границы зерен более активны, чем соседняя фаза матрицы, и поэтому их можно легко выявить с помощью методов металлографического травления. Упрощенное геометрическое описание кристаллографической структуры границ зерен использует пять макроскопических степеней свободы (DOF). ^7,8 Они включают в себя три степени свободы для относительной разориентации между кристаллическими решетками двух соседних зерен и оставшиеся две степени свободы для привязки плоскости границы зерен к ориентации зерен.Относительная разориентация описывается осью вращения (UVW), общей для обоих соседних зерен, с учетом двух степеней свободы, и углом поворота ( θ ) вокруг этой оси, определяющим третью степень свободы. Соотношения ориентации зерен (разориентации) можно получить из двухмерных оценок (т. Е. Плоского металлографического разреза), но информация о плоскости границы зерен обычно включает в себя 3-мерную характеристику материала. ⁷

Сетка границ зерен неоднородна и состоит из набора различных кристаллографических структур границ зерен с разными по своей природе свободными энергиями границ зерен.Эти изменения энергии имеют большое влияние на свойства материала, такие как сегрегация, осаждение, диффузия и поведение миграции. Следовательно, различные кристаллографические структуры границ зерен имеют разную восприимчивость к IGC, и их сопротивление может варьироваться в зависимости от условий экспонирования. В аустенитных нержавеющих сталях, например, нанесение электролитического травления азотной кислотой (ASTM E 112), ⁹ для определения размера зерна ASTM очерчивает сетку границ зерен, не нарушая когерентных двойниковых границ отжига.Когерентные двойниковые границы имеют более чем на порядок меньшую поверхностную энергию (≈0,02 Дж · м ⁻²), чем обычные высокоугловые границы зерен (≈1 Дж · м ⁻²), и, следовательно, более устойчивы к атаке. Применение электролитического травления щавелевой кислотой, ¹⁰, напротив, очерчивает полную сетку границ зерен, включая когерентные двойники. Такое поведение подчеркивает взаимосвязь между условиями экспонирования и свободной энергией границ зерен и восприимчивостью материала.

Связность границ зерен также играет важную роль. Кристаллографические ограничения в виде кластеризации кристаллографически связанных границ могут создавать большие области с устойчивыми к коррозии или восприимчивыми кластерами границ зерен. Это часто наблюдается в гранецентрированных кубических (ГЦК) материалах с низкой и средней энергией дефекта упаковки, таких как медь или аустенитные нержавеющие стали. Большие области с кластерами низкоэнергетических границ, например двойники, могут препятствовать росту IGC.Дополнительную информацию о структуре границ зерен, взаимосвязи поверхностной энергии и физических свойств, ^11,12, а также о влиянии связности границ зерен, ⁷ можно найти в других местах литературы.

2.06.1.4 Восприимчивость к границам зерен

Локальная атака на границах зерен является функцией трехмерной структуры границ зерен (5 степеней свободы), а пониженная подверженность межкристаллитной коррозии связана с границами зерен с низкой энергией.Группа низкоэнергетических границ зерен включает малоугловые границы зерен, а также определенные конфигурации границ зерен с большим углом, такие как двойниковые границы. Малоугловые границы зерен с разориентацией ниже 15 ° обычно менее подвержены атакам, чем большеугловые границы зерен. Сопротивление малоугловых границ зерен увеличивается с уменьшением разориентации, также сообщалось о пороговых углах для сопротивления границ зерен. ¹³ Однако присутствие значительно увеличенной доли малоугловых границ зерен после пластической деформации является причиной улучшенных путей диффузии и повышенной склонности к IGC.

Высокоугловые границы зерен с разориентацией более 15 ° также обладают определенными низкоэнергетическими конфигурациями, которые более устойчивы к IGC. На рис. 3 показана сетка границ зерен сенсибилизированной аустенитной нержавеющей стали со смесью поврежденных и стойких высокоугловых границ зерен. Границы зерен с низкой энергией, такие как двойниковые границы, обычно демонстрируют высокое сопротивление IGC. Для описания различных структур границ зерен доступны многочисленные геометрические модели.Для исследований микроструктуры и свойств, в частности исследований коррозии в кубических кристаллических системах, часто используется модель решетки узловых точек (CSL). Эта модель основана на трех макроскопических степенях свободы (( θ ) / (UVW)) и не принимает во внимание плоскость границы зерен. В модели CSL границы зерен определяются обратной объемной плотностью совпадающих узлов решетки (∑), то есть высокая плотность совпадающих атомов связана с низкими границами.Границы зерен до -29 обычно считаются стойкими, но наблюдаются большие различия в восприимчивости к IGC для разных типов границ зерен. Разориентация – это только индикатор сопротивления границ зерен. Повышенное сопротивление микроструктуры часто связано с наличием двойных (3) границ зерен, которые обычно являются наиболее заметной группой в популяции границ с низким. ⁷

Рис. 3. Микрофотография в отраженном электронном сканировании сетки границ зерен в сенсибилизированной аустенитной нержавеющей стали с чувствительными и невосприимчивыми границами зерен.(а) когерентные и (б) некогерентные двойниковые границы зерен, а также некоторые (с) низкоэнергетические сегменты границ зерен демонстрируют полную или частичную невосприимчивость к атаке.

Наиболее устойчивой границей зерен является граница когерентного двойника, определяемая как 3 в модели CSL. Когерентные двойники могут быть выражены как симметричная граница зерен наклона с плоскостями границ зерен {111} с низким показателем преломления. Следовательно, эти границы имеют высокую плотность совпадающих позиций атомов и низкоэнергетическую конфигурацию плоскости межзеренной границы. Другие границы зерен ∑3, такие как некогерентный двойник, более восприимчивы к IGC, чем когерентные двойники 3.Некогерентные двойниковые границы часто связаны с симметричными границами наклона на плоскостях {112} и имеют более высокую свободную энергию (≈0,5 Дж · м ⁻²), чем их когерентный аналог (≈0,02 Дж · м ⁻²). Рисунок 3 подчеркивает разницу в восприимчивости границ двойников, а также приводит примеры других устойчивых низкоэнергетических сегментов границ зерен. Определенные границы зерен с малой, а также некоторые общие конфигурации границ зерен с большим углом также могут иметь габитусные плоскости с низким показателем преломления, что приводит к повышенному сопротивлению IGC.Дополнительные факторы, такие как (i) отклонение от точной эталонной разориентации, (ii) отклонение от конфигурации плоскости границы зерен с низким показателем преломления (т. Е. Криволинейная граничная плоскость) или (iii) огранка границ зерен, также могут влиять на сопротивление IGC.

Как избежать межкристаллитной коррозии?

Эта пленка инертна по отношению ко многим условиям окружающей среды, в то время как пассивация может быть нарушена при незначительных изменениях этих условий. Одной из основных проблем аустенитной нержавеющей стали может быть межкристаллитная коррозия. Если образец нержавеющей стали подвергается воздействию высоких температур (от 450-800 ºC) в течение некоторого времени, образуются карбиды хрома, выделяющиеся на границах зерен и оставляющие процентное содержание хрома в этих областях ниже минимального 10%, превращаясь в сталь. очень чувствителен к процессу коррозии. Это известно как «сенсибилизация ». Более того, при определенных условиях (неблагоприятная среда или жидкости, температура и т. Д.) Может возникнуть межкристаллитная коррозия.

Например, этот диапазон температур достигается и превышается в процессе сварки.Если последующее охлаждение происходит медленно, область может быть «сенсибилизирована» в ЗТВ или зоне термического влияния на обеих сторонах сварного шва. Для «борьбы» с описанным процессом существует несколько решений, в том числе:

Для «стабилизации» стали путем добавления титана или ниобия

Во время процесса охлаждения углерод образует карбиды титана или ниобия вместо карбидов хрома, таким образом обеспечивая достаточное содержание хрома для образования защитной пленки.Это решение очень распространено в некоторых странах, например в Германии, хотя оно также может вызывать проблемы. Например, при определенных условиях сварки и высоких скоростях охлаждения может иметь место явление, известное как «повреждение ножа».

Чтобы снизить процент атомов углерода, доступных для реакции с хромом

На приведенной ниже диаграмме TTS для нержавеющей стали типа 304 показано, как время, в течение которого сталь должна находиться в критическом температурном диапазоне, чтобы вызвать сенсибилизацию, увеличивается по мере снижения содержания углерода.