Межкристаллическая коррозия металла – это распространенный процесс, который может привести к полному выводу изделия из строя, утрате всех эксплуатационных характеристик.
Исследования показывают, что практически все виды стали подвергаются коррозии. Где-то она развивается быстрее, где-то медленнее. Отличается характер поражения, темпы распространения, уровень повреждения.
Если рассматривать межкристаллическую коррозию более подробно, можно увидеть, что это электрохимический процесс. Во время его протекания, разрушение металла происходит по границе кристаллических зерен.
Основной катализатор – внешнее давление окружающей среды.
Эксперты отмечают высокую опасность такого процесса. Причина заключается в его скрытом протекании. Ржавчина появляется внутри металла, долго не дает никак о себе знать со стороны.
К тому моменту, когда процесс начинает прорываться на поверхность, есть серьезная опасность того, что все эксплуатационные характеристики будут полностью утрачены, материал станет слишком хрупким.
Иногда конструкция может разрушиться внезапно.
Наибольшей склонностью к межкристаллической коррозии отличаются следующие виды материалов:
- алюминиевые сплавы;
- стали, содержащие больше 13% хрома, меди, никеля, легированные молибденом;
- аустенитные и нержавеющие стали.
Процесс может проявляться и в других материалах, но перечисленные чаще всего оказываются затронутыми.
Особенности появления и протекания межкристаллитной коррозии
Большинство специалистов дают определение межкристаллитной коррозии как электрохимической реакции. Ее протекание становится возможным в том случае, если достигаются высокие окислительные показатели.
При ближайшем рассмотрении, можно заметить, что по границе зерна создаются аноды и катоды. Также наблюдается стремительное растворение анода. На фоне этого развиваются пространства неоднородности.
Таким образом, начинается внутреннее разрушение, которое постепенно начнет выходить на поверхность.
Среди главных причин межкристаллитной коррозии:
- Сильный подъем внешней температуры.
- Постоянный контакт с агрессивными средами.
- Особенности состава сплава.
В зону риска попадают материалы, в состав которых входит большое количество легирующих добавок. При этом отдельные участки металла могут переходить из пассивного в активное состояние. Стимулом становятся различные виды внутренних процессов.
Главный параметр, который влияет на скорость ржавения – показатель потенциала металла. Исследования показывают, что даже при анализе одной детали, подверженной коррозии, можно обнаружить очаги с разной скоростью протекания.
Самую высокую скорость показывает коррозийный процесс при потенциале 1.15-1.25В.
Еще одно важное понятие – охрупчивание. Оно означает постепенное сужение зоны влияния в аустенитных материалах. Такой тип дефекта чаще всего начинает проявляться в местах, на которые в процессе сварки начинает действовать сильный перегрев.
Когда на деталь воздействует повышенная температура, начинается стремительный рост зерен. На этом фоне также происходит быстрое выделение водорода.
В современной промышленности применяются различные проверенные методы для того, чтобы не допустить процесса коррозийного поражения. Пример – использование технологии отпуска при температуре до 150 градусов на протяжении одного-двух часов.
Еще один метод защиты – исключение попадания брызг раскаленного металла в процессе плавления и сваривания. Давление в месте сварки нарастает, чего также стоит избегать.
Хорошо показывает себя обработка кремнийорганическим лаком или грунтовкой. Важно правильно подготовить поверхность под нанесение состава.
Механизм межкристаллической коррозии
Межкристаллитная (транскристаллитная) коррозия
– это тип коррозии, которая происходит на границах зерен без глубокой коррозии металлической матрицы. Она происходит
при двух условиях
:
Металлографическое состояние относится к неровному материалу или структуре, которые по разным причинам установлены на границах зерен. Это условие вызвано модификаторами решетки (кристаллические дефекты) или наличием накопленных гетерогенных фаз на границах зерен в процессе кристаллизации (примеси) или во время термического процесса, который вызвал их осаждение на границах зерен. Условия окружающей среды определяют различные воздействия на границы зерна. Эти дифференцированные воздействия могут быть результатом действия селективного растворения металла в состоянии более высокой реакционной способности или образования гальванических областей, в которых анодные области являются границами зерен, в то время как катодные области являются матрицей металлической распорки.
Межкристаллитная коррозия может происходить даже при высокой температуре через проникновение к границам зерен элементов в газообразном состоянии (например, никеля в присутствии серы и сульфидов). Межкристаллитная коррозия включает в себя многие металлы, такие как алюминий, нержавеющая сталь, сплавы никеля и т. д. Природа этой формы коррозии очень коварна, поскольку она воздействует на микроструктурный уровень без видимых на внешней поверхности продуктов коррозии металла. Таким образом, эта форма коррозии приводит к истощению связи между зернами с ухудшением механических характеристик и распространением трещины между границами разрушенного зерна, то есть, когда приложение усилия является большой интенсивностью. В тяжелых случаях эта форма коррозии металла приводит к измельчению (рис. 1) с катастрофическими и критическими последствиями.
Что касается нержавеющих сталей, то они подвержены межкристаллитной коррозии, когда подвергаются термической обработке, такой как «повышенная чувствительность» к этой форме коррозии. Сенсибилизация нержавеющих сталей происходит после любой термической обработки между 400 и 900°C (например, сварка TIG и MIG). При этой температуре углерод, присутствующий в сплаве, имеет тенденцию образовывать карбиды с хромом, который также присутствует в сплаве. Эти карбиды осаждаются на границах зерен, т.е. в точках повышенной активности, и вычитают элементарный хром, необходимый для получения пассивного слоя и повышения коррозионной стойкости стали.
На рисунке 2 показана тенденция элементного хрома по отношению к сечению двух наиболее близко сенсибилизированных зерен. Вблизи ординаты содержание хрома очень высокое из-за интенсивного формазина карбидов хрома на границе зерен. Сразу после этого содержание хрома быстро падает до таких уровней, чтобы быть меньше предела, за которым сталь является пассивной при простом воздействии на нее воздуха. Это уменьшение элементарного хрома приведет к межкристаллитной коррозии, если сталь вступит в контакт с подходящей агрессивной средой.
Как проявляется межкристаллитная коррозия в аустенитных нержавеющих сталях
В промышленности часто используются аустенитные стали. Это особый формат материала, который связан с применением аустенита – раствора с двухпроцентным содержанием углерода.
Существует большое количество аустенитных сплавов, в которых есть большой процент содержания никеля и хрома. Концентрация находится на уровне 15% и 7% соответственно.
Еще одно условие для отнесения сплава к аустенитной категории – уровень содержания легирующих компонентов не превышающий отметку в 55%.
При ближайшем рассмотрении рисунка структуры аустенитных металлов, удается обнаружить, что коррозийные процессы на такое сырье оказывают минимум воздействия.
Именно аустенитные стали по причине хорошей защиты от коррозии активно используются в разных областях промышленности, в том числе, на химическом и нефтяном производстве.
Главное требование для того, чтобы не допустить распространения коррозии в сплавах такого типа – не получить превышения содержания в рецептуре углерода и серы.
Также негативно может повлиять на качество и различное соединение таких компонентов. Такие стали отличаются хорошими показателями плавкости – их удобно обрабатывать.
Механизм межкристаллической коррозии
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.
Основные аспекты защиты нержавеющих сталей от коррозии
Само название нержавеющей стали дано по причине высокого уровня защиты от постепенного развития коррозии. Материал отличается выраженными свойствами пассивации.
Металл может становиться пассивным, потому что в него добавляется хром. Уровень его содержания всегда серьезно влиял на уровень антикоррозийной стойкости.
Также на то, насколько хорошо материал противостоит коррозии, влияет множество характеристик, в том числе, степень концентрации углерода. Если объем углерода в сплаве возрастает, качество защиты от ржавения становится меньше.
Еще один параметр, который начинает влиять на стойкость к коррозии – структура сплава. Если материал становится неоднородным, в нем увеличивается уровень содержания хрома, вероятность коррозийного разрушения с течением времени становится только больше.
Также среди важных показателей коррозийной стойкости – хороший уровень защищенности при контакте с окислительными средами.
Нержавеющая сталь 316
Нержавеющая сталь
Во всех марках нержавеющей стали главными компонентами, отвечающими за коррозионную стойкость и пластичность металла, являются хром и никель. Добавление > 10 % хрома делает сталь нержавеющей, создавая на поверхности слой, содержащий большое количество оксида хрома. Этот слой образуется в результате реакции содержащегося в сплаве хрома с кислородом из атмосферного воздуха. Он придает стали свойство, которое делает ее нержавеющей. Добавление никеля обеспечивает хорошую пластичность и улучшенные свойства формовки и сварки.
Однако не все прутковые заготовки одинаковы. Содержание никеля и хрома в трубных обжимных фитингах и инструментальных кранах Swagelok из нержавеющей стали 316/316L превышает минимальные требования стандартов ASTM для прутков и поковок.
Следует учитывать, что хотя нержавеющая сталь разных марок и не подвержена сплошной коррозии, на ней может возникать местная коррозия.
Для борьбы со:
сплошной коррозией; водородным охрупчиванием; межкристаллитной коррозией;
Материал имеет значение
Опасность коррозионного растрескивания под напряжением возрастает при высоких значениях концентрации хлоридов, температуры и растягивающих напряжений. Все марки нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Мы провели испытания фитингов Swagelok для трубок под давлением на устойчивость к SCC и получили превосходные результаты.
Трубные обжимные фитинги и инструментальные краны Swagelok из нержавеющей стали 316 превышают минимальные требования стандартов ASTM.
Основные методы защиты нержавеющей стали от межкристаллитной коррозии
Для того, чтобы повысить уровень защищенности межкристаллитной стали от коррозии, можно использовать несколько стандартных методов. К ним относятся такие, как:
- Уменьшение уровня содержания углерода. Если в сплаве его становится меньше, вероятность появления межкристаллитной коррозии становится намного меньше. Чаще всего такое средство используют в том случае, если другие варианты не подходят. Причина заключается в высокой стоимости.
- Закалка. Обработка заготовки под действием высокой температуры необходима в том случае, если готовая деталь не будет использоваться под сильным нагревом.
- Применение дополнительных специальных добавок. При введении в сплав тантала или титана, исключается вероятность увеличения концентрации углерода, который мог бы негативно повлиять на степень интенсивности коррозии.
Факторы, повышающие риск коррозии
К таким факторам относятся:
- Содержание углерода:
чем выше содержание, тем больше риск этой формы коррозии; - Температура
для аустенитного диапазона составляет 650-700°С; - Сенсибилизация времени:
максимальная степень сенсибилизации наступает примерно через 10000 минут; - Размер зерна:
крупнозернистые будут более восприимчивы к сенсибилизации, чем мелкозернистые; - Холодная обработка:
увеличивает площади осаждения карбидов хрома; - Добавление легирующих элементов:
добавление титана или ниобия в процентах способствует образованию карбида титана или ниобия (поскольку он наиболее тесно связан с углеродом), который стабилизирует границу зерен и оставляет нетронутым хром, присутствующий в сплаве.
Методы проверки стойкости сплавов от межкристаллитной коррозии
Чтобы понять, что материал не подвержен межкристаллитному разрушению, стоит обратить внимание на проведение специальных испытаний. Проверка проводится в полном соответствии с требованиями, прописанными в ГОСТ 603289.
Стандарт испытаний проводится с разными типами сталей. К ним относятся такие сплавы, как:
- Аустенитные;
- Ферритные;
- Аустенитно-ферритные;
- Железоникелевые.
Могут отличаться способы проведения испытаний, которые проверяют уровень стойкости к межкристаллитной коррозии. К ним относится проведение ускоренных испытаний, а также помещение в раствор с фтором и медью.
В проверке применяются образцы, которые полностью отражают характеристики материала и помогают понять, как различные катализаторы коррозии будут влиять на сырье.
Вернуться к статьям Поделиться статьей
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.
Источник статьи: https://math-nttt.ru/obrabotka-metalla/mezhkristallitnaya-korroziya-nerzhaveyushchih-stalej-2.html
