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.