какие среды вызывают мкк

Условия, приводящие к возникновению межкристаллитной коррозии (МКК) в высоколегированных сталях, например таких структурных классов, как ферритный, мартенситный, аустенито-ферритный и аустенитный, различны. Однако ее появление практически одинаково и заключается в том, что при достаточно высокой общей коррозионной стойкости происходит избирательное растворение границ зерен металла и возникновение на них новых фаз или сегрегации, отличающихся по составу от химического состава стали.

Причина возникновения МКК чаще всего — неправильно проведенная термическая обработка либо проведение технологических операций (сварки, гибки, штамповки) в опасном температурном интервале:

Кроме того, МКК может возникать при длительной эксплуатации оборудования при повышенных температурах, а также при неправильном выборе структурного класса стали или системы легирования для определенной коррозионной среды.

В сварных соединениях МКК может возникнуть:
• в зоне термического влияния (ЗТВ), где металл в процессе сварки нагревается в области опасных температур;
• на границе наплавленного и основного металлов (так называемая ножевая коррозия);
• в наплавленном металле.

МКК в металле зоны термического влияния и наплавленном металле в основном связана с нагревом в интервале температур в процессе сварки или эксплуатации сварных соединений при этих температурах. МКК наплавленного металла может быть вызвана замедленным охлаждением шва. Механизм МКК в металле ЗТВ и наплавленном металле аналогичен механизму МКК в основном металле после провоцирующего отпуска.

Ножевая коррозия (НК) является одним из видов МКК. Возникает в очень узкой зоне и наблюдается чаще всего в многослойных швах в результате нагрева до высоких температур, близких к солидусу, при первом проходе и нагреве до критических температур при последующих проходах и проявляется в окислительных средах.

Механизм НК в первом приближении аналогичен механизму МКК основного металла в окислительных средах, подвергнутого отпуску в критическом интервале температур после высокотемпературной закалки. Не исключено влияние на возникновение НК напряжений, возникающих при сварке.

Наиболее правильным является выявление склонности к МКК путем испытания в реальных средах, однако, это практически невозможно в связи с многообразием коррозионноактивных сред и необходимостью весьма длительных испытаний.

Для ускоренной оценки склонности стали к МКК разработан ряд контрольных растворов, характеризуемых различными потенциалами. Основные методы контроля склонности стали к МКК в соответствии с ГОСТ 6032-84 — испытания в кипящих растворах сернокислой меди с добавками меди (методы AM и АМУ), фтористого натрия (метод АМУФ), серной кислоты сдобавками сернокислого железа (метод ВУ) и азотной кислоты (метод ДУ). Эти методы охватывают широкий диапазон потенциалов. Для коррозионно-стойких сталей (ГОСТ 5632-72 и ГОСТ 6032-84) указан конкретно метод испытаний.

Для определения склонности к МКК испытанию подвергают либо сварные образцы, либо, чаще, образцы после специальной термической обработки, провоцирующей возникновение МКК (провокация или сенсибилизация). Режим «провокации» зависит от структурного класса стали, и для стандартных методов испытаний и стандартных сталей указан в ГОСТ 6032-84. Для новых сталей метод контроля МКК выбирают с учетом окислительного потенциала среды, для которой предназначена сталь.

Надежную эксплуатацию оборудования из коррозионностойких сталей обеспечивают правильный выбор материала сварных соединений для условий работы и отсутствие нарушений технологических режимов при изготовлении и эксплуатации сварных конструкций. Для предупреждения возникновения склонности к МКК заблаговременно:
• снижают содержание углерода (не более 0,03%) в стали и швах для эксплуатации при температуре до 350 °С;
• выполняют стабилизацию карбидообразователями (легирование металла шва Ti, Nb, V) при эксплуатации оборудования при 550 °С;
• создают двухфазную аустенито-ферритную структуру (легирование металла шва элементами ферритизаторами — до 22-25% Cr, Si и др.).

Стабилизированные стали следует применять в тех случаях, когда, наряду с коррозионной стойкостью, предъявляют требования к прочности, так как низкоуглеродистые стали имеют более низкую прочность. Одним из методом уменьшения склонности к МКК в некоторых средах является использование материалов повышенной чистоты. Из-за высокой стоимости их применение должно быть достаточно обосновано.

Стойкость к МКК сварных соединений можно повысить, применяя высокую скорость охлаждения в области критических температур (500-600°С), принудительное охлаждение, ограничивая силу сварочного тока, используя ниточные валики.

Предупредить МКК можно термической обработкой (закалка и стабилизирующий отжиг), которая обеспечивает полное растворение карбидов хрома или уменьшает сегрегацию примесей по границам зерен. Для большинства аустенитных сталей обычно принят режим закалки, состоящий в быстром охлаждении (в масле, в воде или на воздухе) после нагрева при 1020-1060°С. Для низкоуглеродистых высоколегированных сталей, особенно с добавками бора, и для молибденосодержащих сталей, предназначенных для работы в окислительных средах, температура закалки должна быть повышена. Стабилизирующий отжиг проводят обычно в интервале 850-950°С при продолжительности 2-4 ч. Наиболее эффективен стабилизирующий отжиг для сталей с титаном или ниобием, так как происходит более полное связывание углерода стабилизирующими добавками, а также образование крупных разобщенных карбидов хрома. При последующем провоцирующем нагреве не происходит опасное образование пограничных карбидов, и МКК отсутствует. Стабилизирующий отжиг применим для повышения стойкости против МКК и нестабилизированных сталей, однако полное устранение склонности к МКК в этом случае невозможно из-за сохранения значительного пересыщения твердого раствора углеродом. При стабилизирующем отжиге могут повышаться прочностные свойства и снижаться пластичность стали, а также могут образовываться избыточные фазы (например, σ-фаза), снижающие стойкость, особенно в окислительных средах.

Методы устранения МКК, указанные выше, применимы к тем средам, где МКК связана с образованием обедненных хромом приграничных зон. В ферритных сталях отжиг при 700-800°С способствует равномерному выделению карбидов хрома по всему зерну, ликвидирует преимущественное выделение карбидов хрома на границах зерен. При проведении отжига хромистых ферритных сталей необходимо иметь в виду, что в результате длительного нагрева при температуре отжига или в случае замедленного охлаждения при температурах ниже 500°С могут развиваться процессы охрупчивания в результате образования σ-фазы или 475-градусной хрупкости. Устранение МКК в аустенитных и аустенито-ферритных сталях закалкой при 950-1080 °С основано на полном растворении карбида Cr₂₃C₆. Верхняя температурная граница нагрева должна быть ниже температуры растворения специальных карбидов титана или ниобия и температуры интенсивного роста зерна.

Источник

Межкристаллитная коррозия(МКК)

Межкристаллитная коррозия (МКК) – один из видов местной коррозии металла, который приводит к избирательному разрушению границ зерна. Межкристаллитная коррозия – очень опасный вид разрушения, т.к. визуально ее не всегда можно определить. Металл теряет свою пластичность и прочность.

Межкристаллитной коррозии чаще всего подвергаются металлы и сплавы, которые легко становятся пассивными. К ним относятся хромоникелевые и хромистые сплавы (нержавеющие стали), сплавы алюминия, никеля, некоторые другие.

Межкристаллитную коррозию изучали: Смирнов, И.А. Левин, Шрейдер, Г.Л. Шварц, Акимов, Ролласон, Бейн, Штраус и многие др.

Причина возникновения межкристаллитной коррозии: структурные превращения на границах зерен металла. Зона структурных превращений становится анодом, который усиленно растворяется. Связь между зернами металла нарушается и происходит их выкрашивание. Вследствии этих процессов металлические конструкции при эксплуатации теряют свои свойства и быстро приходят в негодность.

Факторы межкристаллитной коррозии (МКК):

2) Температура и время выдержки при повышенных температурах;

Скорость протекания межкристаллитной коррозии определяется потенциалом металла. Ускоренное ее развитие наблюдается при потенциалах входа в транспассивную область (1,15 – 1,25В), а также при потенциале активно-пассивного перехода (около 0,35В). В разных областях межкристаллитная коррозия может протекать по разным механизмам.

Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей связана с обеднением границ зерен хромом или образованием примесей (карбидов хрома). Наиболее часто встречается карбид Cr₂₃C₆, который сильно снижает пластичность и ударную вязкость металла.

Карбиды выступают в роли анода, из-за чего происходит резкое увеличение скорости межкристаллитной коррозии.

При повышенной температуре атомы углерода, которые намного меньше атомов хрома и обладают большей подвижностью, диффундируют к границам зерен не только с приграничных зон, но и с объема. При этом в карбидообразовании участвует почти весь углерод зерна, и только те атомы хрома, которые расположены почти у самых его границ. Карбиды концентрируются возле границ зерен, образуя сплошную цепочку. Так границы зерен оказываются обедненными хромом.

При воздействии агрессивной среды карбиды хрома растворяются.

О скорости межкристаллитной коррозии нержавеющих сплавов можно судить по концентрации в зерне атомов хрома. Чем больше разность концентраций хрома на границах зерна и в объеме – тем быстрее протекает межкристаллитная коррозия.

На склонность к карбидообразованию очень сильно влияет легирование нержавеющих сталей. V, W, Mo, Mn, Nb снижают активность углерода, предотвращая возможность возникновения межкристаллитной коррозии. Si, Co, Ni – напротив, увеличивают активность атомов углерода, усиливая МКК.

На протекание межкристаллитной коррозии при воздействии сильных окислителей большое влияние оказывает не один, а несколько факторов одновременно (интенсивное растворение избыточных фаз, неустойчивых в данной среде; влияние хромат-ионов; избирательное растворение границ зерна, обедненных хромом; избирательное растворение мест концентрации примесей; т.д.).

Межкристаллитная коррозия дюралюминия. На границах зерен в виде цепочки выпадает интерметаллическое соединение CuAl₂, которое разрушается при протекании коррозии с выделением водорода. За счет отсутствия окислителя в растворе на соединении CuAl₂ не образуется кроющая защитная пленка и идет его интенсивное растворение. Замечено, что первоначальное выделение водорода, дальнейшее развитие межкристаллитной коррозии наблюдается в местах трещин, микропор на поверхности сплава. Иногда межкристаллитная коррозия может развиваться с образованных между границами зерен питтингов. Подкисление электролита внутри питтинга способствует ее развитию. Поэтому рекомендуется для защиты от межкристаллитной коррозии дюралюминия и других алюминиевых сплавов, содержащих медь, уплотнять структуру металла.

При сварке почти расплавленный металл (с температурой около 1300 ο С) контактирует с холодным. В расплавленном металле растворяются карбиды хрома или титана, а при его охлаждении не успевают выделится новые карбиды. При этом углерод остается в твердом растворе. Из-за достаточно медленного охлаждения выпадает большое количество карбидов Cr. В агрессивных средах происходит постепенное растворение (на межкристаллитном уровне) узкой зоны возле сварного шва.

Предотвращение ножевой коррозии:

— применять только низкоуглеродистые хромоникелевые стали;

— избегать «опасных» температур околошовной зоны;

— использовать стабилизирующий отжиг при температурах 870 – 1150 ο С (карбиды Cr переходят в твердый раствор).

Источник

Межкристаллитная коррозия – опасная и невидимая

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

1 Ключевые особенности МКК – механизм и факторы развития

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

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

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

Основные факторы МКК следующие:

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

2 Частные случаи межкристаллитного разрушения

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

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

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

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

Ножевые разрушения можно предупредить такими методами:

3 Испытания на МКК – что оговорено Госстандартом?

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

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

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

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

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

4 АМУ и АМУФ – самые популярные методы

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

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

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

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

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

5 Другие способы определения стойкости металлов – как проводятся исследования?

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

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

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

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

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

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

Источник

Межкристаллическая коррозия

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.

Факторы, повышающие риск коррозии

К таким факторам относятся:

Методы профилактики межкристаллитной коррозии

Чтобы избежать возникновения транскристаллитной коррозии, необходимо:

Источник

• ← какие средство связи кроме союзов используется для соединения простых предложений в сложное
• какие среды жизни вам известны →