Задание на каждый понедельник (09.09.21) – Меры по предотвращению и контролю межкристаллической коррозии аустенитных нержавеющих сталей

Причины межкристаллической коррозии аустенитных нержавеющих сталей и меры по её предотвращению. При сохранении температуры в диапазоне 450–850°C или при медленном охлаждении у аустенитных нержавеющих сталей может возникнуть межкристаллическая коррозия. Чем выше содержание углерода, тем больше склонность к межкристаллической коррозии. Кроме того, в зоне термического воздействия сварных соединений также может возникнуть межкристаллическая коррозия. Это происходит из-за выпадения на границах кристаллов Cr23C6, богатого Cr. Это приводит к образованию зон с низким содержанием хрома в окружающей матрице, что, в свою очередь, способствует формированию коррозионной гальванической пары. В инженерии для предотвращения коррозии межкристаллических границ аустенита часто используются следующие методы: (1) снижение содержания углерода в стали, чтобы его концентрация была ниже уровня насыщенной растворимости в аустените в условиях равновесия; это позволяет избавиться от проблемы образования карбидов хрома (Cr23C6) на границах кристаллов. Обычно для обеспечения устойчивости к межкристаллической коррозии достаточно снизить содержание углерода в стали до 0,03%. (2) При добавлении элементов, таких как Ti и Nb, способных образовывать стабильные карбиды (TiC или NbC), можно предотвратить выпадение Cr23C6 на границах кристаллов, тем самым снижая риск межкристаллической коррозии у аустенитных нержавеющих сталей. (3) Путем регулирования соотношения элементов, способствующих образованию аустенита и феррита, в стали создается двухфазная структура из аустенита и феррита, при этом доля феррита составляет от 5% до 12%. Такая двухфазная структура не склонна к межкристаллической коррозии. (4) Применение соответствующих термообрабатывающих процедур позволяет предотвратить коррозию между кристаллами и обеспечить наилучшую стойкость к коррозии. Сталь нагревают до 1050–1150°C, затем быстро охлаждают в воде. Основная цель этого — растворить карбиды в аустените и сохранить этот состояние при комнатной температуре; это значительно улучшает коррозионную стойкость стали. Как уже упоминалось, для предотвращения межкристаллической коррозии обычно применяется процедура диффузии, при которой Cr23C6 растворяется в аустените, после чего происходит быстрое охлаждение. Для тонкостенных деталей можно использовать воздушное охлаждение, а в обычных случаях — водяное охлаждение.

Способы предотвращения межкристаллической коррозии у аустенитных нержавеющих сталей: ① Обработка методом «растворительной закалки»: сталь с образовавшимися областями с низким содержанием хрома нагревается до температуры около 1100°C для растворения хромовых карбидов; затем происходит водная закалка. Этот процесс позволяет быстро пройти через зону чувствительности, сохраняя при этом однородное содержание хрома в сплаве. ②В сталь добавляют небольшое количество элементов титана или ниобия, которые легче образуют карбиды. ③При снижении содержания углерода ниже 0,03% количество хрома, оседающего на границах кристаллов, становится очень малым.

①Используются низкоуглеродистые марки 00Cr19Ni10 (304L) или 00Cr17Ni14Mo2 (316L), а также более стабильные марки 0Cr18Ni11Ti (321, часто используется в Европе) или 0Cr18Ni11Nb (347, часто используется в США). Использование этих марок нержавеющей стали позволяет предотвратить осаждение карбидов во время сварки в количествах, способных привести к негативным последствиям. ②Если конструкционные детали небольшие и их можно обрабатывать термически в печи, то их можно подвергнуть термообработке при температуре 1040–1150°C для растворения хромовой карбидной фазы, а затем быстро охладить в диапазоне температур от 425 до 815°C для предотвращения осаждения углерода. У сварных ферритных нержавеющих сталей также может возникать межкристаллическая коррозия в некоторых средах. Это происходит из-за осаждения карбидов или оксидов при быстром охлаждении стали выше 925°C и деформации металлической решетки; устранение напряжений путем термообработки после сварки позволяет устранить эти напряжения и восстановить коррозионную стойкость. Добавление титана в количестве, в 8 раз превышающем содержание углерода, в нержавеющую сталь 1Cr17, как правило, способствует снижению межкристаллической коррозии сварных стальных конструкций в некоторых средах. Однако добавление титана в концентрированную нитратную кислоту неэффективно.