Формирование и предотвращение межкристаллитной коррозии

Формирование и предотвращение межкристаллитной коррозии нержавеющей стали

Постановка проблемы

Унифицированные технические регламенты обычно включают «сосуды из аустенитной нержавеющей стали, эксплуатируемые в среде, которая может вызывать межкристаллитную коррозию, после сварки должна быть проведена твердая растворная или стабилизационная обработка», выдвигаемое такое требование имеет свою рациональность.Но даже если конструктор выдвинул эту статью в технических требованиях чертежа, требующих от производителя проведения послесварочной термообработки емкостей из нержавеющей стали (например, теплообменника), ведь фактические параметры процесса термообработки трудно контроль и некоторые другие неожиданные трудности, как правило, трудно достичь идеальных требований, предложенных проектировщиком, большая часть оборудования из нержавеющей стали, находящегося в эксплуатации, используется после сварки.

Это наводит нас на мысль: межкристаллитная коррозия является наиболее распространенной формой коррозии аустенитной нержавеющей стали, так каков же механизм межкристаллитной коррозии?В какой среде протекает межкристаллитная коррозия?Каковы основные методы предотвращения и борьбы с межкристаллитной коррозией?Сосуды из аустенитной нержавеющей стали используются в средах, которые могут вызвать межкристаллитную коррозию. Всегда ли они проходят термическую обработку после сварки?

Формирование межкристаллитной коррозии нержавеющей стали

Постановка проблемы

Механизм производства

Межкристаллитная коррозия - это обычная локальная коррозия, коррозия вдоль границы зерен металла или сплава или развития прилегающей области, а коррозия зерен очень незначительна, эта коррозия называется межкристаллитной коррозией, эта коррозия значительно ослабляет сцепление между зернами.Сильная межкристаллитная коррозия может привести к потере прочности и пластичности металла и разрушению при нормальной нагрузке.Современная теория межкристаллитной коррозии в основном включает теорию дефицита хрома и теорию селективного растворения примесей на границах зерен.

Теория с низким содержанием хрома

Обычно используемая аустенитная нержавеющая сталь в окислительной или слабоокислительной среде вызывается межкристаллитной коррозией, в основном из-за неправильной термической обработки или использования.Так называемый неправильный нагрев относится к нагреву или медленному охлаждению стали через температурную зону 450 ~ 850 ℃, сталь будет чувствительна к межкристаллитной коррозии.Таким образом, эта температура является опасной температурой для аустенитной нержавеющей стали.Материалы из нержавеющей стали проходят обработку твердым раствором при выходе с завода, так называемая обработка твердого раствора заключается в нагревании стали до 1050 ~ 1150 ℃ после закалки, целью является получение однородного твердого раствора.Аустенитная сталь содержит небольшое количество углерода, и растворимость углерода в аустенитной стали уменьшается с понижением температуры.Например, при 1100 ℃ растворимость углерода в твердом состоянии составляет около 0,02 %, а при 500~700 ℃ — около 0,02 %.Таким образом, углерод в обработанной раствором стали перенасыщен.

При нагреве или охлаждении стали до 450~850 ℃ углерод (Fe, Cr) 23C6 может выделяться из аустенита и распределяться по границе зерен.Содержание хрома в (Fe, Cr) 23C6 значительно выше, чем в аустенитной матрице.Его осаждение, естественно, потребляет большое количество хрома вблизи границы зерна, и потребляемый хром не может быть своевременно восполнен из зерна посредством диффузии, поскольку скорость диффузии хрома очень низкая.Результаты. Содержание хрома вблизи границы зерна было ниже предела, необходимого для пассивации (то есть 12% Cr), образуя зону с низким содержанием хрома, таким образом, пассивность была нарушена, а потенциал области вблизи границы зерна уменьшился, но само зерно оставалось пассивным, потенциал был выше, зерно и граница зерна образовывали активное состояние - пассивность микрогальваническая батарея, батарея имела отношение площади большого катода к малому аноду.Это приводит к коррозии на границах зерен.

Теория селективного растворения зернограничных примесей

В производственной практике также известно, что аустенитная нержавеющая сталь в сильной окислительной среде (например, в концентрированной азотной кислоте) также может вызывать межкристаллитную коррозию, но коррозионная ситуация отличается от таковой в окислительной или слабой окислительной среде.Обычно возникает в стали после обработки раствором, после аллергической обработки стали обычно не возникает.Когда твердый раствор содержит примеси, такие как фосфор до 100 частей на миллион или примеси кремния в количестве 1000-2000 частей на миллион, они будут сегрегироваться на границе зерен.Эти примеси растворяются под действием сильной окислительной среды, что приводит к межкристаллитной коррозии.Однако в сенсибилизированной стали углерод может образовывать (MP) 23C6 с фосфором, или первая сегрегация углерода ограничивает диффузию фосфора к границе зерен, что в обоих случаях устраняет или уменьшает сегрегацию примесей на границе зерен, тем самым устраняя или снижение чувствительности стали к межкристаллитной коррозии.

Вышеуказанные две теории для объяснения механизма межкристаллитной коррозии применимы к микроструктуре определенных сплавов и определенных сред соответственно.Они не исключают друг друга, а дополняют друг друга.Большая часть наиболее часто встречающейся в производственной практике межкристаллитной коррозии нержавеющей стали происходит в слабых окислительных или окислительных средах, поэтому большинство случаев коррозии можно объяснить теорией дефицита хрома.

Полученная среда среды

Обычную межкристаллитную коррозию аустенитной нержавеющей стали вызывают два основных типа сред.Одна является окислительной или слабой окислительной средой, а другая - сильной окислительной средой, такой как концентрированная азотная кислота.Распространенным является первый тип, перечисленный ниже, является распространенной причиной среды межкристаллитной коррозии аустенитной нержавеющей стали.

Общая среда, вызывающая межкристаллитную коррозию аустенитной нержавеющей стали

Общие среды, вызывающие межкристаллитную коррозию в аустенитной нержавеющей стали, перечислены в Таблице данных о коррозии, составленной Г.А. Нельсоном: уксусная кислота, уксусная кислота + салициловая кислота, нитрат аммония, сульфат аммония, хромовая кислота, сульфат меди, жирная кислота, муравьиная кислота, железо. сульфат, плавиковая кислота + сульфат железа, молочная кислота, азотная кислота, азотная кислота + соляная кислота, щавелевая кислота, фосфорная кислота, морская вода, солевой туман, бисульфат натрия, гипохлорит натрия, диоксид серы (влажный), серная кислота, серная кислота + медь сульфат, серная кислота + сульфат железа, серная кислота + метанол, серная кислота + азотная кислота, сульфит, фталевая кислота, гидроксид натрия + сульфид натрия.

Испытание на склонность к межкристаллитной коррозии

Когда аустенитная нержавеющая сталь используется в среде, которая может вызвать межкристаллитную коррозию, испытание на склонность к межкристаллитной коррозии должно проводиться в соответствии с GB4334.1-GB4334 «Метод испытаний на межкристаллитную коррозию нержавеющей стали».Выбор метода испытания на склонность к межкристаллитной коррозии аустенитной нержавеющей стали и его квалификационные требования должны соответствовать следующим положениям:

(1) при температуре больше или равной 60 ℃ и концентрации больше или равной 5% азотной кислоты, используемой в аустенитной нержавеющей стали и концентрированной нитратной специальной нержавеющей стали, должны быть проверены в соответствии с GB4334.3 ' нержавеющая сталь, метод испытания на коррозию в 65 % азотной кислоте. Средняя скорость коррозии за пять или три цикла не должна превышать 0,6 г/м2 ч (или эквивалентно 0,6 мм/год).Образец может быть использован или сенсибилизирован.

(2) хромоникелевая аустенитная нержавеющая сталь (например, 0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni9, 00Cr19Ni10 и аналогичная сталь): общие требования: согласно GB4334.5 «серная кислота из нержавеющей стали - метод испытания на коррозию сульфата меди», после испытания на изгиб поверхность образца не должна иметь межкристаллитных коррозионных трещин.Более высокие требования: в соответствии с GB4334.2 «серная кислота из нержавеющей стали - метод испытания на коррозию сульфата железа» средняя скорость коррозии не должна превышать 1,1 г / м2 ч.

(3) молибденовая аустенитная нержавеющая сталь (например, 0Cr18Ni12Mo2Ti, 00Cr17Ni14Mo2 и аналогичная сталь): общие требования: согласно GB4334.5 «серная кислота из нержавеющей стали - метод испытания на коррозию сульфата меди», после испытания на изгиб поверхность образца не должна иметь межкристаллитных коррозионных трещин.Более высокие требования: согласно GB4334.4 «Азотная кислота из нержавеющей стали - метод испытания на коррозию плавиковой кислотой», коэффициент коррозии не превышает 1,5.Также в соответствии с GB4334.2 «метод испытания серной кислотой и сульфатом железа» средняя скорость коррозии не должна превышать 1,1 г / м2 ч.

(4) Если к среде предъявляются особые требования, может быть проведено испытание на межкристаллитную коррозию, отличное от вышеуказанных положений, и должны быть указаны соответствующие квалификационные требования.

Меры по предотвращению и борьбе с межкристаллитной коррозией

По механизму коррозии меры по предупреждению и борьбе с межкристаллитной коррозией аустенитной нержавеющей стали следующие:

(1) Использование сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали для снижения содержания углерода до 0,03% ниже, например, 00Cr17Ni14Mo2, так что сталь не образует (Fe, Cr) 23C6, без зоны с низким содержанием хрома, предотвращает образование межкристаллитная коррозия.Как правило, прочность невелика, усилие невелико, и требуются пластиковые детали.С экономической точки зрения можно выбрать 0Cr18Ni9.

(2) стабилизированная нержавеющая сталь, выбор стали, содержащей титан и ниобий из нержавеющей стали (то есть, мы часто говорим, стабилизированная нержавеющая сталь), выплавка стали с определенным количеством двух компонентов титана и ниобия, они и сродство к углероду, TiC или NbC образуется в стали, а растворимость в твердом состоянии TiC или NbC намного меньше, чем (Fe, Cr) 23C6, практически нерастворимая в аустените при температуре раствора.Таким образом, тенденция к межкристаллитной коррозии аустенитной нержавеющей стали в значительной степени устраняется, хотя (Fe, Cr) 23C6 не осаждается в больших количествах на границе зерен при аллергенной температуре.Такие стали, как 1Cr18Ni9Ti и 1Cr18Ni9Nb, могут работать в диапазоне 500 ~ 700 ℃ и не склонны к межкристаллитной коррозии.

(3) разрешающая обработка при сварке аустенитной нержавеющей стали, температура сварочной ванны превышает 1300 ℃, а температура по обеим сторонам сварного шва снижается с увеличением расстояния, среди которых есть температурная зона сенсибилизации.Следует стараться избегать аустенитной нержавеющей стали в диапазоне чувствительных температур нагрева и медленного охлаждения, если обнаруживается склонность к межкристаллитной коррозии, как правило, при нагревании нестабильной нержавеющей стали до 1000 ~ 1120 ℃, изоляции в соответствии с 1 ~ 2 минуты на миллиметр, а затем холодный;Стабилизированную нержавеющую сталь целесообразно нагревать до 950 ~ 1050 ℃.Сталь после обработки на твердый раствор следует по-прежнему предотвращать от нагрева при температуре сенсибилизации, иначе карбид хрома снова будет осаждаться вдоль границы зерна.

(4) При выборе правильного метода сварки для сварки, если операция не квалифицирована или сварочный материал слишком толстый, чем дольше время сварки, тем больше шансов остаться в температурной зоне сенсибилизации, что приводит к чувствительности основания. металла с обеих сторон шва к межкристаллитной коррозии.Чтобы уменьшить чувствительность сварных соединений, следует свести к минимуму ввод энергии линии.Как правило, входная энергия линии аргонно-дуговой сварки ниже, чем у дуговой сварки, поэтому при сварке и сварке следует использовать аргонно-дуговую сварку.Для сварных деталей следует выбирать сверхнизкоуглеродистую нержавеющую сталь или нержавеющую сталь, содержащую стабилизирующие элементы Ti и Nb, а для сварочных стержней следует выбирать электроды со сверхнизким содержанием углерода или электроды, содержащие Nb.При использовании аргонно-дуговой сварки во избежание перегрева сварных соединений операция должна быть быстрой, а сварка должна быстро охлаждаться, чтобы свести к минимуму время, в течение которого основной металл с обеих сторон сварного шва остается в сенсибилизированном диапазоне температур.

Послесварочная обработка

Зона сварки не обязательно уделяет особое внимание термообработке после сварки, общая обработка раствором должна находиться в диапазоне сохранения тепла 1100 ~ 1150 ℃ после определенного периода охлаждения, три минуты для завершения температурного диапазона охлаждения 925 ~ 540 ℃, продолжать охлаждать до 425 ℃ ниже;Стабилизационную обработку следует проводить в диапазоне температур 850 ~ 880 ℃ в течение нескольких часов после охлаждения на воздухе.Ожидаемый эффект термообработки после сварки тесно связан с ключевыми параметрами процесса во всем процессе термообработки (такими как температура на входе в печь, скорость повышения температуры, разница температур каждой части заготовки во время повышения температуры). процесс, атмосфера в печи, время выдержки, разница температур каждой детали в процессе выдержки, скорость охлаждения, температура на выходе и т. д.).

Для сосудов из аустенитной нержавеющей стали, используемых в средах, которые могут вызывать межкристаллитную коррозию, может быть достигнута обработка на твердый раствор или стабилизация общих деталей.Послесварочная термообработка всего контейнера (в основном теплообменника) столкнется со многими трудностями.Этот вид обработки представляет собой не частичную послесварочную термообработку, а всю свариваемую часть или весь контейнер после сварки.Из-за сложной конструкции и формы большинства контейнеров для химикатов (таких, как наши часто используемые кожухотрубные теплообменники).

Если после сварки требуется решить или стабилизировать зону сварки всего кожухотрубного теплообменника, вышеуказанные ключевые параметры процесса вообще нельзя контролировать, не говоря уже о гарантии качества термической обработки после сварки.Даже если обработка часто приводит к саморазрушению, не только структура сварного шва не улучшается, но также неоправданно ухудшается структура основного металла.Поэтому более 90 % химических сосудов из аустенитной нержавеющей стали, используемых в средах межкристаллитной коррозии, до сих пор эксплуатируются в послесварочном, а не в послесварочном состоянии термообработки.