Межкристаллитная коррозия
В материаловедении . межкристаллитная коррозия IGC ) , также известная как межкристаллитная коррозия ( IGA ), представляет собой форму коррозии , при которой границы кристаллитов ( материала более подвержены коррозии, чем их внутренности ( См. транскристаллитную коррозию.)
Описание
[ редактировать ]Такая ситуация может произойти в сплавах, устойчивых к коррозии, когда границы зерен истощены, что называется обеднение границ зерен элементами, ингибирующими коррозию, такими как хром, по какому-либо механизму. В никелевых сплавах и аустенитных нержавеющих сталях , куда хром добавляется для коррозионной стойкости, механизмом является осаждение карбида хрома на границах зерен, что приводит к образованию обедненных хромом зон, прилегающих к границам зерен (этот процесс называется сенсибилизацией ). . Минимально около 12% хрома требуется для обеспечения пассивации — механизма, с помощью которого на поверхности нержавеющей стали образуется ультратонкая невидимая пленка, известная как пассивная пленка. Эта пассивная пленка защищает металл от агрессивных сред. Свойство самовосстановления пассивной пленки делает сталь нержавеющей. Селективное выщелачивание часто включает механизмы истощения границ зерен.
Эти зоны также действуют как локальные гальванические пары , вызывая местную гальваническую коррозию . Такое состояние возникает, когда материал слишком долго нагревается до температуры около 700 °C и часто возникает во время сварки или неправильной термической обработки . Когда в результате сварки образуются зоны такого материала, возникающая в результате коррозия называется разрушением сварного шва . Нержавеющие стали можно стабилизировать против такого поведения путем добавления титана , ниобия или тантала , которые образуют карбид титана , карбид ниобия и карбид тантала предпочтительно, а не карбид хрома, путем снижения содержания углерода в стали, а в случае сварки также и в стали. присадочного металла до 0,02%, либо нагревом всей детали выше 1000 °С и закалкой ее в воде, приводящей к растворению карбида хрома в зернах и затем предотвращающей его осаждение. Другая возможность — сохранять свариваемые детали достаточно тонкими, чтобы при охлаждении металл рассеивал тепло слишком быстро, чтобы карбид хрома мог осаждаться. АСТМ А923, [1] АСТМ А262, [2] и другие подобные тесты часто используются для определения склонности нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии. Испытания требуют травления химическими веществами, которые выявляют наличие интерметаллических частиц, иногда в сочетании с V-образным надрезом по Шарпи и другими механическими испытаниями.
Другой родственный вид межкристаллитной коррозии называется ножевой атакой ( KLA ). Ножевая атака воздействует на стали, стабилизированные ниобием, такие как нержавеющая сталь 347. Титан, ниобий и их карбиды растворяются в стали при очень высоких температурах. При некоторых режимах охлаждения (в зависимости от скорости охлаждения) карбид ниобия не выделяется, и тогда сталь ведет себя как нестабилизированная сталь, образуя вместо этого карбид хрома. Это затрагивает только тонкую зону шириной в несколько миллиметров в самой близости от сварного шва, что затрудняет обнаружение и увеличивает скорость коррозии. Конструкции из таких сталей необходимо нагреть в целом примерно до 1065 ° C (1950 ° F), когда карбид хрома растворяется и образуется карбид ниобия. Скорость охлаждения после этой обработки не имеет значения, поскольку углерод, который в противном случае представлял бы риск образования карбида хрома, уже изолирован в виде карбида ниобия. [1]
Сплавы на основе алюминия имеются слои материалов, действующих как аноды могут быть чувствительны к межкристаллитной коррозии, если между кристаллами, богатыми алюминием, . Высокопрочные алюминиевые сплавы, особенно при экструдировании или ином подвергании высокой степени обработки, могут подвергаться расслаивающей коррозии (металлургия) , когда продукты коррозии накапливаются между плоскими, удлиненными зернами и разделяют их, что приводит к эффекту подъема или расслоения и часто распространяется. от краев материала по всей его структуре. [2] Межкристаллитная коррозия особенно опасна для сплавов с высоким содержанием меди .
Другие виды сплавов также могут подвергаться расслаиванию; чувствительность медно-никелевого сплава возрастает с увеличением содержания в нем никеля. Более широкий термин для этого класса коррозии — пластинчатая коррозия . Сплавы железа подвержены пластинчатой коррозии, так как объем оксидов железа примерно в семь раз превышает объем исходного металла, что приводит к образованию внутренних растягивающих напряжений , разрывающих материал. Подобный эффект приводит к образованию ламелей в нержавеющих сталях из-за разницы термического расширения оксидов и металла. [3]
Сплавы на основе меди становятся чувствительными, когда происходит обеднение содержания меди на границах зерен.
Анизотропные сплавы, в которых экструзия или тяжелая обработка приводят к образованию длинных плоских зерен, особенно склонны к межкристаллитной коррозии. [4]
Межкристаллитная коррозия, вызванная воздействием окружающей среды, называется коррозионным растрескиванием под напряжением . Межкристаллитную коррозию можно обнаружить ультразвуковыми и вихретоковыми методами.
Эффект сенсибилизации
[ редактировать ]Сенсибилизация означает осаждение карбидов на границах зерен нержавеющей стали или сплава, что делает сталь или сплав восприимчивыми к межкристаллитной коррозии или межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением.
Некоторые сплавы при воздействии температуры, характеризуемой как сенсибилизирующая температура, становятся особенно восприимчивыми к межкристаллитной коррозии. В агрессивной атмосфере границы зерен этих сенсибилизированных сплавов становятся очень реактивными, что приводит к межкристаллитной коррозии. Это характеризуется локализованным разрушением границ зерен и прилегающих к ним границ с относительно небольшой коррозией самих зерен. Сплав распадается (зерна выпадают) и/или теряет прочность.
На фотографиях представлена типичная микроструктура нормализованной (несенсибилизированной) нержавеющей стали марки 304 и сильно сенсибилизированной стали. образцы были отполированы и протравлены Перед фотографированием , а сенсибилизированные участки видны в виде широких темных линий там, где травильная жидкость вызвала коррозию. Темные линии состоят из карбидов и продуктов коррозии.Межкристаллитную коррозию обычно считают вызванной сегрегацией примесей по границам зерен или обогащением или обеднением одного из легирующих элементов в областях границ зерен. Так, было показано, что в некоторых алюминиевых сплавах небольшие количества железа сегрегируют по границам зерен и вызывают межкристаллитную коррозию. Кроме того, было показано, что содержание цинка в латуни выше на границах зерен и подвержено такой коррозии. Высокопрочные алюминиевые сплавы, такие как сплавы типа дюралюминия (Al-Cu), упрочнение которых зависит от выделенных фаз, подвержены межкристаллитной коррозии после сенсибилизации при температурах около 120 ° C. Сплавы с высоким содержанием никеля , такие как Inconel 600 и Incoloy 800, демонстрируют аналогичную восприимчивость. сплавы, содержащие алюминий, отлитые под давлением, Цинковые подвергаются межкристаллитной коррозии под действием пара в морской атмосфере. Cr-Mn и Cr-Mn-Ni Стали также подвержены межкристаллитной коррозии после сенсибилизации в диапазоне температур 420–850 °C. В случае аустенитных нержавеющих сталей , когда эти стали становятся сенсибилизированными при нагревании в диапазоне температур примерно от 520°C до 800°C, происходит обеднение хромом в области границ зерен, что приводит к восприимчивости к межкристаллитной коррозии. Такая сенсибилизация аустенитных нержавеющих сталей может легко произойти из-за требований к температурному режиму, как в парогенераторах , или в результате последующей сварки сформированной конструкции.
, использовалось несколько методов Для контроля или минимизации межкристаллитной коррозии чувствительных сплавов, особенно аустенитных нержавеющих сталей . высокотемпературная термообработка на раствор , обычно называемая отжигом на раствор , закалкой-отжигом Например, использовалась или закалкой на раствор. Сплав нагревают до температуры от 1060°C до 1120°C, а затем закаливают водой. Этот метод вообще непригоден для обработки крупных узлов, а также неэффективен там, где в дальнейшем сварку применяют для ремонта или крепления других конструкций.
Другой метод борьбы с межкристаллитной коррозией включает в себя введение сильных карбидообразователей или стабилизирующих элементов, таких как ниобий или титан в нержавеющие стали . Такие элементы имеют гораздо большее сродство к углероду , чем хром ; Образование карбидов с этими элементами снижает количество углерода, доступного в сплаве для образования карбидов хрома . Такая стабилизированная титансодержащая аустенитная хромо-никель-медно-медная нержавеющая сталь показана в патенте США № 1,500,000. № 3562781. Или в нержавеющей стали первоначально может быть уменьшено содержание углерода ниже 0,03 процента, так что углерода будет недостаточно для образования карбидов. Эти методы дороги и эффективны лишь частично, поскольку со временем может возникнуть сенсибилизация. Низкоуглеродистые стали также часто демонстрируют меньшую прочность при высоких температурах.