Межкристаллитная коррозия: причины, испытания и способы предотвращения

Межкристаллитная коррозия (МКК) — опасный вид разрушения металлов, при котором коррозионные процессы происходят по границам зерен в структуре материала. Этот вид коррозии представляет собой серьезную угрозу для эксплуатационных характеристик металлов, так как вызывает потерю прочности, пластичности и в конечном счете — разрушение изделия. Данная проблема свойственна для коррозионностойких сталей, особенно при эксплуатации в агрессивных средах или после термической обработки. Рассмотрим причины возникновения МКК, методы испытаний и способы защиты материалов.

Причины возникновения межкристаллитной коррозии

МКК может быть вызвана несколькими ключевыми факторами:

1. Неоднородность структуры материала. Включения примесей и наличие микроскопических дефектов на границах зерен создают благоприятные условия для зарождения коррозионных трещин.
2. Термическая обработка. Различные режимы термической обработки, например, сварка или закалка, могут изменять внутреннюю структуру стали, увеличивая ее склонность к межкристаллитной коррозии.
3. Влияние агрессивных сред. Кислоты, щелочи и другие коррозионно-активные вещества могут проникать вдоль границ зерен, разрушая их. Особую опасность представляют растворы серной и азотной кислот, которые часто используются в промышленных процессах.

Хром в составе сталей

При работе с хромистыми сталями нужно помнить, что в сочетании с углеродом хром может образовывать карбиды. Эти химические соединения сегрегируют к границам зерен, что приводит к образованию коррозионно-активных зон и повышает риск возникновения МКК. 

Для предотвращения межкристаллитной коррозии важно учитывать особенности выбираемых материалов, а также рекомендуемые режимы термической обработки. При работе с большинством сталей и сплавов, включая коррозионностойкие, следует обеспечить защиту материала от воздействия агрессивных сред.

Испытания на межкристаллитную коррозию

Одна из основных причин МКК коррозионностойких сплавов — длительный нагрев при сварке или обработке давлением, приводящий к электрохимической гетерогенности (неоднородности поверхности) и нарушению связей между зернами. Также температурное воздействие вызывает обеднение приграничных областей элементами, которые обуславливали устойчивость материала к агрессивным средам.

Для оценки склонности сталей к межкристаллитной коррозии проводятся испытания в соответствии с ГОСТ 6032–2017. В ходе исследования материал подвергают воздействию высоких температур и агрессивных химических сред для имитации условий, при которых может развиться МКК.

1. Термическое воздействие. Хромистые стали нагревают до температуры 1100°C на 30 часов, а аустенитные хромоникелевые — до 700°C на срок до 60 часов. Это позволяет искусственно вызвать условия, способствующие развитию межкристаллитной коррозии.
2. Воздействие химических реагентов. После термообработки образцы выдерживаются в кипящем растворе серной или азотной кислоты для создания агрессивной среды. Продолжительность выдержки и выбор коррозионной среды обусловливается сферой применения конкретной марки стали.
3. Механические испытания. Испытания включают изгиб образцов на угол 90° и их последующее металлографическое исследование. Также возможно травление специальными реактивами. Отсутствие трещин на поверхности образцов после механического воздействия указывает на устойчивость материала к МКК.

Этот метод позволяет точно определить, насколько устойчив материал к межкристаллитной коррозии в реальных условиях эксплуатации, что особенно важно для сталей, предназначенных для использования в агрессивных средах.

Основные виды коррозионностойких сталей

Коррозионностойкие стали имеют широкий спектр применения благодаря своей устойчивости к воздействию атмосферы и других агрессивных сред. Среди устойчивых к коррозии материалов выделяются несколько основных групп.

Ферритные, мартенситно-ферритные и мартенситные стали

Эти стали, содержащие значительное количество хрома, после охлаждения на воздухе получают ферритную, мартенситную или мартентстно-ферритную структурой. Они устойчивы к коррозии в условиях умеренных температур (до 300°C), в том числе в присутствии азотной кислоты, влажной атмосферы, водопроводной воды и органических соединений. Однако в морской воде такие стали подвержены коррозионному растрескиванию под воздействием напряжений.

Пример стали: марка 20Х13, производимая ПЗПС, является представителем мартенситных сталей, которые отличаются хорошими механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

Аустенитные коррозионностойкие стали

Эти стали были разработаны в начале XX века немецким инженером Бенно Штраусом, который в то время был директором научно-исследовательского института компании Krupp Iron Works. В 1912 году Б. Штраус со своим коллегой Э. Маурэр запатентовали первый аустенитный сплав, который содержал 7% никеля и 21% хрома. С тех пор подобные материалы стали одними из самых популярных благодаря высоким эксплуатационным характеристикам. Наиболее широкое распространение получили стали марок 03Х18Н12, 04Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т и 17Х18Н9.

Аустенитную структуру хромникелевые сплавы получают в процессе охлаждения на воздухе. По сравнению с хромистыми сталями, хромникелевые обладают более высокой устойчивостью к коррозии, которая не снижается при нагреве материала.

После закалки аустенитные стали приобретают следующие свойства:

• высокую пластичность и низкую твердость;
• чистую аустенитную структуру, что делает их немагнитными;
• отличную свариваемость и технологичность, что расширяет области их применения.

Пример стали: ПЗПС выпускает аустенитные стали марок 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9СМР и 10Х17Н13М3Т, которые находят применение в химической и пищевой промышленности благодаря своей коррозионной стойкости и технологичности. Кроме того, на предприятии возможна разработки и изготовление других коррозионностойких сплавов.

Методы предотвращения межкристаллитной коррозии

Для минимизации риска межкристаллитной коррозии необходимо учитывать следующие факторы:

1. Выбор подходящих материалов. Использование сталей с низким содержанием углерода или с добавлением стабилизирующих элементов (например, титана) может предотвратить образование карбидов хрома на границах зерен.
2. Контроль за термической обработкой. Правильный выбор температурных режимов термообработки позволяет сохранить структуру материала и минимизировать риски развития МКК.
3. Защита от агрессивных сред. Покрытие материалов защитными слоями или использование ингибиторов коррозии помогает предотвратить контакт металла с коррозионно-активными веществами.

ПЗПС специализируется на производстве высококачественных сталей различных классов. Продукция компании соответствует международным стандартам и проходит строгий контроль на предмет устойчивости к межкристаллитной коррозии. За счет высокой технологичности и широкого ассортимента продукция ПЗПС находит применение в различных отраслях промышленности — от машиностроения до химической отрасли.

Свяжитесь с нами для консультации или оформления заказа — мы поможем выбрать сталь, которая будет отвечать всем вашим требованиям.

‍