Методы и характеристики коррозии нержавеющей стали | MachineMFG

Методы и характеристики коррозии нержавеющей стали

0
(0)

1. Краткое введение в режимы коррозии нержавеющей стали

В широком спектре промышленных применений нержавеющая сталь обеспечивает удовлетворительную коррозионную стойкость.

Исходя из опыта, коррозия нержавеющей стали, помимо механических повреждений, в основном проявляется в виде локальной коррозии, которая включает коррозионное растрескивание под напряжением (КРН), питтинг, межкристаллитную коррозию, коррозионную усталость и щелевую коррозию.

Методы и характеристики коррозии нержавеющей стали

1.1 Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН)

Коррозионное растрескивание под напряжением - это тип разрушения, возникающий в сплавах под напряжением в коррозионной среде из-за распространения трещин. КРН имеет характеристики хрупкой поверхности разрушения, но может возникать и в материалах с высокой вязкостью.

Необходимые условия для возникновения SCC включают растягивающее напряжение (будь то остаточное напряжение, приложенное напряжение или и то, и другое) и наличие определенной коррозионной среды. Образование и распространение трещин обычно происходит перпендикулярно направлению растягивающего напряжения.

Уровень напряжения, вызывающий SCC, значительно меньше уровня напряжения, необходимого для разрушения материала в отсутствие коррозионной среды.

В микроскопическом масштабе трещины, проходящие через зерна, называются трансгранулярными, а трещины, распространяющиеся по границам зерен, - межгранулярными.

Когда SCC прогрессирует до определенной глубины (когда напряжение в поперечном сечении нагруженного материала достигает напряжения разрушения в воздухе), происходит нормальное разрушение материала (в прочных материалах, как правило, за счет скопления микроскопических дефектов).

Поэтому поверхность разрушения детали, вышедшей из строя в результате SCC, будет содержать участки, характерные для SCC, а также участки "вязкой ямочки", связанные с агрегацией микроскопических дефектов.

Основными условиями возникновения коррозионного растрескивания под напряжением обычно являются слабая коррозионная среда, определенное растягивающее напряжение и специфическая коррозионная система, состоящая из определенных металлических материалов. Эта тема будет подробно рассмотрена ниже.

a. Коррозионное растрескивание под напряжением может возникнуть только тогда, когда слабая коррозия образует нестабильную защитную пленку на металлическая поверхность.

Результаты экспериментов показывают, что снижение значения pH уменьшает восприимчивость аустенитной нержавеющей стали к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Конструкционная сталь общего назначения в средах с нейтральным и высоким уровнем pH подвергается коррозионному растрескиванию под напряжением по различным механизмам.

b. Коррозия имеет тенденцию возникать при определенных условиях деформации растяжения.

Для коррозионного растрескивания под напряжением хромоникелевой нержавеющей стали связь между напряжением (σ) и временем растрескивания (ts) обычно рассматривается в соответствии с уравнением 1gts=a+bσ, где a и b - константы.

Это говорит о том, что чем выше напряжение, тем меньше времени проходит до появления коррозионного растрескивания под напряжением в нержавеющей стали.

Исследования коррозионного растрескивания под напряжением нержавеющей стали показывают, что существует критическое значение напряжения для возникновения коррозии под напряжением, которое обычно обозначается σSCC.

Если напряжение ниже этого значения, коррозионное растрескивание под напряжением не происходит. Значение σSCC зависит от типа среды, концентрации, температуры и различных составов материала. Среда, вызывающая коррозионное растрескивание под напряжением, довольно сложна.

Речь идет не только о рабочих напряжениях, но и о комбинации этих напряжений с остаточными напряжениями, возникающими в металле в результате производства, сварки или термообработки.

c. Металлические средние системы подвержены коррозионному разрушению под напряжением.

Чаще всего коррозию под напряжением вызывают такие среды, как хлориды, растворы щелочей и сероводород.

Результаты исследований влияния ионов металлов в различных хлоридах привели к коррозионному растрескиванию под напряжением в нержавеющей стали Cr+Ni. Влияние различных хлоридов уменьшается в порядке убывания ионов Mg2+, Fe3+, Ca2+, Na+, Li+.

d. Влияние материалов, структуры и условий напряжения.

Примесные элементы сильно влияют на чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением. В нержавеющей стали содержание азота, превышающее 30×10^-6, может значительно увеличить чувствительность к хлоридной хрупкости.

Чувствительность стали к коррозии под напряжением зависит от содержания углерода.

При низком содержании углерода чувствительность стали возрастает по мере увеличения содержания углерода. Когда ω(C) больше 0,2%, устойчивость к коррозии под напряжением имеет тенденцию к стабилизации. Когда ω(C) составляет 0,12%, чувствительность к коррозии под напряжением максимальна.

Структурное состояние материала существенно влияет на чувствительность к коррозии под напряжением. Чем больше неоднородность материала, тем проще создать активные катодные каналы и вызвать коррозию под напряжением. С увеличением размера зерна повышается чувствительность стали к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Чем выше концентрация среды и температура окружающей среды, тем легче происходит коррозионное растрескивание под напряжением. Коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное хлоридами, обычно происходит при температуре выше 60℃, и чувствительность резко возрастает с увеличением температуры.

Коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное растворами щелочей, обычно происходит при температуре 130℃ или выше. Коррозионное растрескивание под напряжением в растворе сероводорода происходит в основном при низких температурах.

Влияние материала прочность и твердость на чувствительность к коррозии под напряжением зависит от фактического состояния компонента. При одинаковых условиях контроля деформации (напряжения), чем выше прочность и твердость материала, тем больше напряжение в его компоненте, и тем выше чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением.

При одинаковом контроле напряжений с увеличением прочности и твердости материала чувствительность детали к коррозионному растрескиванию под напряжением снижается.

Как правило, когда внешняя нагрузка (напряжение, вызванное деформацией, или внешняя нагрузка) достигает более 85% от предел текучести материала, вероятность того, что деталь подвергнется коррозионному растрескиванию под напряжением, значительно возрастает.

Наиболее эффективным методом предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением является выбор материалов, устойчивых к такому растрескиванию в данной среде.

1.2 Точечная коррозия

Питтинговая коррозия, также известная как коррозия полостей, является одной из форм электрохимической коррозии и распространенным видом локальной коррозии нержавеющей стали.

Как уже говорилось ранее, превосходная коррозионная стойкость нержавеющей стали обусловлена наличием невидимой окисленной пленки, которая делает ее пассивной. Если эта пассивная пленка разрушается, нержавеющая сталь корродирует. Характерным проявлением точечной коррозии являются локальные коррозионные ямки на поверхности.

При удалении кожи ямы обнаруживаются сильные коррозионные кратеры, иногда покрытые слоем продуктов коррозии. После удаления обнажаются сильные коррозионные ямы. Кроме того, при определенных условиях окружающей среды коррозионные ямы могут иметь особую морфологию, напоминающую пагоду.

К факторам, способствующим точечной коррозии, относятся:

a) Средой, вызывающей точечную коррозию, является присутствие ионов центральных металлов, таких как Fe3+, Cu2+, Hg2+ в растворах Cl-, Br-, I- и ClO-4, или ионов щелочных и щелочноземельных металлов Na+, Ca2+ в растворах, содержащих H2O2, O2.

Скорость коррозии увеличивается с повышением температуры. Состояние жидкости в растворе также влияет на возникновение точечной коррозии. Когда скорость потока достигает определенного уровня, точечная коррозия не возникает.

b) Добавление Mo в нержавеющую сталь может привести к образованию плотной и прочной пассивной пленки на поверхности нержавеющей стали, что приводит к увеличению потенциала питтинговой коррозии и повышает способность противостоять питтинговой коррозии. При увеличении содержания Cr скорость питтинговой коррозии нержавеющей стали снижается.

c) Процесс термообработки нержавеющей стали сильно влияет на питтинговую коррозию. Термообработка при температурах, сравнимых с температурой осаждения карбидов, может увеличить количество случаев точечной коррозии.

г) Обработка и деформация также повышают чувствительность к точечной коррозии.

Следующие меры помогут предотвратить точечную коррозию:

  • Избегайте концентрации галоидных ионов.
  • Добавьте соответствующее количество молибдена и увеличьте содержание хрома в аустенитной нержавеющей стали. Применяйте разумный процесс термообработки.
  • Обеспечьте однородность окислительного раствора. Увеличьте концентрацию кислорода или удалите его.
  • Увеличьте значение pH раствора.
  • Работайте при минимально возможной температуре.
  • Добавьте пассиваторы в коррозионную среду.
  • Используйте катодную защиту для поддержания потенциала материала ниже критического потенциала питтинговой коррозии.

1.3 Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия коррозия нержавеющей стали - это вид коррозии, которая происходит вдоль или непосредственно рядом с границами зерен.

Эта коррозия вызывается выпадением карбидов хрома по границам зерен при определенных условиях термообработки, которые образуют обедненные хромом зоны вблизи границ зерен и преимущественно растворяются в коррозионной среде.

Коррозия, возникающая между зернами, является серьезной формой деградации, поскольку она приводит к потере прочности связи между зернами, практически полностью снижая прочность материала.

После того как металл подвергся межкристаллитная коррозияВнешний вид практически не меняется - геометрические размеры и металлический блеск поверхности остаются неизменными, но длина и удлинение значительно уменьшаются.

При воздействии холодного изгиба, механического удара или сильного гидроудара на ней появляются трещины. металлическая поверхностьОни могут даже стать хрупкими. При небольшом усилии зерна отпадают сами собой, теряя металлический звук.

Металлографическое исследование выявляет равномерную коррозию по границам зерен, а в некоторых случаях наблюдается смещение зерен. При исследовании с помощью сканирующего электронного микроскопа поверхность излома имеет морфологию, напоминающую гранулированный сахар.

Общепринятой причиной межкристаллитной коррозии является наличие включений или выпадение определенных соединений (например, карбидов или сигма-фазы) на границах зерен, что снижает электродный потенциал основного металла на границе зерен.

Когда на поверхности присутствует электрический диэлектрик, коррозия возникает на границах зерен и постепенно распространяется вглубь. Будет ли определенный материал подвергаться межкристаллитной коррозии, зависит от характеристик материала и системы сред.

В такой системе скорость растворения в приграничной области материала выше, чем в теле зерна, что приводит к межкристаллитной коррозии.

Профилактические меры против межкристаллитной коррозии следующие.

a. Снижение содержания углерода: За счет снижения содержание углерода в стали Если уровень растворимости ниже порога растворимости, осаждение карбидов предотвращается. В качестве альтернативы, небольшое поднятие выше порога растворимости позволяет лишь незначительному количеству карбидов осаждаться на границах зерен, что недостаточно для возникновения риска межкристаллитной коррозии.

b. Добавление сильных карбидообразующих элементов: Легирование стабилизирующими элементами, такими как Титан (Ti) и ниобия (Nb), или следовые количества адсорбирующих элементов на границе зерен, таких как бор (B). Эти элементы проявляют сильное сродство к углероду, образуя нерастворимые карбиды, объединяющие углерод, никель и ниобий в формы TiC и NbC. Это эффективно предотвращает истощение хрома, вызванное выпадением в осадок соединений Cr23C6.

c. Использование соответствующих методов термообработки: Это необходимо для того, чтобы избежать или изменить тип осадков, образующихся на границах зерен. Обработка раствором позволяет повторно растворить осажденные карбиды, устраняя тенденцию к межкристаллитной коррозии после сенсибилизации. Длительная сенсибилизирующая обработка позволяет хрому достаточно времени для диффузии к границам зерен, смягчая локальное обеднение хромом.

1.4 Щелевая коррозия

a. Причины щелевой коррозии:

В электролите образуется концентрационная ячейка из-за небольших щелей между нержавеющей сталью и другим металлом или неметаллом. Это приводит к локальной коррозии внутри или вблизи щели, известной как щелевая коррозия. Щелевая коррозия может возникать в различных средах, но наиболее сильно она проявляется в растворах хлоридов.

В морской воде механизм щелевой коррозии отличается от точечной, но диффузионные механизмы схожи: в обоих случаях происходят автокаталитические процессы. Это снижает значение pH в щели и ускоряет миграцию хлорид-ионов к очагу коррозии.

b. Профилактические меры против щелевой коррозии:

В коррозионной среде щели могут образовываться из-за отложений на поверхности стали, продуктов коррозии и других неподвижных веществ. На фланцевых и резьбовых соединениях всегда имеются щели, поэтому для уменьшения ущерба от щелей предпочтительно использовать сварку вместо болтовых соединений или заклепок.

Кроме того, необходимо регулярно удалять отложения на металлической поверхности. На фланцевых соединениях следует использовать водонепроницаемые уплотнительные участки. Повышение содержания легирующих элементов, устойчивых к точечной коррозии, обычно улучшает стойкость к щелевой коррозии. Для повышения стойкости к щелевой коррозии можно использовать хромоникелевую нержавеющую сталь, содержащую молибден.

1.5 Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия - это коррозия, вызванная соединением двух или более различные металлыТакже известна биметаллическая коррозия.

a. Причины гальванической коррозии:

Гальваническая коррозия возникает, когда металлический компонент, погруженный в раствор электролита, контактирует с другими компонентами, имеющими разные электродные потенциалы, или когда на разных частях одного и того же металлического компонента возникает разность потенциалов.

Металл или детали с более низким электродным потенциалом корродируют быстрее, что приводит к гальванической коррозии. Степень гальванической коррозии зависит от разности потенциалов между двумя металлами до короткого замыкания, которая варьируется в различных средах.

b. Меры по предотвращению гальванической коррозии:

Для предотвращения гальванической коррозии следует максимально уменьшить количество первичных элементов и снизить разность потенциалов электродов. Необходимо приложить усилия для формирования на поверхности стали устойчивой, полной, плотной и прочно соединенной пассивирующей пленки.

Методы и характеристики коррозии нержавеющей стали

2. Коррозионная стойкость нержавеющей стали в агрессивных средах

2.1 Атмосферная коррозия

Устойчивость нержавеющей стали к атмосферной коррозии в основном зависит от содержания хлоридов в атмосфере. В общих атмосферных условиях коррозионная стойкость нержавеющей стали обычно ранжируется следующим образом: Cr13, Cr17 и 18-8.

В сельской местности сталь Cr13 и Cr17 может удовлетворять требованиям коррозионной стойкости. В городских или промышленных условиях для использования внутри помещений можно выбрать сталь Cr13 или Cr17, а для использования вне помещений следует выбирать сталь Cr17.

Если атмосфера содержит C12, H2S и CO2, сталь 18-8 и аустенитная нержавеющая сталь 18-14-2 могут удовлетворить требованиям по коррозионной стойкости.

В морской атмосфере особенно заметна коррозия под действием хлорид-ионов. Стали Cr13 и Cr17 не могут удовлетворить требованиям по коррозионной стойкости. Ржавчина и точечная коррозия возникают за очень короткое время.

Коррозионная стойкость стали 18-8 в таких условиях также не идеальна, о чем свидетельствует появление тонкой, легко удаляемой ржавчины. Коррозионная стойкость стали 18-12-2 сравнительно идеальна.

Эта сталь обычно имеет очень низкую скорость коррозии (0,0254 мкм/год) и неглубокую точечную коррозию (0,024 см). В морских атмосферных условиях молибденсодержащие нержавеющие стали OCr17Ni12Mo2 и 30Cr-2Mo в основном отвечают требованиям коррозионной стойкости.

2.2 Водная среда

По содержанию солей вода подразделяется на высокочистую, пресную (содержание солей менее 0,05%), морскую (содержание солей от 3,0% до 3,5%), солоноватую (содержание солей между пресной и морской водой) и кислую.

Скорость коррозии нержавеющей стали в воде высокой чистоты самая низкая (менее 0,01 мм/год). Средой применения воды высокой чистоты часто является атомная промышленность. Как правило, стали 0Cr19Ni9, 00CrNi11, 0Cr17Ni12Mo2, 0Cr17Ni14Mo2 отвечают требованиям коррозионной стойкости.

В условиях промышленной воды (пресной) стали Cr13, Cr17 и 18-8 обычно отвечают требованиям коррозионной стойкости. Детали, работающие в водной среде, подвержены кавитации. Cr13Ni4, M50NiL, 16CrNi4Mo - высокопрочные нержавеющие стали, устойчивые к кавитации.

Нержавеющие стали 0Cr13, Cr13, Cr17, 0Cr18Ni9 или 0Cr18Ni11Ti обычно используются для изделий, которые подвергаются воздействию атмосферы и часто подвергаются коррозии в пресной воде. В медицинском оборудовании часто используется 3Cr13, 4Cr13, мартенситные нержавеющие стали 9Cr18.

Основными формами повреждения нержавеющей стали в морской воде являются точечная коррозия, щелевая коррозия и коррозия под напряжением. На нее также влияют многие факторы, такие как содержание кислорода в морской воде, концентрация хлорид-ионов, температура, скорость потока и загрязнение.

Как правило, в морской воде ниже 30℃, ω(Mo) 2%-4% нержавеющая сталь может соответствовать требованиям коррозионной стойкости.

Кислотные воды относятся к загрязненным природным водам, которые выщелачиваются из руд и различных веществ. Кислая вода обычно содержит большое количество свободной серной кислоты и большое количество сульфата железа. В таких условиях аустенитная нержавеющая сталь обладает более высокой коррозионной стойкостью.

2.3 Почва

Металлы, находящиеся в почве, подвержены постоянным изменениям под воздействием погодных условий и множества других факторов. Аустенитные нержавеющие стали обычно демонстрируют устойчивость к коррозии большинства почв.

Стали типов 1Cr13 и 1Cr17 склонны к точечной коррозии во многих почвах. Нержавеющая сталь 0Cr17Ni12Mo2 демонстрирует устойчивость к точечной коррозии во всех типах почв.

2.4 Азотная кислота

Почти все нержавеющие стали легко пассивируются в разбавленной азотной кислоте, демонстрируя довольно хорошую коррозионную стойкость. Ферритные нержавеющие стали и аустенитные нержавеющие стали с содержанием хрома не менее 14% обладают превосходной коррозионной стойкостью к азотной кислоте.

В условиях работы с менее чем 65% (по весу) разбавленной азотной кислотой обычно используется нержавеющая сталь типа 18-8. В условиях с 65% - 85% (по весу) разбавленной азотной кислоты нержавеющая сталь Cr25Ni20 может соответствовать требованиям по коррозионной стойкости.

Когда концентрация азотной кислоты слишком высока, нержавеющие стали Si (такие как 0Cr13Si4NbRE, 1Cr17Ni11Si4, 00Cr17Ni17Si6 и т.д.) могут удовлетворить требованиям по коррозионной стойкости.

Нержавеющие стали, содержащие Mo, как правило, не устойчивы к коррозии в азотной кислоте, но иногда их используют для предотвращения точечной коррозии в условиях, когда азотная кислота содержит хлорид-ионы.

2.5 Серная кислота

 Стандарт марки нержавеющей стали редко используются в растворах серной кислоты. При комнатной температуре нержавеющая сталь 0Cr17Ni12Mo2 устойчива к коррозии, если концентрация серной кислоты превышает 85%, или составляет менее 15%.

Аустенитные нержавеющие стали и ферритно-аустенитные дуплексные нержавеющие стали, содержащие Mo, Cu, Si (с весовым процентом от 3% до 4%), демонстрируют наилучшую коррозионную стойкость к серной кислоте.

2.6 Фосфорнокислая среда

 Аустенитные нержавеющие стали обладают хорошей коррозионной стойкостью к растворам фосфорной кислоты. Однако в практическом применении фосфорная кислота часто содержит различные примеси, такие как фтор, хлорид-ионы и металлические ионы, например, алюминия, магния и сульфат-ионы, которые ускоряют процесс коррозии. коррозия нержавеющей стали.

Аустенитные нержавеющие стали 00Cr27Ni31Mo3Cu и 00CtNi35Mo3Cu являются лучшими нержавеющими сталями с точки зрения комплексных характеристик и устойчивости к коррозии под воздействием примесей фосфорной кислоты, таких как фтор и хлорид-ионы.

В этих условиях работы 0Cr17Ni14Mo2, 00Cr19Ni13Mo3 и другие с содержанием Mo от 2% до 4% по весу, высокохромистая дуплексная сталь 00Cr26Ni6Mo2Cu3 и высокомолибденовая нержавеющая сталь 00Cr20Ni25Mo4.5Cu, а также высокохромистые суперферритные нержавеющие стали 00Cr26Mo1, 00Cr30Mo2 и т.д. демонстрируют хорошую коррозионную стойкость к фосфорной кислоте.

Мартенситные и ферритные нержавеющие стали демонстрируют более низкую коррозионную стойкость к фосфорной кислоте по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями.

2.7 Соляная кислота

При комнатной температуре соляная кислота различной концентрации может быстро разъедать нержавеющую сталь, поэтому нержавеющая сталь не может использоваться в условиях, связанных с соляной кислотой.

2.8 Уксусная кислота

Аустенитные нержавеющие стали обычно демонстрируют отличную устойчивость к коррозии в уксусной кислоте. С увеличением содержания молибдена (Mo) в стали ее коррозионная стойкость повышается. Однако в уксусной кислоте, содержащей хлорид-ионы, скорость коррозии значительно ускоряется.

Нержавеющие стали, такие как 0Cr17Ni12Mo2 и 00Cr18Ni16Mo5 с содержанием молибдена от 2% до 4%, дуплекс 00Cr18Ni16Mo3N и некоторые сплавы на основе никеля обладают превосходной коррозионной стойкостью.

2.9 Муравьиная кислота

При комнатной температуре аустенитные нержавеющие стали обладают отличной устойчивостью к коррозии муравьиной кислотой. Но в условиях, когда используется горячая муравьиная кислота, она может быстро разъесть нержавеющую сталь без молибдена.

Стали 0Cr17Ni12Mo2 и 0Cr19Ni13Mo3 обладают жаростойкими свойствами против коррозии муравьиной кислотой. Муравьиная кислота вызывает коррозию мартенситных и ферритных нержавеющих сталей при любых температурах.

2.10 Оксалиновая кислота

Нержавеющая сталь демонстрирует отличную коррозионную стойкость при комнатных температурах с концентрацией 50%.

При более высоких температурах или концентрации 100% все нержавеющие стали плохо противостоят коррозии щавелевой кислотой.

2.11 Молочная кислота

При максимальной температуре около 38°C нержавеющая сталь 0Cr18Ni9 обладает отличной коррозионной стойкостью.

К более термостойким типам относятся 0Cr17Ni12Mo2 и 0Cr19Ni13Mo3. Как правило, мартенситные и ферритные нержавеющие стали плохо противостоят коррозии молочной кислотой.

2.12 Фтористоводородная кислота

Большинство нержавеющих сталей не устойчивы к коррозии в плавиковой кислоте. При наличии кислорода и окислителей в плавиковой кислоте коррозионная стойкость аустенитных нержавеющих сталей с высоким содержанием никеля, молибдена и меди значительно повышается.

2.13 Щелочи

Нержавеющие стали обычно обладают хорошей устойчивостью к слабым щелочам. Хром и никель в составе стали вносят положительный вклад в устойчивость к щелочной коррозии. Ферритная нержавеющая сталь с содержанием хрома от 26% до 30% и аустенитная нержавеющая сталь с содержанием никеля более 20% демонстрируют сильную устойчивость к щелочной коррозии.

2.14 Мочевина

Аустенитные нержавеющие стали и ферритные нержавеющие стали типа Cr-Ni и Cr-Mn-N с содержанием никеля от 2% до 4% (например, 0-1Cr18Ni12Mo2Ti, карбамидная марка 001Cr17Ni14Mo2, 00Cr25Ni22Mo2N) используются в производстве карбамида. Они обладают отличной коррозионной стойкостью к растворам карбамида.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх