производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 2. Виды коррозии, которым подвержены коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 2.2. Коррозионное растрескивание под напряжением, водородное растрескивание

В присутствии приложенного или остаточного растягивающего напряжения у нержавеющих сталей в некоторых средах может происходить транскристаллитное растрескивание. Сжимающие напряжения не опасны. Чем выше растягивающее напряжение, тем короче время до коррозионного разрушения, при малых напряжениях время до разрушения может быть большим. Практически не существует минимального напряжения, ниже которого не происходит растрескивания, если металл находится достаточно продолжительное время в соответствующей агрессивной среде.

Коррозионные среды, вызывающие растрескивание, различны для аустенитных, мартенситных и ферритных сталей. Растрескивание аустенитных сталей вызывают ионы гидроксила и хлора (ОН- и Сl-). Кипящий относительно концентрированный раствор хлоридов, которые, гидролизуясь, дают слабокислые растворы, как например FеСl2 или MgCl2, могут вызвать растрескивание напряженного изделия толстого сечения из стали 18-8 в течение нескольких часов.

Рисунок 27 - Коррозионное растрескивание под напряжением нержавеющей стали 18-8 (тип 304), которая находилась под слоем силиката кальция, содержащего 0,02-0,5% хлоридов при 100 °С. х 250 (растрескивание в данной среде начинается от питтинга) (Дана)

При ускоренных испытаниях применяют раствор концентрированного MgCl2, кипящий примерно при 154 °С. Присутствие растворенного кислорода в таких растворах не обязательно, другие деполяризаторы, такие как FeCl3, ускоряют растрескивание. Трещины не обязательно начинаются в питтинге, В NaCl и в аналогичных нейтральных растворах растрескивание наблюдается только, если присутствует растворенный кислород; количество кислорода, необходимое чтобы вызвать разрушение, чрезвычайно мало.

Растрескивание труб из нержавеющей стали 18-8 в теплообменниках на практике наблюдалось при контакте с охлаждающими водами, содержащими 25 мг/л CR или меньше. Растрескивание также было вызвано небольшими количествами хлоридов, содержащихся в изоляции из окиси магния, нанесенной на трубы. В этих случаях, очевидно, сначала образуются небольшие питтинги, в которых вследствие переноса током концентрируются хлориды. Внутри питтингов вследствие присутствия в них концентрированного раствора FeCl2 или аналогичных соединений зарождаются трещины. Следовательно, для коррозионного растрескивания в растворах NaCl необходим кислород, так как питтинг возникает только в его присутствии или в присутствии других деполяризаторов.

Рисунок 28 - Влияние соотношения между содержанием хлорида и кислорода в котельной воде на коррозионное растрескивание под напряжением аустенитной нержавеющей стали типа 18-8 , находящейся в паровой фазе и периодически смачиваемой водой с pH = 10,6, содержащей 50 мг/л РO43- при 242...260 °С.

Продолжительность опыта от 1 до 30 дней (Вильяме и Эккель):
1 — растрескивание; 2 — нет растрескивания; 3 — неустойчивые результаты (цифры указывают число образцов)

Растрескивание в щелочных растворах происходит при относительно высоких концентрациях ОН-, поэтому сталь 18-8 в щелочных кипящих водах обычно не растрескивается. Растрескивание скорее может произойти в зонах обрызгивания над ватерлинией, где вследствие испарения растворы щелочи концентрируются.

Для растрескивания в таких растворах растворенного кислорода не требуется. Однако можно ожидать, так же как в случае с хлоридами, что деполяризаторы ускоряют растрескивание. Нет данных, указывающих, что коррозионное растрескивание под напряжением может происходить в чистой воде или в чистом паре.

Растрескивание напряженных промышленных мартенситных и ферритных сталей в растворах хлоридов, в общем, не наблюдается. Эти стали достаточно стойки в этих условиях и в растворах, содержащих хлориды, применяются предпочтительно перед аустенитными нержавеющими сталями.

Имеющихся данных недостаточно, чтобы судить, являются ли они также более стойкими к коррозионному растрескиванию под напряжением в щелочах. В слабокислых или умеренно кислых растворах мартенситные стали весьма склонны к растрескиванию, особенно если они термически обработаны на высокую твердость. Склонность к растрескиванию увеличивается в присутствии сульфидов, мышьяковистых соединений или продуктов окисления фосфора или селена. Специфические свойства анионов кислоты имеют небольшое значение, если процесс происходит с выделением Н2; в случае же аустенитных сталей опасность представляют только некоторые специфические анионы.

Катодная поляризация не только не предохраняет от растрескивания, но усиливает его, а в случае ферритных сталей может вызвать вспучивание. Все эти факты дают возможность предположить, что мартенситные стали в этих условиях разрушаются не из-за коррозионного растрескивания под напряжением, а из-за водородного растрескивания. Аустенитные стали устойчивы к этому типу разрушения.

Вспучивание ферритных нержавеющих сталей наблюдалось, когда они были катодно защищены в морской воде. Вероятно, это происходило вследствие того, что были применены защитные плотности тока выше минимальной величины, необходимой для полной защиты. Если при контакте активных металлов с мартенситными нержавеющими сталями образуются гальванические пары, то нержавеющая сталь (катод) может разрушиться вследствие выделения на ней водорода. Такие разрушения наблюдались при лабораторных испытаниях. Наблюдалось самопроизвольное растрескивание винтов из нержавеющей мартенситной стали вскоре после того, как они находились в контакте с алюминием в атмосфере морского побережья. Пропеллеры из упрочненной мартенситной нержавеющей стали, соприкасающиеся со стальным корпусом корабля, вскоре после пуска в эксплуатацию подверглись коррозионному растрескиванию. Сильно наклепанная аустенитная нержавеющая сталь 18-8 также может разрушаться в условиях, описанных для мартенситных сталей. В данном случае сульфиды ускоряют разрушение, и так как сплав при холодной обработке претерпевает фазовое превращение и образуется феррит, то наблюдаемый эффект может служить также примером водородного растрескивания.

Наклепанные мартенситные нержавеющие, а также дисперсионно- твердеющие стали самопроизвольно растрескиваются в атмосфере или в солевом тумане, даже не находясь в контакте с другими металлами. Лопасти воздушного компрессора из мартенситной нержавеющей стали разрушились по ребрам, в которых были высокие остаточные напряжения и конденсировалась влага. Имеется достаточно данных для вывода, что указанное растрескивание высокопрочных мартенситных нержавеющих сталей при погружении их в различные растворы электролитов является действительно коррозионным растрескиванием под напряжением (или, возможно, растрескиванием вследствие сорбции).

Возникающие в этих средах трещины могут быть межкристаллитными по отношению к первоначальной аустенитной структуре, в то время как трещины в той же стали, вызванные действием водорода, транскристаллитны.

Аустенитные нержавеющие стали, содержащие более 45% Ni, не растрескиваются под напряжением в кипящем растворе MgCl2 и, вероятно, в растворах других хлоридов.

Эделеану и Сноуден считают, что нержавеющие стали с высоким содержанием никеля наиболее стойки против растрескивания в щелочах. Для нержавеющих сталей, у которых нет превращений при холодной обработке, например типа 310, азот является элементом, в основном определяющим склонность к растрескиванию под напряжением; добавки углерода понижают эту склонность. Стабилизирующие добавки, вводимые для предупреждения межкристаллитной коррозии, такие как Ti или Nb, не влияют на коррозионное растрескивание под напряжением, и легирование 2-4 % Мо не улучшает стойкости нержавеющей стали типа 316. На практике коррозионное растрескивание нержавеющих сталей при температурах ниже приблизительно 80 °С не наблюдалось, вероятно, потому, что скорости диффузии атомов, принимающих участие в механизме растрескивания при низких температурах, малы.

Мартенситные нержавеющие стали менее склонны к водородному растрескиванию (но не вполне устойчивы), если они содержат некоторое количество никеля, что наблюдается также у дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей. До сих пор не найдены легирующие добавки, которые были бы полезны с этой точки зрения.

Термическая обработка — отжиг, понижающая твердость, желательна.

Рисунок 29- Коррозионное растрескивание под напряжением проволок из 15-26 % Cr-Fe-Ni сплава в кипящем 42 % -ном растворе MgCl2 (Копсон):

1— экспериментальные точки;
2— растрескивания не было после 30 дней

Чтобы уменьшить или исключить растрескивание аустенитных нержавеющих сталей, рекомендуется:

а) применять катодную защиту. В растворе MgCl2, кипящем при 154 °С, требуется около 0,03 мА/см2;
б) в кислых средах удалять С1-; в нейтральных или слабощелочных средах удалять растворенный О2 и другие деполяризаторы или же удалять Сl;
в) избегать высоких концентраций ОН- в начальной стадии или возникновения в результате упаривания в щелях или в паровых зонах; применять буферные добавки, например ион РО4-3;
г) применять сплавы, содержащие > 50 % Ni, или уменьшать содержание азота (и других вредных загрязнений, если они присутствуют) до возможно низкого значения (< 0,04 % N в случае нержавеющей стали с 20% Сr, 20% Ni);
д) применять ферритные сплавы, например типа 430, 405 (однако они могут быть склонны в некоторых средах к водородной хрупкости или пузырчатости).

Для уменьшения растрескивания мартенситных и ферритных нержавеющих сталей рекомендуется:

а) избегать избыточного тока, если применена катодная защита;
б) избегать гальванических пар, возникающих при контакте с более активными металлами;
в) отжигать мартенситные стали до получения самых низких возможных значений твердости.

Рисунок 30 - Влияние содержания азота (0,1 % N) (а) или углерода (0,001-0,005 % С) (б) на коррозионное растрескивание под напряжением холоднокатаных нержавеющих сталей с 19% Сr, 20% Ni в кипящем растворе MgCl2 (154 °С) (Улиг и Сава)

Сообщается, что мартенситные или дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали растрескиваются в сильноагрессивной морской атмосфере, если они термически обработаны до HRC > 40, а в промышленной атмосфере до HRC > 45. Максимальная склонность к растрескиванию сталей типа 410 и 420 в солевом тумане или к водородному растрескиванию возникает после отжига в течение 2 ч при 425...550 °С; минимальная склонность к водородному растрескиванию возникает после отжига в течение 2 ч при 260 °С.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.