1. Įvadas
Nerūdijantis plienas yra viena iš plačiausiai naudojamų medžiagų įvairiose pramonės šakose, dėl savo unikalaus jėgos derinio, atsparumas korozijai, ir estetinis patrauklumas.
Nuo automobilių dalių iki maisto perdirbimo įrangos, Dėl nerūdijančio plieno universalumo ir ilgaamžiškumo jis yra tinkamiausia medžiaga darbams, kuriems reikalingas tvirtumas ir ilgaamžiškumas.
Tačiau, nepaisant puikaus atsparumo korozijai, nerūdijantis plienas nėra apsaugotas nuo tam tikrų rūšių korozijos.
Vienas iš tokių korozijos reiškinių yra tarpkristalinė korozija, kurie gali smarkiai paveikti medžiagos struktūrinį vientisumą.
Norint išlaikyti nerūdijančio plieno gaminių ilgaamžiškumą ir našumą įvairiose pramonės šakose, labai svarbu suprasti, kaip atsiranda ši korozija ir kaip jos išvengti..
Šiame tinklaraštyje, išnagrinėsime nerūdijančio plieno tarpkristalinę koroziją, jos priežastys, kaip tai veikia medžiagą, ir veiksmingus metodus, kaip užkirsti kelią ir sušvelninti.
2. Kas yra tarpkristalinė korozija?
Tarpkristalinė korozija (IGC) yra lokalizuota korozijos forma, kuri atsiranda nerūdijančio plieno grūdelių ribose.
Skirtingai nuo bendros korozijos, kuris veikia visą medžiagos paviršių, tarpkristalinė korozija pažeidžia tam tikras sritis, susilpnina metalą ir gali sukelti ankstyvą gedimą.
Korozijos procesas lemia chromo išeikvojimą grūdelių ribose, sumažinti plieno atsparumą tolesnei korozijai.
Kuo ji skiriasi nuo kitų korozijos rūšių
Tarpkristalinė korozija skiriasi nuo kitų įprastų korozijos formų, pavyzdžiui, bendra korozija ir duobės.
Bendra korozija yra vienoda ir paveikia visą medžiagos paviršių, o tarpkristalinė korozija konkrečiai nukreipta į grūdelių ribas, sukeliantis labiau lokalizuotą degradaciją.
Taškinė korozija, kita vertus, formuojasi nedideli, gilios duobės ar duobės, dažniausiai tose vietose, kur yra chlorido jonų, bet tiesiogiai neveikia grūdų ribų.
Kaip tai atsitinka
Pagrindinis tarpgranulinės korozijos mechanizmas yra chromo karbidų susidarymas grūdelių ribose, kuris atsiranda tam tikroje temperatūroje.
Kai nerūdijantis plienas yra veikiamas nuo 450°C iki 850°C temperatūros (840°F – 1560 °F), anglis iš medžiagos susijungia su chromu, formuojasi chromo karbidai.
Šis procesas žinomas kaip jautrinimas. Susidarant chromo karbidams, chromas išeikvojamas nuo grūdelių ribų, paliekant tas vietas jautresnes korozijai.
Tai sukuria kelią agresyvioms cheminėms medžiagoms ar drėgmei prasiskverbti, sustiprina koroziją.
3. Priežastys ir veiksniai, prisidedantys prie tarpkristalinės korozijos
Chromo išeikvojimas
Chromas yra labai svarbus nerūdijančio plieno elementas, suteikiant jo atsparias korozijai savybes.
Kai chromas išsenka grūdelių ribose dėl chromo karbidų susidarymo, medžiaga tose vietose praranda atsparumą korozijai.
Tai labai susilpnina plieną ir laikui bėgant gali sugesti, ypač kai yra veikiamas atšiaurioje aplinkoje.
Aukštos temperatūros poveikis
Dėl terminio apdorojimo procesų, tokių kaip suvirinimas ar atkaitinimas, nerūdijantis plienas gali patekti į kritinį temperatūros diapazoną, kuris skatina jautrinimo procesą..
Suvirinimo metu, pavyzdžiui, dėl šilumos patekimo tam tikros medžiagos vietos gali pasiekti tokią temperatūrą, skatina chromo karbidų susidarymą.
Šių procesų metu svarbu valdyti šilumą, kad būtų išvengta tarpkristalinės korozijos.
Anglies kiekis ir legiravimo elementai
Anglies kiekis nerūdijančiame pliene vaidina pagrindinį vaidmenį jo jautrumui tarpkristalinei korozijai. Didesnis anglies kiekis pagreitina chromo karbidų susidarymą.
Legiravimo elementai, tokie kaip titanas, niobium, arba molibdenas gali būti naudojamas stabilizuoti chromą pliene ir sumažinti tarpgranulinės korozijos tikimybę, užkertant kelią karbido susidarymui.
4. Nerūdijančio plieno tipai, linkę į tarpkristalinę koroziją
Tarpkristalinė korozija gali paveikti įvairių rūšių nerūdijantį plieną, tačiau kai kurios rūšys yra jautresnės dėl savo sudėties ir specifinių savybių.
Suprasdami, kurios klasės yra linkusios į šią problemą, gamintojai ir inžinieriai gali priimti pagrįstus sprendimus renkantis medžiagas įvairioms reikmėms..
Austenitinis nerūdijantis plienas
Austenitiniai nerūdijantys plienai yra vieni dažniausiai pramonėje naudojamų rūšių dėl puikaus atsparumo korozijai ir universalumo..
Tačiau, jie ypač pažeidžiami tarpkristalinės korozijos,
ypač esant 450–850 °C temperatūrai (840°F – 1560 °F) suvirinimo ar kitų terminių procedūrų metu. Dažniausiai naudojami austenitiniai nerūdijantys plienai:
- Pažymys 304: Tai populiariausia austenitinė klasė ir plačiai naudojama maisto perdirbime, statyba, ir chemijos pramonėje.
Tačiau, esant aukštai temperatūrai, grūdelių ribose gali nukristi chromo karbidas, todėl jis yra jautrus tarpkristalinei korozijai. - Pažymys 316: Žinomas dėl savo aukščiausios kokybės atsparumo korozijai, ypač chloridinėje aplinkoje,
316 nerūdijantis plienas taip pat gali nukentėti nuo tarpkristalinės korozijos, jei jis netinkamai termiškai apdorojamas, ypač aukštos temperatūros procesuose, tokiuose kaip suvirinimas.
Kodėl taip atsitinka:
Iš austenitinio nerūdijančio plieno, didelis anglies kiekis gali sukelti chromo karbidų susidarymą grūdelių ribose sensibilizacijos proceso metu.
Chromo išeikvojimas šiose ribose sumažina medžiagos atsparumą korozijai, todėl nerūdijantis plienas yra labiau pažeidžiamas irimo.
Feritinis nerūdijantis plienas
Feritiniame nerūdijančiame pliene yra didesnis chromo kiekis ir mažesnis nikelio kiekis,
tai suteikia jiems magnetines savybes ir daro juos atsparesnius įtempių korozijos įtrūkimams, palyginti su austenitinėmis rūšimis.
Tačiau, feritinės klasės vis dar yra jautrios tarpgranulinei korozijai, ypač jei juos veikia jautrinanti temperatūra.
- Pažymys 430: Dažniausiai naudojamas automobilių išmetimo sistemose ir virtuvės prietaisuose,
Ši feritinė klasė gali nukentėti nuo tarpkristalinės korozijos, jei suvirinimo metu yra veikiama kritinės temperatūros diapazono. - Pažymys 446: Žinomas dėl savo atsparumo aukštos temperatūros oksidacijai,
446 feritinis nerūdijantis plienas tam tikromis sąlygomis vis dar yra pažeidžiamas tarpkristalinės korozijos, ypač po terminio apdorojimo.
Kodėl taip atsitinka:
Feritinis nerūdijantis plienas turi mažesnį nikelio kiekį nei austenitinis plienas, o tai reiškia, kad aukštesnėje temperatūroje jie yra mažiau jautrūs.
Tačiau, Jie vis tiek gali susidurti su chromo išeikvojimu ties grūdelių ribomis, jei yra ilgai veikiami karščio, ypač suvirinimo procesuose.
Martensitinis nerūdijantis plienas
Martensitiniai nerūdijantys plienai, kuriuose yra daug anglies ir pasižymi puikiu kietumu, yra plačiai naudojami srityse, kurioms reikia stiprumo, tokių kaip turbinų ašmenys, vožtuvai, ir peiliai.
Nors paprastai jie yra mažiau jautrūs tarpkristalinei korozijai nei austenitiniai ir feritiniai plienai, jie vis tiek gali nukentėti nuo tokio tipo korozijos, ypač daug anglies išskiriančiose klasėse.
- Pažymys 410: Įprasta martensitinio nerūdijančio plieno rūšis, naudojama aviacijos ir automobilių pramonėje, 410 yra linkęs į tarpkristalinę koroziją, jei nėra tinkamai termiškai apdorojamas.
Martensitinis nerūdijantis plienas, kai yra veikiamas aukštoje temperatūroje, grūdų ribose dažniausiai nusėda karbido.
Kodėl taip atsitinka:
Didelis anglies kiekis martensitiniame nerūdijančiame pliene gali sukelti karbido susidarymą grūdelių ribose,
panašus į procesą austenitiniuose plienuose, todėl jie yra pažeidžiami tarpkristalinės korozijos.
Dvipusis nerūdijantis plienas
Dvipusis nerūdijantis plienas sujungia tiek austenitinio, tiek feritinio nerūdijančio plieno savybes, siūlantis stiprumo ir atsparumo korozijai pusiausvyrą.
Nors dvipusis nerūdijantis plienas pagerina atsparumą korozijos įtrūkimams ir įtrūkimams, jie nėra apsaugoti nuo tarpkristalinės korozijos.
- Pažymys 2205: Vienas iš plačiausiai naudojamų dvipusio nerūdijančio plieno, 2205 sukurtas naudoti agresyvesnėje aplinkoje, pavyzdžiui, cheminis apdorojimas ir jūriniai įrenginiai.
Tačiau, ji vis dar yra jautri tarpląstelinei korozijai, jei ji nėra tinkamai kontroliuojama terminio apdorojimo metu.
Kodėl taip atsitinka:
Nors dvipusis nerūdijantis plienas turi subalansuotą austenito ir ferito mikrostruktūrą,
dėl didelio chromo kiekio ir legiruojančių elementų, tokių kaip molibdenas, tam tikromis sąlygomis jie gali būti jautrūs.
Jei lydinys suvirinimo ar apdorojimo metu yra veikiamas aukštų temperatūrų, grūdelių ribose gali susidaryti chromo karbidai, didinant tarpkristalinės korozijos riziką.
5. Tarpkristalinės korozijos poveikis ir pasekmės
Tarpkristalinė korozija gali turėti didelį žalingą poveikį nerūdijančio plieno komponentams, turinčios įtakos jų funkcionalumui, saugumas, ir gyvenimo trukmę.
Sumažėjusios mechaninės savybės
- Stiprybė: Tarpkristalinė korozija atakuoja grūdų ribas, kurie yra labai svarbūs siekiant išlaikyti medžiagos struktūrinį vientisumą.
Dėl to gali sumažėti tempiamasis stiprumas ir laikomoji galia. - Ausmingumas ir tvirtumas: Pažeistos vietos tampa trapios ir praranda galimybę deformuotis nesulaužant, sumažinti bendrą komponento lankstumą ir kietumą.
- Nuovargio atsparumas: Komponentai, kenčiantys nuo IGC, gali patirti priešlaikinį nuovargio gedimą dėl įtrūkimų atsiradimo išilgai susilpnėjusių grūdelių ribų.
Medžiagų gedimai
- Kritinės programos: Tokiose pramonės šakose kaip aviacija, Automobiliai, naftos chemija, ir energijos gamyba,
kur nerūdijantis plienas naudojamas didelio įtempimo aplinkoje, IGC gali sukelti katastrofiškų nesėkmių.
Pavyzdžiui, slėgio indų įtrūkimai arba plyšimai, vamzdynų sistemos, Šilumokaičiai, ir kitos svarbios mašinų dalys. - Realaus pasaulio pavyzdžiai: Nerūdijančio plieno konstrukcijų, pvz., tiltų, gedimai, jūrinės platformos,
ir cheminio apdorojimo įranga dėl IGC pabrėžia šio tipo korozijos prevencijos svarbą.
Pavyzdžiui, IGC inicijuotas nedidelis įtrūkimas gali plisti ciklinės apkrovos sąlygomis, galiausiai sukelia visišką komponento gedimą.
Estetinė žala
- Matomos korozijos žymės: Nors ne visada iš karto matosi, IGC gali sukelti matomų korozijos požymių, kurie turi įtakos nerūdijančio plieno gaminių išvaizdai.
Tai gali apimti spalvos pasikeitimą, duobė, arba paviršiaus šiurkštinimas, ypač pastebimas plataus vartojimo prekėse, Architektūriniai elementai, ir virtuvės technika. - Poveikis paviršiaus apdailai: Net jei detalės funkcinės savybės išlieka nepakitusios,
estetinė žala gali sumažinti gaminių vertę ir tinkamumą parduoti, ypač tais atvejais, kai išvaizda yra labai svarbi.
Kiti svarstymai
- Priežiūros išlaidos: IGC paveiktų komponentų aptikimas ir taisymas gali būti brangus ir atimti daug laiko.
Reguliarūs patikrinimai ir techninės priežiūros grafikai turi būti įgyvendinami, kad būtų galima stebėti ir spręsti galimas problemas, kol jos neperauga į rimtesnes problemas. - Pakeitimo išlaidos: Sunkiais atvejais, komponentus gali tekti visiškai pakeisti, jei dėl IGC mastas nepataisomai pažeidžia jų struktūrinį vientisumą.
Tai padidina veiklos sąnaudas ir galimą prastovą pramoninėse aplinkose.
6. Tarpkristalinės korozijos prevencija ir mažinimas
Tarpkristalinė korozija yra rimta nerūdijančio plieno problema, ypač kritinėse srityse, kur medžiaga turi atlaikyti atšiaurią aplinką ir išlaikyti konstrukcijos vientisumą.
Laimei, yra keletas būdų, kaip užkirsti kelią tarpkristalinei korozijai arba ją sumažinti, nuo medžiagų parinkimo iki specifinių apdorojimo būdų.
Žemiau pateikiamos efektyviausios kovos su šio tipo korozija strategijos.
Mažai anglies dioksido išskiriančių lydinių naudojimas (L arba H klasės)
Vienas iš efektyviausių būdų sumažinti tarpkristalinės korozijos riziką yra naudoti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančio arba stabilizuoto nerūdijančio plieno rūšis..
Mažai anglies išskiriančių lydinių sudėtyje yra mažiau anglies, kuris iki minimumo sumažina chromo karbidų susidarymą grūdelių ribose.
Šie lydiniai yra ypač svarbūs suvirinimui ar terminiam apdorojimui, kurie kitu atveju sukeltų jautrumą.
- 304L ir 316L klasės: Šios mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančios versijos dažniausiai naudojamos 304 ir 316 klasės pasižymi geresniu atsparumu tarpkristalinei korozijai, nepakenkiant jų mechaninėms savybėms.
Jie idealiai tinka naudoti aukštoje temperatūroje, pavyzdžiui, maisto perdirbimo įrangai, cheminių medžiagų laikymo talpyklos, ir kitos pramoninės mašinos, kurioms reikalingas suvirinimas. - 347 ir 321 Pažymiai: Šiose stabilizuotose rūšyse yra titano arba niobio, kurios suvirinimo proceso metu jungiasi su anglimi, kad nesusidarytų chromo karbidas.
Šie lydiniai tinka naudoti aukštoje temperatūroje, pavyzdžiui, aviacijos ir kosmoso pramonėje, kur dažnas šilumos poveikis.
Kodėl tai veikia:
Sumažinus anglies kiekį, arba stabilizuojant anglį legiravimo elementais, tokiais kaip titanas arba niobis,
Šios medžiagos mažiau jautrinamos, todėl yra atsparesnės tarpkristalinei korozijai.
Tinkami suvirinimo būdai
Suvirinimas yra dažnas tarpkristalinės korozijos šaltinis, nes jis įveda vietinę šilumą, dėl kurios grūdelių ribose gali nusėsti chromo karbidas.
Norėdami to išvengti, reikia laikytis tinkamų suvirinimo technikų, kad būtų sumažinta jautrumo rizika.
- Valdykite šilumos įvadą: Suvirinant nerūdijantį plieną, labai svarbu kontroliuoti šilumos tiekimą, kad būtų išvengta per didelės temperatūros, kuri gali sukelti jautrumą.
Tai ypač svarbu karščio paveiktoje zonoje (Haz), kur medžiaga greičiausiai patirs transformaciją, sukeliančią tarpkristalinę koroziją. - Terminis apdorojimas po suvirinimo (Pwht): Po suvirinimo, dažnai reikia atlikti tirpalo atkaitinimo procesą.
Tai apima medžiagos kaitinimą iki aukštos temperatūros, po to greitai atšaldoma, kad ištirptų suvirinimo proceso metu susidarę chromo karbidai.
Šis apdorojimas padeda atkurti medžiagos atsparumą korozijai. - Stabilizuotų lygių naudojimas suvirinimui: Kaip minėta anksčiau, naudojant stabilizuotas klases, pvz 321 arba 347 suvirinant gali sumažinti chromo karbido susidarymo riziką.
Šios klasės sukurtos taip, kad atlaikytų aukštesnę temperatūrą, susijusią su suvirinimu ir terminiu apdorojimu.
Kodėl tai veikia:
Kontroliuojant suvirinimo parametrus ir naudojant apdorojimą po suvirinimo, galite veiksmingai sumažinti įjautrinimo tikimybę ir sušvelninti tarpkristalinės korozijos riziką.
Pasyvavimas ir paviršiaus apdorojimas
Pasyvavimas yra cheminis procesas, kuris sustiprina natūralų nerūdijančio plieno oksido sluoksnį, pagerinti jo atsparumą korozijai.
Nerūdijančio plieno pasyvavimas padeda sumažinti paviršiaus degradacijos tikimybę, įskaitant tarpkristalinę koroziją.
- Pasyvavimas: Šis procesas apima nerūdijančio plieno apdorojimą rūgšties tirpalu (paprastai azoto rūgštis) pašalinti laisvą geležį ir kitus teršalus nuo paviršiaus.
Šis gydymas skatina tankio susidarymą, pasyvus oksido sluoksnis, kuris padidina atsparumą korozijai ir padeda apsisaugoti nuo tarpkristalinės korozijos. - Marinavimas ir elektropoliravimas: Be pasyvavimo, marinavimas (procesas, kurio metu priemaišoms pašalinti naudojamas rūgštinis tirpalas) ir elektropoliravimas
(kuris naudoja elektrolitinį procesą, kad išlygintų paviršių ir pagerintų atsparumą korozijai) gali dar labiau pagerinti nerūdijančio plieno paviršiaus kokybę.
Šios procedūros padeda išvengti korozijos, nes pašalina teršalus, kurie kitu atveju galėtų prisidėti prie galvaninių reakcijų arba vietinės korozijos..
Kodėl tai veikia:
Pasyvavimas ir kiti paviršiaus apdorojimai pagerina nerūdijančio plieno oksido sluoksnio vienodumą ir ilgaamžiškumą, o tai savo ruožtu padeda sumažinti tarpkristalinės korozijos riziką.
Tinkamas medžiagų pasirinkimas ir dizainas
Medžiagos pasirinkimas ir dalių projektavimo būdas taip pat gali turėti didelės įtakos mažinant tarpkristalinės korozijos tikimybę..
Tinkamai parinkus nerūdijančio plieno rūšis ir suprojektavus komponentus, kad būtų sumažintos sąlygos, sukeliančios jautrumą, galima išvengti šios korozijos formos..
- Apsvarstykite aplinką: Skirta naudoti su aukšta temperatūra arba agresyviomis cheminėmis medžiagomis,
pasirinkti tinkamą nerūdijančio plieno rūšį (Pvz., mažai anglies išskiriančios arba stabilizuotos rūšys) yra esminis.
Pavyzdžiui, jei medžiaga bus veikiama didelio karščio arba suvirinimo, būtų naudinga naudoti tokią klasę kaip 304L arba 316L. - Dizainas streso mažinimui: Dalys turi būti suprojektuotos taip, kad sumažintų didelio įtempimo sritis, nes stresas gali sustiprinti tarpkristalinės korozijos padarinius.
Įtraukus tokias funkcijas kaip užapvalinti kampai ir vengiant aštrių kraštų, galima sumažinti įtempių koncentraciją ir sumažinti korozijos riziką..
Kodėl tai veikia:
Tinkamos medžiagos parinkimas ir komponentų projektavimas, siekiant sumažinti įtampą ir aukštą temperatūrą
ekspozicija užtikrina, kad medžiaga veiks optimaliai ir bus atspari tarpkristalinei korozijai.
Reguliari apžiūra ir techninė priežiūra
Ankstyvas tarpkristalinės korozijos aptikimas gali padėti išvengti didelės žalos komponentams. Reguliarūs patikrinimai yra būtini norint nustatyti korozijos požymius, kol jie nesuges.
- Vizuali apžiūra: Pirmasis tarpkristalinės korozijos nustatymo žingsnis yra vizualinis patikrinimas.
Dažni tarpkristalinės korozijos požymiai yra įtrūkimai, duobė, arba spalvos pakitimas išilgai grūdų ribų. - Neardomasis bandymas (Ndt): Tokie metodai kaip ultragarsinis tyrimas, Rentgeno analizė, ir dažų skvarbumo bandymas
gali padėti aptikti vidinius ar paviršiaus defektus, kurie gali rodyti tarpkristalinę koroziją.
Šie metodai yra vertingi pramonės šakose, kuriose itin svarbu išlaikyti svarbiausių komponentų vientisumą.
Kodėl tai veikia:
Ankstyvas aptikimas atliekant įprastinius patikrinimus gali užkirsti kelią didesnei žalai ir laiku imtis taisomųjų veiksmų,
padeda išlaikyti nerūdijančio plieno komponentų ilgaamžiškumą ir našumą.
7. Tarpkristalinės korozijos aptikimas
Vizuali apžiūra
Vizuali apžiūra gali atskleisti tarpkristalinės korozijos požymius, įskaitant įtrūkimus išilgai grūdų ribų.
Šie požymiai dažnai atrodo kaip paviršiaus spalvos pakitimas, duobė, arba trūkinėja, ypač termiškai apdorojamose arba suvirinamose vietose.
Neardomasis bandymas (Ndt)
Tokie metodai kaip ultragarsinis tyrimas, Rentgeno spindulių difrakcija, ir metalografinė analizė dažniausiai naudojama siekiant nustatyti tarpkristalinę koroziją nepažeidžiant medžiagos.
Šie metodai leidžia anksti aptikti koroziją ir padeda išvengti gedimų kritinėse programose.
Elektrocheminiai bandymai
Laboratoriniai tyrimai, tokie kaip Huey testas ir Strausso testas, plačiai naudojami siekiant įvertinti nerūdijančio plieno jautrumą tarpkristalinei korozijai..
Atliekant šiuos elektrocheminius bandymus medžiaga veikia daugybę kontroliuojamų sąlygų, kad būtų imituojama korozinė aplinka ir įvertinamas jos atsparumas..
8. Išvada
Tarpkristalinė korozija yra rimta problema, kuri gali turėti įtakos veikimui, ilgaamžiškumas,
ir nerūdijančio plieno komponentų sauga, ypač kai gamybos metu veikiama aukštoje temperatūroje.
Suprasdami tokio tipo korozijos priežastis ir mechanizmus, pramonės šakos gali imtis prevencinių priemonių
pavyzdžiui, naudojant mažai anglies dioksido išskiriančius lydinius, kontroliuoti šilumą suvirinimo metu, ir taikant paviršiaus apdorojimą.
Ankstyvas aptikimas taikant tinkamus tikrinimo ir bandymo metodus gali dar labiau sumažinti riziką ir padėti išlaikyti nerūdijančio plieno vientisumą sudėtingose srityse..
Jei ieškote aukštos kokybės pasirinktinių nerūdijančio plieno gaminių, pasirenkant Tai yra puikus sprendimas jūsų gamybos poreikiams patenkinti.
