1. Ievads
Nerūsējošais tērauds ir viens no visplašāk izmantotajiem materiāliem daudzās nozarēs, pateicoties tās unikālajai spēka kombinācijai, izturība pret koroziju, un estētiskā pievilcība.
No automobiļu detaļām līdz pārtikas pārstrādes iekārtām, nerūsējošā tērauda daudzpusība un izturība padara to par izvēlētu materiālu lietojumiem, kuriem nepieciešama gan izturība, gan ilgmūžība.
Lai arī, neskatoties uz izcilo izturību pret koroziju, nerūsējošais tērauds nav imūna pret noteiktiem korozijas veidiem.
Viena no šādām korozijas parādībām ir starpgranulārā korozija, kas var nopietni ietekmēt materiāla strukturālo integritāti.
Izpratne par to, kā šī korozija rodas un kā to novērst, ir ļoti svarīga, lai saglabātu nerūsējošā tērauda izstrādājumu ilgmūžību un veiktspēju dažādās nozarēs..
Šajā emuārā, mēs izpētīsim nerūsējošā tērauda starpgraudu koroziju, tās cēloņi, kā tas ietekmē materiālu, un efektīvas metodes tās novēršanai un mazināšanai.
2. Kas ir starpkristālu korozija?
Starpkristālu korozija (IGC) ir lokalizēta korozijas forma, kas rodas nerūsējošā tērauda graudu robežās.
Atšķirībā no vispārējās korozijas, kas ietekmē visu materiāla virsmu, starpgranulu korozija uzbrūk noteiktām vietām, novājināt metālu un potenciāli izraisīt priekšlaicīgu bojājumu.
Korozijas process izraisa hroma samazināšanos graudu robežās, samazinot tērauda izturību pret turpmāku koroziju.
Kā tas atšķiras no citiem korozijas veidiem
Starpkristālu korozija atšķiras no citiem izplatītiem korozijas veidiem, piemēram, vispārēja korozija un urbumi.
Vispārējā korozija ir vienmērīga un ietekmē visu materiāla virsmu, savukārt starpgraudu korozija īpaši vērsta uz graudu robežām, izraisot lokālāku degradāciju.
Punktu korozija, No otras puses, veido mazas, dziļas bedres vai bedres, parasti vietās, kur atrodas hlorīda joni, bet tieši neietekmē graudu robežas.
Kā tas notiek
Galvenais starpgraudu korozijas mehānisms ir hroma karbīdu veidošanās pie graudu robežām, kas notiek noteiktā temperatūrā.
Ja nerūsējošais tērauds tiek pakļauts temperatūrai no 450°C līdz 850°C (840°F – 1560 °F), ogleklis no materiāla savienojas ar hromu, veidojot hroma karbīdus.
Šis process ir pazīstams kā sensibilizācija. Hroma karbīdu veidošanās noārda hromu no graudu robežām, atstājot šīs vietas vairāk pakļautas korozijai.
Tas rada ceļu agresīvu ķīmisko vielu vai mitruma iekļūšanai, saasinot koroziju.
3. Cēloņi un faktori, kas veicina starpkristālu koroziju
Hroma samazināšanās
Hroms ir būtisks nerūsējošā tērauda elements, nodrošinot tās pretkorozijas īpašības.
Kad hroms ir izsmelts pie graudu robežām, jo veidojas hroma karbīdi, materiāls zaudē spēju pretoties korozijai šajās vietās.
Tas ievērojami vājina tēraudu un laika gaitā var izraisīt tā neveiksmi, it īpaši, ja tas ir pakļauts skarbai videi.
Augstas temperatūras iedarbība
Termiskās apstrādes procesi, piemēram, metināšana vai atkausēšana, var pakļaut nerūsējošo tēraudu kritiskajam temperatūras diapazonam, kas veicina sensibilizācijas procesu.
Metināšanas laikā, piemēram, siltuma ievade var izraisīt lokālu materiāla apgabalu sasniegšanu šajās temperatūrās, izraisot hroma karbīdu veidošanos.
Šo procesu laikā ir svarīgi pārvaldīt siltuma ievadi, lai novērstu starpkristālu koroziju.
Oglekļa saturs un leģējošie elementi
Oglekļa saturam nerūsējošajā tēraudā ir galvenā loma tā jutīgumā pret starpkristālu koroziju. Lielāks oglekļa saturs paātrina hroma karbīdu veidošanos.
Leģējošie elementi, piemēram, titāns, niobijs, vai molibdēnu var izmantot, lai stabilizētu hromu tēraudā un samazinātu starpgranulu korozijas iespējamību, novēršot karbīda veidošanos.
4. Nerūsējošā tērauda veidi, kuriem ir nosliece uz starpkristālu koroziju
Starpgranulu korozija var ietekmēt dažādas nerūsējošā tērauda kategorijas, taču daži veidi ir jutīgāki to sastāva un specifisko īpašību dēļ.
Izpratne par to, kuras kategorijas ir pakļautas šai problēmai, palīdz ražotājiem un inženieriem pieņemt pārdomātus lēmumus, izvēloties materiālus dažādiem lietojumiem..
Austenīta nerūsējošais tērauds
Austenīta nerūsējošais tērauds ir vieni no visbiežāk izmantotajiem veidiem nozarē, jo tiem ir lieliska izturība pret koroziju un daudzpusība.
Lai arī, tie ir īpaši neaizsargāti pret starpkristālu koroziju,
īpaši, ja tiek pakļauts temperatūrai no 450°C līdz 850°C (840°F – 1560 °F) metināšanas vai citas termiskās apstrādes laikā. Visbiežāk izmantotie austenīta nerūsējošie tēraudi ietver:
- Pakāpe 304: Šī ir vispopulārākā austenīta šķira, un to plaši izmanto pārtikas pārstrādē, būvniecība, un ķīmiskā rūpniecība.
Lai arī, pakļaujot augstām temperatūrām, graudu robežās var rasties hroma karbīda nokrišņi, padarot to uzņēmīgu pret starpkristālu koroziju. - Pakāpe 316: Pazīstams ar savu izcilo izturību pret koroziju, īpaši hlorīdu vidē,
316 nerūsējošais tērauds var arī ciest no starpkristālu korozijas, ja to nepareizi termiski apstrādā, īpaši augstas temperatūras procesos, piemēram, metināšanā.
Kāpēc tā notiek:
No austenīta nerūsējošā tērauda, augsts oglekļa saturs var izraisīt hroma karbīdu veidošanos uz graudu robežām sensibilizācijas procesa laikā.
Hroma samazināšanās šajās robežās samazina materiāla izturību pret koroziju, atstājot nerūsējošo tēraudu neaizsargātāku pret noārdīšanos.
Ferīta nerūsējošais tērauds
Ferīta nerūsējošais tērauds satur lielāku hroma daudzumu un mazāku niķeļa daudzumu,
kas piešķir tiem magnētiskas īpašības un padara tos izturīgākus pret sprieguma korozijas plaisāšanu salīdzinājumā ar austenīta pakāpēm.
Lai arī, ferīta klases joprojām ir uzņēmīgas pret starpkristālu koroziju, īpaši, ja tie ir pakļauti sensibilizējošai temperatūrai.
- Pakāpe 430: Parasti izmanto automašīnu izplūdes sistēmās un virtuves iekārtās,
šī ferīta šķirne var ciest no starpkristālu korozijas, ja metināšanas laikā tiek pakļauta kritiskajam temperatūras diapazonam. - Pakāpe 446: Pazīstams ar izturību pret oksidēšanu augstā temperatūrā,
446 ferīta nerūsējošais tērauds noteiktos apstākļos joprojām ir neaizsargāts pret starpkristālu koroziju, īpaši pēc termiskās apstrādes.
Kāpēc tā notiek:
Ferīta nerūsējošajiem tēraudiem ir mazāks niķeļa saturs nekā austenīta tēraudiem, kas nozīmē, ka tie ir mazāk pakļauti sensibilizācijai augstākās temperatūrās.
Lai arī, tie joprojām var saskarties ar hroma samazināšanos pie graudu robežām, ja tie tiek pakļauti ilgstošam karstumam, īpaši metināšanas procesos.
Martensīta nerūsējošais tērauds
Martensīta nerūsējošie tēraudi, kas satur daudz oglekļa un nodrošina izcilu cietību, tiek plaši izmantoti lietojumos, kuriem nepieciešama izturība, piemēram, turbīnu lāpstiņas, vārsti, un naži.
Lai gan tie parasti ir mazāk jutīgi pret starpkristālu koroziju nekā austenīta un ferīta tēraudi, tie joprojām var ciest no šāda veida korozijas, īpaši augstas oglekļa kvalitātes kategorijās.
- Pakāpe 410: Izplatīta martensīta nerūsējošā tērauda marka, ko izmanto kosmosa un automobiļu rūpniecībā, 410 ir pakļauta starpkristālu korozijai, ja tā netiek pienācīgi termiski apstrādāta.
Martensīta nerūsējošajiem tēraudiem, pakļaujot augstām temperatūrām, graudu robežās mēdz būt karbīda nokrišņi.
Kāpēc tā notiek:
Augsts oglekļa saturs martensīta nerūsējošajos tēraudos var izraisīt karbīda veidošanos uz graudu robežām,
līdzīgi procesam austenīta tēraudos, padarot tos neaizsargātus pret starpkristālu koroziju.
Dupleksais nerūsējošais tērauds
Dupleksais nerūsējošais tērauds apvieno gan austenīta, gan ferīta nerūsējošā tērauda īpašības, piedāvā līdzsvaru starp izturību un izturību pret koroziju.
Savukārt dupleksais nerūsējošais tērauds nodrošina uzlabotu izturību pret sprieguma korozijas plaisāšanu un punktveida veidošanos, tie nav imūni pret starpkristālu koroziju.
- Pakāpe 2205: Viens no visplašāk izmantotajiem dupleksajiem nerūsējošajiem tēraudiem, 2205 ir paredzēts izmantošanai agresīvākā vidē, piemēram, ķīmiskā apstrāde un jūras lietojumi.
Lai arī, tas joprojām ir uzņēmīgs pret starpkristālu koroziju, ja termiskās apstrādes laikā netiek pareizi kontrolēts.
Kāpēc tā notiek:
Lai gan dupleksajiem nerūsējošajiem tēraudiem ir līdzsvarota austenīta un ferīta mikrostruktūra,
augstais hroma saturs un leģējošie elementi, piemēram, molibdēns, noteiktos apstākļos padara tos jutīgus.
Ja sakausējums tiek pakļauts augstām temperatūrām metināšanas vai apstrādes laikā, pie graudu robežām var veidoties hroma karbīdi, palielinot starpkristālu korozijas risku.
5. Starpgranulārās korozijas ietekme un sekas
Starpgranulu korozija var būtiski negatīvi ietekmēt nerūsējošā tērauda detaļas, ietekmējot to funkcionalitāti, drošība, un mūža ilgums.
Samazinātas mehāniskās īpašības
- Izturība: Starpgraudu korozija uzbrūk graudu robežām, kas ir būtiski materiāla strukturālās integritātes saglabāšanai.
Tas var novest pie stiepes izturības un nestspējas samazināšanās. - Elastība un izturība: Skartās vietas kļūst trauslas un zaudē spēju deformēties, nesalaužot, samazinot komponenta vispārējo elastību un stingrību.
- Noguruma pretestība: Komponentiem, kas cieš no IGC, var rasties priekšlaicīga noguruma kļūme, jo gar novājinātajām graudu robežām veidojas plaisas.
Materiālas kļūmes
- Kritiskās lietojumprogrammas: Tādās nozarēs kā aviācija, autobūves, naftas ķīmijas, un elektroenerģijas ražošana,
kur nerūsējošais tērauds tiek izmantots augsta stresa vidē, IGC var izraisīt katastrofālas neveiksmes.
Piemēri ir plaisāšana vai plīsums spiedtvertnēs, cauruļvadu sistēmas, siltummaiņi, un citas kritiskas mašīnu daļas. - Reālās pasaules piemēri: Bojājumi nerūsējošā tērauda konstrukcijās, piemēram, tiltos, ārzonas platformas,
un ķīmiskās apstrādes iekārtas IGC dēļ uzsver, cik svarīgi ir novērst šāda veida koroziju.
Piemēram, neliela plaisa, ko ierosina IGC, var izplatīties cikliskās slodzes apstākļos, galu galā noved pie pilnīgas komponenta atteices.
Estētiskie bojājumi
- Redzamās korozijas pēdas: Lai gan ne vienmēr ir uzreiz redzams, IGC var radīt redzamas korozijas pazīmes, kas ietekmē nerūsējošā tērauda izstrādājumu izskatu.
Tie var ietvert krāsas maiņu, lobīšana, vai virsmas raupjums, īpaši pamanāms patēriņa precēs, arhitektūras elementi, un virtuves tehnika. - Ietekme uz virsmas apdari: Pat ja detaļas funkcionālā veiktspēja paliek neskarta,
estētiskie bojājumi var samazināt produktu vērtību un tirgojamību, īpaši lietojumos, kur izskatam ir izšķiroša nozīme.
Citi apsvērumi
- Uzturēšanas izmaksas: IGC ietekmēto komponentu noteikšana un labošana var būt dārga un laikietilpīga.
Ir jāievieš regulāras pārbaudes un apkopes grafiki, lai uzraudzītu un risinātu iespējamās problēmas, pirms tās pārvēršas nopietnākās problēmās. - Aizstāšanas izmaksas: Smagos gadījumos, komponenti var būt pilnībā jāaizstāj, ja IGC apjoms apdraud to strukturālo integritāti neatgriezeniski.
Tas palielina ekspluatācijas izmaksas un potenciālu dīkstāvi rūpnieciskos apstākļos.
6. Starpgranulārās korozijas novēršana un mazināšana
Starpgranulu korozija ir nopietna problēma nerūsējošajam tēraudam, īpaši kritiskos lietojumos, kur materiālam ir jāiztur skarba vide un jāsaglabā struktūras integritāte.
Par laimi, ir vairākas metodes, lai novērstu vai mazinātu starpkristālu koroziju, no materiālu izvēles līdz specifiskām apstrādes metodēm.
Tālāk ir norādītas visefektīvākās stratēģijas šāda veida korozijas apkarošanai.
Zema oglekļa satura sakausējumu izmantošana (L vai H pakāpes)
Viens no efektīvākajiem veidiem, kā samazināt starpgraudu korozijas risku, ir izmantot zema oglekļa satura vai stabilizētu nerūsējošā tērauda markas..
Zema oglekļa satura sakausējumi satur mazāk oglekļa satura, kas samazina hroma karbīdu veidošanos uz graudu robežām.
Šie sakausējumi ir īpaši svarīgi lietojumiem, kas saistīti ar metināšanu vai termisko apstrādi, kas citādi varētu izraisīt sensibilizāciju.
- 304L un 316L klases: Šīs mazoglekļa versijas parasti izmanto 304 un 316 klases piedāvā uzlabotu izturību pret starpkristālu koroziju, neapdraudot to mehāniskās īpašības.
Tie ir ideāli piemēroti lietošanai augstā temperatūrā, piemēram, pārtikas pārstrādes iekārtām, ķīmiskās uzglabāšanas tvertnes, un citas rūpnieciskās iekārtas, kurām nepieciešama metināšana. - 347 un 321 Pakāpes: Šīs stabilizētās kategorijas satur titānu vai niobiju, kas metināšanas procesā saistās ar oglekli, lai novērstu hroma karbīda veidošanos.
Šie sakausējumi ir piemēroti lietošanai augstā temperatūrā, piemēram, aviācijas un kosmosa rūpniecībā, kur ir bieža siltuma iedarbība.
Kāpēc tas darbojas:
Samazinot oglekļa saturu, vai stabilizējot oglekli, izmantojot leģējošus elementus, piemēram, titānu vai niobiju,
šie materiāli ir mazāk pakļauti sensibilizācijai, un tādējādi tie ir izturīgāki pret starpkristālu koroziju.
Pareizas metināšanas metodes
Metināšana ir izplatīts starpkristālu korozijas avots, jo tas ievada lokālu siltumu, kas var izraisīt hroma karbīda nogulsnēšanos pie graudu robežām.
Lai to novērstu, ir jāievēro pareizas metināšanas metodes, lai samazinātu sensibilizācijas risku.
- Kontrolējiet siltuma padevi: Metinot nerūsējošo tēraudu, ir ļoti svarīgi kontrolēt siltuma padevi, lai novērstu pārmērīgu temperatūru, kas var izraisīt sensibilizāciju.
Tas ir īpaši svarīgi siltuma skartajā zonā (Zarns), kur materiāls, visticamāk, tiks pakļauts transformācijai, kas izraisa starpkristālu koroziju. - Termiskā apstrāde pēc metināšanas (Phwht): Pēc metināšanas, bieži ir nepieciešams veikt šķīduma atkausēšanas procesu.
Tas ietver materiāla karsēšanu līdz augstai temperatūrai, kam seko ātra dzesēšana, lai izšķīdinātu visus hroma karbīdus, kas varētu būt izveidojušies metināšanas procesā.
Šī apstrāde palīdz atjaunot materiāla izturību pret koroziju. - Stabilizētu klašu izmantošana metināšanai: Kā jau minēts iepriekš, izmantojot stabilizētas pakāpes, piemēram, 321 vai 347 metināšanas lietojumos var samazināt hroma karbīda veidošanās risku.
Šīs kategorijas ir izstrādātas, lai izturētu paaugstinātu temperatūru, kas saistīta ar metināšanu un termisko apstrādi.
Kāpēc tas darbojas:
Kontrolējot metināšanas parametrus un izmantojot pēcmetināšanas apstrādi, jūs varat efektīvi samazināt sensibilizācijas iespējamību un mazināt starpkristālu korozijas risku.
Pasivēšana un virsmas apstrāde
Pasivācija ir ķīmisks process, kas uzlabo nerūsējošā tērauda dabisko oksīda slāni, uzlabojot tā izturību pret koroziju.
Nerūsējošā tērauda pasivēšana palīdz samazināt virsmas degradācijas iespējamību, ieskaitot starpkristālu koroziju.
- Pasniegšana: Šis process ietver nerūsējošā tērauda apstrādi ar skābes šķīdumu (parasti slāpekļskābe) lai noņemtu no virsmas brīvo dzelzi un citus piesārņotājus.
Šī apstrāde veicina blīvuma veidošanos, pasīvais oksīda slānis, kas uzlabo izturību pret koroziju un palīdz aizsargāt pret starpkristālu koroziju. - Kodināšana un elektropolēšana: Papildus pasivācijai, marinēšana (process, kurā piemaisījumu noņemšanai izmanto skābu šķīdumu) un elektropulēšana
(kas izmanto elektrolītisku procesu, lai izlīdzinātu virsmu un uzlabotu izturību pret koroziju) var vēl vairāk uzlabot nerūsējošā tērauda virsmas kvalitāti.
Šīs apstrādes palīdz novērst koroziju, noņemot piesārņotājus, kas citādi varētu veicināt galvaniskas reakcijas vai lokālu koroziju..
Kāpēc tas darbojas:
Pasivācija un citas virsmas apstrādes uzlabo nerūsējošā tērauda oksīda slāņa viendabīgumu un izturību, kas savukārt palīdz samazināt starpkristālu korozijas risku.
Pareiza materiālu izvēle un dizains
Materiāla izvēle un detaļu projektēšanas veids arī var būtiski ietekmēt starpkristālu korozijas iespējamības samazināšanos..
Pareiza nerūsējošā tērauda marku izvēle un komponentu projektēšana, lai samazinātu apstākļus, kas izraisa sensibilizāciju, var palīdzēt novērst šo korozijas veidu..
- Apsveriet vidi: Lietojumiem, kas saistīti ar augstu temperatūru vai agresīvu ķīmisku vielu iedarbību,
izvēloties piemērotu nerūsējošā tērauda marku (Piem., zema oglekļa satura vai stabilizētas kategorijas) ir izšķiroša nozīme.
Piemēram, ja materiāls tiks pakļauts lielam karstumam vai metināšanai, būtu lietderīgi izmantot tādu pakāpi kā 304L vai 316L. - Dizains stresa mazināšanai: Detaļas jāprojektē tā, lai samazinātu lielas slodzes zonas, jo stress var saasināt starpkristālu korozijas ietekmi.
Iekļaujot tādas funkcijas kā noapaļoti stūri un izvairīšanās no asām malām, var samazināt stresa koncentrāciju un mazināt korozijas risku.
Kāpēc tas darbojas:
Atbilstoša materiāla izvēle un komponentu projektēšana, lai samazinātu stresu un augstu temperatūru
ekspozīcija nodrošina, ka materiāls darbosies optimāli un izturēs starpkristālu koroziju.
Regulāra pārbaude un apkope
Agrīna starpkristālu korozijas noteikšana var palīdzēt novērst būtiskus komponentu bojājumus. Regulāras pārbaudes ir būtiskas, lai identificētu korozijas pazīmes, pirms tās noved pie atteices.
- Vizuāla pārbaude: Pirmais solis starpgranulu korozijas identificēšanā ir vizuāla pārbaude.
Bieži sastopamas starpkristālu korozijas pazīmes ir plaisas, lobīšana, vai krāsas maiņa gar graudu robežām. - Nesagraujoša pārbaude (Ndt): Tādas metodes kā ultraskaņas pārbaude, Rentgena analīze, un krāsvielu caurlaidības testēšana
var palīdzēt atklāt iekšējos vai virsmas defektus, kas var liecināt par starpkristālu koroziju.
Šīs metodes ir vērtīgas nozarēs, kurās vissvarīgākais ir saglabāt kritisko komponentu integritāti.
Kāpēc tas darbojas:
Agrīna atklāšana, veicot regulāras pārbaudes, var novērst nopietnākus bojājumus un ļaut savlaicīgi veikt koriģējošas darbības,
palīdzot saglabāt nerūsējošā tērauda komponentu ilgmūžību un veiktspēju.
7. Starpgranulārās korozijas noteikšana
Vizuāla pārbaude
Vizuāla pārbaude var atklāt starpkristālu korozijas pazīmes, ieskaitot plaisas gar graudu robežām.
Šīs pazīmes bieži parādās kā virsmas krāsas maiņa, lobīšana, vai plaisāšana, īpaši vietās, kas pakļautas termiskai apstrādei vai metināšanai.
Nesagraujoša pārbaude (Ndt)
Tādas metodes kā ultraskaņas pārbaude, Rentgenstaru difrakcija, un metalogrāfisko analīzi parasti izmanto, lai noteiktu starpkristālu koroziju, nesabojājot materiālu.
Šīs metodes ļauj laikus atklāt koroziju un palīdz novērst kļūmes kritiskos lietojumos.
Elektroķīmiskie testi
Laboratorijas testi, piemēram, Huey tests un Strauss tests, tiek plaši izmantoti, lai novērtētu nerūsējošā tērauda jutīgumu pret starpkristālu koroziju..
Šie elektroķīmiskie testi pakļauj materiālu virknei kontrolētu apstākļu, lai modelētu korozīvu vidi un novērtētu tā izturību..
8. Secinājums
Starpgranulu korozija ir nopietna problēma, kas var ietekmēt veiktspēju, ilgmūžība,
un nerūsējošā tērauda sastāvdaļu drošība, īpaši, ja ražošanas laikā tiek pakļauts augstām temperatūrām.
Izprotot šāda veida korozijas cēloņus un mehānismus, nozares var veikt preventīvus pasākumus
piemēram, izmantojot sakausējumus ar zemu oglekļa saturu, siltuma kontrole metināšanas laikā, un uzklājot virsmas apstrādi.
Agrīna atklāšana, izmantojot atbilstošas pārbaudes un testēšanas metodes, var vēl vairāk samazināt riskus un palīdzēt saglabāt nerūsējošā tērauda integritāti prasīgos lietojumos..
Ja jūs meklējat augstas kvalitātes pielāgotus nerūsējošā tērauda produktus, izvēloties Šis ir ideāls lēmums jūsu ražošanas vajadzībām.
