Войти
Изображение под микроскопом полированного поперечного сечения материала, подвергшегося межкристаллитной коррозии Межкристаллитная коррозия (IGC ), также известная как межкристаллитная атака (IGA ), представляет собой форму коррозии, где границы кристаллитов части материала более подвержены коррозии, чем их внутренняя часть. (См. Трансгранулярная коррозия.)
Эта ситуация может произойти в противном случае коррозия -стойчивые сплавы, когда границы зерен обеднены, так называемое истощение границ зерен, ингибирующими коррозию элементами, такими как хром, по некоторому механизму. В сплавах никеля и аустенитных нержавеющих сталях, где хром добавлен для коррозионной стойкости, задействованным механизмом является осаждение хрома. карбид на границах зерен, что приводит к образованию обедненных хромом зон, прилегающих к границам зерен (этот процесс называется сенсибилизацией ). Минимально требуется около 12% хрома для обеспечения пассивирования - механизма, с помощью которого на поверхности нержавеющих сталей образуется ультратонкая невидимая пленка, известная как пассивная пленка. Эта пассивная пленка защищает металл от агрессивных сред. Самовосстанавливающиеся свойства пассивной пленки делают сталь нержавеющей. Селективное выщелачивание часто связано с механизмами истощения границ зерен.
Эти зоны также действуют как локальные гальванические пары, вызывая локальную гальваническую коррозию. Это состояние возникает, когда материал нагревается до температуры около 700 ° C в течение слишком длительного времени, и часто случается во время сварки или неправильной термообработки. Когда зоны такого материала образуются в результате сварки, возникающая коррозия называется распадом сварного шва . Нержавеющие стали могут быть стабилизированы против такого поведения путем добавления титана, ниобия или тантала, которые образуют карбид титана, карбид ниобия и карбид тантала предпочтительно, чем карбид хрома, за счет снижения содержания углерода в стали, а в случае сварки также в присадочном металле до менее 0,02%, или нагрев всей детали выше 1000 ° C и закалка в воде, что приводит к растворению карбида хрома в зернах и затем предотвращает его осаждение. Другая возможность - сохранить достаточно тонкие свариваемые детали, чтобы при охлаждении металл слишком быстро рассеивал тепло, чтобы карбид хрома мог выпасть в осадок. ASTM A923, ASTM A262 и другие аналогичные тесты часто используются для определения того, подвержены ли нержавеющие стали межкристаллитной коррозии. Испытания требуют травления химическими веществами, которые обнаруживают присутствие интерметаллических частиц, иногда в сочетании с V-образным надрезом по Шарпи и другими механическими испытаниями.
Другой родственный вид межкристаллитной коррозии называется ножевым ударом (KLA ). Атака Knifeline поражает стали, стабилизированные ниобием, например нержавеющую сталь 347. Титан, ниобий и их карбиды растворяются в стали при очень высоких температурах. При некоторых режимах охлаждения (в зависимости от скорости охлаждения) карбид ниобия не выделяется, и сталь в этом случае ведет себя как нестабилизированная сталь, вместо этого образуя карбид хрома. Это затрагивает только тонкую зону шириной несколько миллиметров в непосредственной близости от сварного шва, что затрудняет обнаружение и увеличивает скорость коррозии. Конструкции из таких сталей должны быть нагреты в целом до примерно 1065 ° C (1950 ° F), когда карбид хрома растворяется и образуется карбид ниобия. Скорость охлаждения после этой обработки не имеет значения, поскольку углерод, который в противном случае представлял бы риск образования карбида хрома, уже изолирован в виде карбида ниобия. [1]
Сплавы на основе алюминия могут быть чувствительными к межкристаллитной коррозии, если между богатыми алюминием кристаллами есть слои материалов, действующих как аноды. Высокопрочные алюминиевые сплавы, особенно подвергнутые экструзии или иным образом подвергнутые высокой степени обработки, могут подвергаться коррозии расслаивания (металлургия), при которой продукты коррозии накапливаются между плоскими удлиненными зернами и разделяют их, что приводит к эффекту приподнимания или расслоения и часто распространяется от краев материала по всей его структуре. [2] Межкристаллитная коррозия является проблемой, особенно для сплавов с высоким содержанием меди.
Другие виды сплавов также могут подвергаться расслаиванию; Чувствительность мельхиора увеличивается вместе с содержанием в нем никеля. Более широкий термин для этого класса коррозии - пластинчатая коррозия . Сплавы железа подвержены пластинчатой коррозии, так как объем оксидов железа примерно в семь раз превышает объем исходного металла, что приводит к образованию внутренних растягивающих напряжений разрывать материал. Подобный эффект приводит к образованию пластин в нержавеющих сталях из-за разницы в тепловом расширении оксидов и металла. [3]
Сплавы на основе меди становятся чувствительными, когда происходит уменьшение содержания меди на границах зерен.
Анизотропные сплавы, где экструзия или тяжелая обработка приводит к образованию длинных плоских зерен, особенно склонны к межкристаллитной коррозии. [4]
Межкристаллитная коррозия, вызванная воздействием окружающей среды, называется коррозионным растрескиванием под напряжением. Межкристаллитную коррозию можно обнаружить ультразвуковыми и вихретоковыми методами.
Сенсибилизация относится к выделению карбидов на границах зерен в нержавеющей стали или сплаве, в результате чего сталь или сплав становятся восприимчивыми к межкристаллитной коррозии или межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением.
Несенсибилизирующая микроструктура 
Сильно сенсибилизированная микроструктура Некоторые сплавы при воздействии температуры, характеризующейся сенсибилизирующей температурой, становятся особенно чувствительными к межкристаллитной коррозии. В коррозионной атмосфере границы раздела зерен этих сенсибилизированных сплавов становятся очень реактивными, что приводит к межкристаллитной коррозии. Это характеризуется локализованным воздействием на границ зерен и вблизи них с относительно небольшой коррозией самих зерен. Сплав распадается (выпадают зерна) и / или теряет прочность.
На фотографиях показана типичная микроструктура нормализованной (несенсибилизированной) нержавеющей стали типа 304 и высокочувствительной стали. Образцы были отполированы и протравлены перед тем, как сделать фотографии, и на сенсибилизированных участках видны широкие темные линии, где травильная жидкость вызвала коррозию. Темные линии - это карбиды и продукты коррозии. Обычно считается, что межкристаллитная коррозия вызвана сегрегацией примесей на границах зерен или обогащением или истощением одного из легирующих элементов в зонах границ зерен. Таким образом, в некоторых алюминиевых сплавах было показано, что небольшие количества железа сегрегируют по границам зерен и вызывают межкристаллитную коррозию. Также было показано, что содержание цинка в латуни выше на границах зерен и подвержено такой коррозии. Высокопрочные алюминиевые сплавы, такие как сплавы типа дюралюминий (Al-Cu), упрочнение которых зависит от осажденных фаз, подвержены межкристаллитной коррозии после сенсибилизации при температурах около 120 ° C.. Сплавы с высоким содержанием никеля, такие как Inconel 600 и Incoloy 800, демонстрируют аналогичную чувствительность. Литые под давлением цинковые сплавы, содержащие алюминий, проявляют межкристаллитную коррозию под действием пара в морской атмосфере. Cr-Mn и Cr-Mn-Ni стали также подвержены межкристаллитной коррозии после сенсибилизации в диапазоне температур 420–850 ° C. В случае аустенитных нержавеющих сталей, когда эти стали сенсибилизируются путем нагрева в диапазоне температур примерно от 520 ° C до 800 ° C, обеднение хрома на границе зерен области возникает, что приводит к подверженности межкристаллитной коррозии. Такая сенсибилизация аустенитных нержавеющих сталей может легко происходить из-за требований к эксплуатации при температуре, как в парогенераторах, или в результате последующей сварки сформированной конструкции.
Было использовано несколько методов для контроля или минимизации межкристаллитной коррозии восприимчивых сплавов, в частности, аустенитных нержавеющих сталей. Например, использовалась высокотемпературная обработка на растворе термообработка, обычно называемая отжигом в растворе , закалкой -отжигом или закалкой в растворе. Сплав нагревают до температуры примерно от 1060 ° C до 1120 ° C, а затем закаливают в воде. Этот метод, как правило, не подходит для обработки больших сборок, а также неэффективен там, где впоследствии сварка используется для ремонта или крепления других конструкций.
Другой метод контроля для предотвращения межкристаллитной коррозии включает включение в нержавеющие стали прочных карбидных образующих или стабилизирующих элементов, таких как ниобий или титан. Такие элементы имеют гораздо большее сродство к углероду, чем хром ; образование карбидов с этими элементами снижает количество углерода, доступного в сплаве для образования карбидов хрома. Такая стабилизированная титансодержащая аустенитная хром-никель-медная нержавеющая сталь показана в патенте США № № 3,562,781. Или в нержавеющей стали может быть изначально понижено содержание углерода ниже 0,03 процента, так что углерода будет недостаточно для образования карбида. Эти методы дороги и эффективны лишь частично, поскольку со временем может возникнуть сенсибилизация. Низкоуглеродистые стали также часто демонстрируют более низкую прочность при высоких температурах.
