Paslanmaz Çeliğin Taneler Arası Korozyonu

Birleştirilmiş teknik düzenlemeler, genellikle, taneler arası korozyona neden olabilecek ortamlarda kullanılan östenitik paslanmaz çelik kapların, kaynaktan sonra katı çözeltiye veya stabilize edici işleme tabi tutulmasını gerektirir. Bu gereklilik makuldür.

Bununla birlikte, tasarımcı bu gerekliliği çizimin teknik özelliklerine dahil etse bile, ısıl işlem proses parametrelerinin kontrolündeki zorluklar ve diğer öngörülemeyen zorluklar nedeniyle üreticinin ideal standartları karşılaması genellikle zordur. Gerçekte, günümüzde kullanılan çoğu paslanmaz çelik ekipman, kaynak sonrası ısıl işleme tabi tutulmadan kullanılmaktadır.

Bu şu soruyu gündeme getiriyor: Östenitik paslanmaz çelikte en yaygın korozyon şekli olan taneler arası korozyon mekanizması nedir? Taneler arası korozyona yol açabilecek çevresel koşullar nelerdir? Taneler arası korozyonu önlemenin ve kontrol etmenin ana yöntemleri nelerdir? Kaynak sonrası taneler arası korozyona neden olabilecek ortamlarda kullanılan östenitik paslanmaz çelik kaplar için ısıl işlemler gerekli midir?

Taneler Arası Korozyon Mekanizması

Taneler arası korozyon, bir metal veya alaşımın tane sınırları boyunca veya tane sınırlarının yakınında meydana gelen bir tür lokalize korozyondur. Bu korozyon, taneler içinde minimum korozyon ve taneler arasındaki bağı zayıflatan tane sınırları boyunca belirgin korozyon ile karakterize edilir.

Taneler arası korozyon şiddetliyse, metalin mukavemetini ve sünekliğini azaltarak normal yükler altında bozulmasına neden olabilir. Taneler arası korozyonun arkasındaki iki ana teori, düşük krom içeriği teorisi ve safsızlıkların tane sınırlarında seçici çözünmesi teorisidir.

Yalın Krom Teorisi

Oksitleyici veya zayıf oksitleyici ortamlarda yaygın olarak kullanılan östenitik paslanmaz çeliğin taneler arası korozyonu, genellikle işleme veya kullanım sırasında yanlış ısıtmadan kaynaklanır. Uygun olmayan ısıtma, çeliğin 450-850°C sıcaklık aralığında ısıtılması veya yavaşça soğutulması anlamına gelir, bu da onu taneler arası korozyona karşı savunmasız hale getirir. Bu sıcaklık aralığı bu nedenle östenitik paslanmaz çelik için tehlikeli kabul edilir.

Östenitik paslanmaz çelik, fabrikadan çıkmadan önce çözelti işlemine tabi tutulur. Çözelti işlemi, çeliğin 1050-1150°C'ye ısıtılmasını ve ardından homojen bir katı çözelti oluşturmak için hızla soğutulmasını içerir. Östenitik çelik az miktarda karbon içerir ve katı çözünürlüğü sıcaklık düştükçe azalır. Örneğin, karbonun 0Cr18Ni9Ti içindeki katı çözünürlüğü 1100°C'de yaklaşık %0,2 ve 500-700°C'de yaklaşık %0,02'dir.

Çözelti ile işlenmiş çelikteki karbon bu nedenle aşırı doymuştur. Çelik 450-850°C'ye kadar ısıtıldığında veya soğutulduğunda, östenitten karbon çökelebilir ve tane sınırları boyunca (Fe, Cr) 23C6 şeklinde dağılabilir. (Fe, Cr) 23C6'nın krom içeriği, östenitik matrisinkinden çok daha yüksektir ve çökelmesi, difüzyon yoluyla zamanında yenilenemeyen, tane sınırlarına yakın büyük miktarda krom tüketir. Kromun yavaş difüzyonu, tane sınırlarına yakın krom içeriğinin pasivasyon için gerekli olan %12 Cr sınırının altına düşmesine, krom bakımından fakir bir bölge oluşmasına ve pasif duruma zarar vermesine neden olur.

Bununla birlikte, tahılın kendisi hala yüksek potansiyele sahip pasif bir durumu koruyor. Tane ve tane sınırı, tane sınırı bölgesinde korozyona yol açan büyük bir katot ve küçük bir anot ile bir mikro galvanik pil oluşturur.

Tane Sınırı Safsızlıklarının Seçici Çözünme Teorisi

Üretim pratiğinde, östenitik paslanmaz çeliğin güçlü oksitleyici ortamlarda (konsantre nitrik asit gibi) taneler arası korozyona maruz kalabileceğini gözlemledik, ancak korozyonun doğası oksitleyici veya zayıf oksitleyici ortamlardakinden farklıdır. Güçlü oksitleyici ortamda taneler arası korozyon genellikle katı solüsyonla işlenmiş çelikte meydana gelir, ancak hassaslaştırılmış çelikte meydana gelmez.

Fosfor veya silikon gibi safsızlıklar katı çözeltide sırasıyla 100 ppm veya 1000-2000 ppm'ye ulaşırsa, tane sınırları boyunca ayrışırlar. Bu safsızlıklar, güçlü oksitleyici ortamın etkisi altında çözülerek taneler arası korozyona neden olur.

Çelik hassaslaştırıldığında, fosforlu (MP) 23C6 oluşumu veya karbonun ilk ayrışması, tane sınırlarındaki safsızlıkların ayrışmasını ortadan kaldırır veya azaltır, böylece çeliğin taneler arası korozyona karşı duyarlılığını ortadan kaldırır veya zayıflatır.

Taneler arası korozyon mekanizması hakkındaki bu iki teori, belirli bir alaşımın ve ortamın yapısal durumu için geçerlidir ve birbirini dışlamaz, aksine tamamlayıcıdır. Üretim uygulamasında, taneler arası korozyon vakalarının çoğu zayıf oksitleyici veya oksitleyici ortamlarda meydana gelir ve bu nedenle düşük krom teorisi ile açıklanabilir.

Taneler Arası Korozyona Neden Olan Orta Ortam

Östenitik paslanmaz çelikte taneler arası korozyona neden olan iki ana ortam türü vardır. Birinci tip oksitleyici veya zayıf oksitleyici ortamdır ve ikinci tip, konsantre nitrik asit gibi güçlü oksitleyici ortamdır. İlk medya türü daha yaygındır.

Östenitik paslanmaz çelikte taneler arası korozyona neden olan yaygın ortam ortamlarının bir listesi:

Östenitik Paslanmaz Çeliğin Taneler Arası Korozyonuna Neden Olan Ortak Ortam

Östenitik paslanmaz çelikte taneler arası korozyona neden olan yaygın ortamlar:
 

Taneler Arası Korozyon Eğilimi Testi

Taneler arası korozyona neden olabilecek bir ortamda östenitik paslanmaz çelik kullanıldığında, taneler arası korozyon eğilimi testi, paslanmaz çeliğin taneler arası korozyonu için GB4334.1 ila GB4334 test yöntemlerine göre yapılmalıdır. Östenitik paslanmaz çeliğin taneler arası korozyon eğilimi için test yöntemleri için seçim ve kalifikasyon gereklilikleri aşağıdaki kriterleri karşılamalıdır:

(1) 60°C veya daha yüksek sıcaklıkta ve %5 veya daha yüksek konsantrasyonda nitrik asitte kullanılan konsantre nitrik asit için östenitik paslanmaz çelik ve özel paslanmaz çelik, %65 nitrik için GB4334.3 test yöntemine göre test edilmelidir. paslanmaz çeliğin asit korozyonu. Beş döngü veya üç döngü üzerinden ortalama korozyon hızı 0,6 g/m2h'yi (veya 0,6 mm/yıl'a eşdeğer) geçmemelidir. Numune kullanımda veya duyarlı hale getirilmiş olabilir.

(2) Krom nikel östenitik paslanmaz çelik (0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni9, 00Cr19Ni10 ve benzeri çelikler gibi): Genel gereklilikler: paslanmaz çelik için GB4334.5 sülfürik asit bakır sülfat korozyon test yöntemine göre, üzerinde taneler arası korozyon çatlakları olmamalıdır. Eğme testinden sonra numunenin yüzeyi. Daha yüksek gereksinimler: paslanmaz çelik için GB4334.2 sülfürik asit ferrik sülfat korozyon testi yöntemine göre ortalama korozyon hızı 1,1 g/m2h'yi geçmemelidir.

(3) Molibden içeren östenitik paslanmaz çelik (0Cr18Ni12Mo2Ti, 00Cr17Ni14Mo2 ve benzeri çelikler gibi): Genel gereklilikler: paslanmaz çelik için GB4334.5 sülfürik asit bakır sülfat korozyon test yöntemine göre, yüzeyde taneler arası korozyon çatlakları olmamalıdır. Eğme testinden sonra numunenin yüzeyi. Daha yüksek gereksinimler: Paslanmaz çelik için GB4334.4 nitrik asit hidroflorik asit korozyon testi yöntemine göre korozyon oranı 1,5'i geçmemelidir. Paslanmaz çelik için GB4334.2 sülfürik asit ferrik sülfat korozyon testi yöntemine göre ortalama korozyon hızı 1,1 g/m2h'yi geçmemelidir.

(4) Ortamın özel gereksinimleri varsa, yukarıda belirtilenlerin dışında taneler arası korozyon testleri yapılabilir ve ilgili yeterlilik gereksinimleri belirtilmelidir.

Taneler Arası Korozyonu Önlemek ve Kontrol Etmek İçin Önlemler

Östenitik paslanmaz çelikte korozyon mekanizmasına göre taneler arası korozyonu önlemek ve kontrol altına almak için aşağıdaki önlemler alınabilir:

(1) Ultra düşük karbonlu paslanmaz çeliğin kullanılması, karbon içeriğinin %0,03'ün altına düşürülmesine yardımcı olabilir.

Örneğin, çelikte (Fe, Cr) 23C6 oluşumunu ve krom açısından fakir bir bölgenin oluşmasını önlemek için 00Cr17Ni14Mo2 seçilebilir, böylece taneler arası korozyon önlenir.

Tipik olarak, düşük mukavemete, düşük gerilime ve iyi plastisiteye sahip bileşenler için, maliyet etkinliği nedeniyle 0Cr18Ni9 seçilebilir.

(2) Stabilize paslanmaz çelik, titanyum ve niyobyum içeren paslanmaz çeliği ifade eder.

Çeliğin üretimi sırasında, belirli bir miktarda titanyum ve niyobyum eklenir ve bu elementler, çelik içinde tik veya NBC oluşturan karbon ile güçlü bir afiniteye sahiptir.

Ek olarak, tik veya NBC'nin katı çözünürlüğü (Fe, Cr)23C6'nınkinden çok daha küçüktür ve katı çözelti sıcaklığında ostenit içinde neredeyse çözünmez.

Bu şekilde, hassaslaşma sıcaklığına ulaşıldığında tane sınırında (Fe, Cr) 23C6 çökelmemiş olsa bile östenitik paslanmaz çelikte taneler arası korozyon olasılığı büyük ölçüde azaltılır.

Örneğin 1Cr18Ni9Ti ve 1Cr18Ni9Nb gibi çelikler, taneler arası korozyona uğramadan 500-700°C sıcaklık aralığında işlev görebilir.

(3) Östenitik paslanmaz çeliği bir elektrik arkıyla kaynak yaparken, ark havuzunun sıcaklığı 1300°C'ye kadar çıkabilir ve kaynağın her iki tarafındaki sıcaklık artan mesafe ile düşerek bir hassaslaşma sıcaklık bölgesi oluşturur.

Östenitik paslanmaz çeliği hassaslaştırma sıcaklığı aralığında olabildiğince yavaş ısıtmak ve soğutmak idealdir.

Taneler arası korozyon eğilimleri durumunda, kararsız paslanmaz çelik milimetre başına 1-2 dakika 1000-1120°C'ye ısıtılmalı ve ardından söndürülmelidir.

Stabilize paslanmaz çelik için 950-1050°C'ye ısıtma önerilir.

Çözelti işlemine tabi tutulduktan sonra, krom karbürün tane sınırı boyunca bir kez daha çökelmesine neden olabileceğinden, çeliğin hassaslaştırma sıcaklığında ısıtılmasını önlemek önemlidir.

(4) Kaynaklı bağlantıların taneler arası korozyona duyarlılığını azaltmak için doğru kaynak yönteminin seçilmesi önemlidir. İşlem değişmeden kalırsa veya kaynak malzemesi çok kalınsa, daha uzun bir kaynak süresi, hassaslaştırılmış sıcaklık bölgesinde kalma şansını artırır.

Kaynaklı bağlantıların hassasiyetini en aza indirmek için, kaynak sırasında hat enerjisi girişini en aza indirmek gerekir.

Genel olarak konuşursak, argon ark kaynağı, elektrik ark kaynağına kıyasla daha düşük bir giriş hattı enerjisine sahiptir, bu da onu kaynak ve onarım için daha iyi bir seçim haline getirir.

Kaynak parçaları için ultra düşük karbonlu paslanmaz çelik veya titanyum ve niyobyum gibi dengeleyici elementler içeren paslanmaz çelik kullanılması tavsiye edilir. Ek olarak, ultra düşük karbonlu kaynak çubukları veya niyobyum içeren kaynak çubukları kullanılması önerilir.

Argon kaynağı kullanılırken, kaynak bağlantısının aşırı ısınmasını önlemek için işlem hızlı olmalı ve hassaslaşma sıcaklığı aralığında harcanan süreyi en aza indirmek için kaynağın her iki tarafındaki ana metal kaynaktan sonra hızla soğutulmalıdır.

Kaynak Sonrası İşlem

Kaynak sonrası ısıl işlem, kaynak bölgesinde her zaman bir öncelik değildir.

Tipik olarak, bir katı çözelti işlemi, belirli bir süre boyunca 1100-1150°C sıcaklık aralığında gerçekleştirilir ve ardından söndürülür. 925-540°C aralığındaki soğutma üç dakika içinde tamamlanmalı ve ardından 425°C'nin altına hızlı soğutma yapılmalıdır.

Stabilize işlem için, iş parçası 850-880°C sıcaklık aralığında birkaç saat tutulduktan sonra hava ile soğutulmalıdır.

Kaynak sonrası ısıl işlemin etkinliği, fırın sıcaklığı, sıcaklık artış hızı, sıcaklık artışı sırasında iş parçasının çeşitli kısımları arasındaki sıcaklık farkı, fırın atmosferi, tutma süresi, çeşitli parçalar arasındaki sıcaklık farkı gibi temel işlem parametrelerine büyük ölçüde bağlıdır.

Taneler arası korozyona neden olabilecek östenitik paslanmaz çelik kaplar için, genel parçaların çözelti işlemi veya stabilize işlemi yapılabilir. Bununla birlikte, tüm kabın (genellikle bir ısı eşanjörü) kaynak sonrası ısıl işlemi birçok zorluk getirir.

Bu tür bir işlem, yerel bir kaynak sonrası ısıl işlem değil, daha ziyade tüm kaynaklı parçaların veya kabın kaynak sonrası bir ısıl işlemidir.

Yaygın olarak kullanılan kabuk ve borulu ısı eşanjörü gibi çoğu kimyasal kabın karmaşık yapısı ve şekli nedeniyle, tüm kabuk ve borulu ısı eşanjörünün kaynak sonrası katı çözelti veya stabilize işlemi için temel işlem parametrelerini kontrol etmek neredeyse imkansızdır.

Çoğu durumda, bu işlem, yalnızca kaynak yapısını iyileştirmede başarısız olmakla kalmayıp, aynı zamanda ana metal yapısını da gereksiz yere bozarak, verimsiz olabilir.

Bu nedenle, taneler arası korozyon ortamlarında kullanılan östenitik paslanmaz çelik kimyasal kapların %90'dan fazlası, kaynak sonrası ısıl işlemden geçmek yerine hala kaynak sonrası hallerinde kullanılmaktadır.

Özet

Krom nikel östenitik paslanmaz çelik, en yaygın kullanılan korozyona dayanıklı malzemedir ve taneler arası korozyon, krom nikel östenitik paslanmaz çelik kaplarda en yaygın arıza şeklidir.

Taneler arası korozyon, taneler arasındaki bağı önemli ölçüde zayıflatır ve ciddi durumlarda mekanik mukavemeti tamamen ortadan kaldırabilir. Bu tür bir korozyona uğrayan paslanmaz çeliğin yüzeyi parlak kalır ancak hafifçe vurulduğunda kolayca ince parçacıklara bölünebilir.

Ani ekipman hasarına yol açabilen ve ciddiye alınması gereken taneler arası korozyonu tespit etmek zordur.

Krom nikel östenitik paslanmaz çelik kaplar tipik olarak kaynak yoluyla oluşturulur ve kaynaklı bağlantının iki tarafı, ana metale kıyasla korozyon hasarına daha duyarlı olan taneler arası korozyona duyarlı alanlar.

Kaynak sonrası ısıl işlem, kaynak bölgesindeki taneler arası korozyona karşı direnci ana metal ile aynı seviyeye çıkarabilir. Bu, kaynak sonrası ısıl işlemin nihai hedefidir.

Bununla birlikte, uygulamada, kaynak sonrası ısıl işlemin işlem parametrelerini garanti etmeyi zorlaştıran, kaynağın karmaşık genel yapısı ve şekli gibi dikkate alınması gereken birçok faktör vardır.

Sonuç olarak, hizmet içi krom nikel östenitik paslanmaz çeliklerin çoğu kaynaktan sonra kullanılır.

Taneler arası korozyon direnci için kullanılan bir krom nikel östenitik paslanmaz çelik kabın kaynak bölgesinin katı çözelti muamelesine mi yoksa stabilize muameleye mi tabi tutulduğu genelleştirilemez. Isıl işlemin etkili bir şekilde gerçekleştirilip gerçekleştirilemeyeceğini belirlemek için kabın yapısal şekli analiz edilmelidir. Aksi halde kaynak sonrası ısıl işlem gerekse bile olumsuz etkileri olabileceği gibi istenilen sonucun elde edilememesine ve ana metalin yapısına da etki edebilir.

Krom nikel östenitik paslanmaz çelik kapların taneler arası korozyon direncini arttırmak için, özel korozyon ortamına ve mekanizmasına göre ultra düşük karbonlu paslanmaz çelik ve stabilize edilmiş paslanmaz çelik seçmek, kaynak sırasında doğru kaynak yöntemini seçmek ve uygun şekilde birleştirmek gerekir. İyi sonuçlar elde etmek için daha önce belirtilen önleme ve kontrol önlemleri.

Kaynaktan sonra katı solüsyona güvenmek veya stabilize etmek yeterli değildir.