Коррозионная стойкость.
Высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали наиболее часто используют как коррозионно- стойкие. Основное требование, которое в этом случае предъявляется к сварным соединениям, - стойкость к различным видам межкристаллит- ной коррозии. Мсжкристаллитная коррозия в сварных соединениях может развиваться как в металле шва, так и в основном металле зоны термического влияния у линии сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва. Механизм развития этих видов межкристал- литной коррозии одинаков. Он связан с длительным пребыванием металла в температурном интервале 500...850 °С и выпадением из аустенита карбидов хрома, обедняющих хромом периферийные участки зерен аустенита.
Схематическая зависимость появления склонности к межкристал- литной коррозии в результате длительности воздействия на металл различных температур показана на рис. 8. Наибольшая предрасположенность к межкристаллитной коррозии развивается при нагреве аустенитной стали в температурном интервале 730...750°С. Отвечающее этому интервалу время выдержки называется критическим - tKp. Как ниже, так и выше указанных температур увеличивается время, необходимое для появления в металле чувствительности к коррозии. При длительном нагреве до более высокой температуры (выше 850 °С) приобретается повторная стойкость к межкристаллитной коррозии. Способствует этому диффузионное перемещение атомов хрома из глубинных участков зерна к обедненным хромом приграничным областям.
Рис. 8. Схематическая зависимость появления межкристаллитной коррозии от длительности воздействия на метали различных температур
На величину ZKp большое влияние оказывает содержание углерода в стали. С его увеличением значения /кр интенсивно уменьшаются. Поэтому одной из мер борьбы с межкристаллитной коррозией стало снижение содержания углерода в хромоникелевых сталях. Увеличить /кр можно также путем введения в металл более сильных карбидообразова- телей, чем хром, например Ti, Nb. Количество этих элементов должно соответствовать содержанию в стали углерода с тем, чтобы они связали в стойкие преимущественно мелкодисперсные карбиды весь имеющийся углерод. В этом случае практически исключается образование карбидов хрома и обеднение хромом приграничных участков зерен.
Причины, вызывающие развитие коррозии на различных участках сварного соединения, различны. Появление очагов коррозии в металле шва связано в основном с повышенным содержанием углерода и отсутствием или недостаточным содержанием титана или ниобия. Неблагоприятный сварочный термический цикл - длительное пребывание металла шва в интервале критических температур (t > fKp, рис. 8) - приводит к появлению склонности металла шва к межкристаллитной коррозии в агрессивной среде. Шов может потерять стойкость против межкристаллитной коррозии и в результате воздействия критических температур в процессе эксплуатации изделия.
Аустенитно-ферритные швы с дезориентированной структурой имеют повышенную стойкость против межкристаллитной коррозии по сравнению с аустенитными. В результате увеличения протяженности границ зерен за счет их измельчения становятся больше и поверхности, на которых выделяются карбиды хрома. Поэтому местное обеднение объема зерна хромом уменьшается. Кроме того, процессы диффузии атомов хрома в феррите из-за менее компактной упаковки атомов в кристаллической решетке протекают значительно быстрее, чем в аустените. В связи с чем, выравнивание концентрации хрома в обедненных и центральных участках зерна ускоряется.
Межкристаллитная коррозия основного металла в участках зоны термического влияния, расположенных на некотором удалении от шва, при отсутствии в металле титана или ниобия может быть вызвана также воздействием критических температур, обусловленных неоптимальным сварочным термическим циклом или эксплуатацией изделия.
Ножевая коррозия основного металла имеет сосредоточенный характер и поражает очень узкую полоску металла, нагреваемую при сварке до температур 1250 °С и более. Этот вид коррозии развивается в сталях, стабилизированных титаном или ниобием. При этом нагреве может произойти растворение в аустените карбидов таких элементов, как титан, ниобий, ванадий, цирконий. Последующее медленное охлаждение металла в интервале критических температур (500...800 °С), или так называемый провоцирующий повторный нагрев до этих температур, в процессе многопроходной сварки или эксплуатации изделия неблагоприятно сказывается на коррозионной стойкости этой части сварного соединения. При этих температурах перешедший ранее в раствор углерод (при растворении карбидов титана, ниобия и др.) вследствие снижения его растворимости в аустените перемещается к границам зерен. Это приводит к образованию карбидов хрома и обеднению хромом прилегающих к границам периферийных участков зерен. Обедненные хромом участки зерен твердого раствора становятся объектом межкристаллиг- ной коррозии. Они занимают узкую полоску металла в зоне термического влияния, где локализуется межкристаллитная коррозия, получившая название «ножевой».
Эффективными мерами борьбы с этим опасным видом разрушения металла околошовной зоны служат создание повышенных скоростей охлаждения металла, а также снижение содержания углерода в коррозионно-стойких сталях. Восстановить стойкость сварных соединений против ножевой коррозии можно низкотемпературной термообработкой - стабилизирующим отжигом, заключающимся в длительном нагреве металла при 850...900 °С в течение 3...5 ч с последующим остыванием на воздухе. В этом случае нагрев приводит к диффузионному повышению концентрации хрома в обедненных приграничных участках за счет перемещения его из глубины зерна, и металл становится нечувствительным к межкристаллитной коррозии.
В сварных соединениях аустенитных сталей может наблюдаться еще один вид коррозионного разрушения - коррозионное растрескивание, возникающее под совместным действием растягивающих напряжений и агрессивной среды. Разрушение развивается как мсжкристаллит- ное, так и транскристаллитное. Снижение уровня остаточных сварочных напряжений - одна из основных мер борьбы с этим видом коррозионного разрушения.
