Хрупкое разрушение из-за межкристаллитной коррозии относится к тому, что нержавеющая сталь 316 подвергается сварочному нагреву или неправильной высокотемпературной-термической обработке в диапазоне температур сенсибилизации 450–850 градусов. Элементы хрома в материале преимущественно сочетаются с углеродом, выделяя богатые хромом карбиды-по границам зерен, что приводит к сильному обеднению хромом в прилегающих к границам зерен зонах. Область с-дефицитом хрома теряет способность образовывать полную анти-пассивную пленку, становясь электрохимически активной анодной областью. Под эрозией агрессивной среды коррозия непрерывно распространяется по границам зерен, разрывая силу связи между зернами металла. Материал по-прежнему сохраняет полный внешний вид, но теряет структурную целостность, что приводит к внезапному хрупкому расколу и утечкам при проникновении под рабочим давлением и внешней нагрузкой. Чаще всего этот отказ возникает на сварных участках трубопроводов отопления из нержавеющей стали в кислых и хлорид-содержащих эксплуатационных средах.
1. Выделение сенсибилизации и механизм распространения межкристаллитной коррозии.
В нержавеющей стали 316 содержится достаточное количество хрома для создания защитной пассивирующей пленки оксида хрома. Во время термического цикла сварки материал некоторое время находится в интервале сенсибилизации. Атомы углерода диффундируют к границам зерен и выделяют карбиды Cr₂₃C₆. Потребление хрома вблизи границ зерен вызывает локальную нехватку хрома, образуя микропервичную батарею с неповрежденной внутренней частью зерна, богатой хромом. Коррозия избирательно растворяет слабую зону границ зерен и развивается в сетчатую трещину внутри стенки трубы. В отличие от равномерной коррозии, утончающей всю стенку, межкристаллитная коррозия проникает с поверхности вовнутрь по границам кристаллов без явных потерь материала на внешней поверхности и с чрезвычайно высокой скрытностью дефектов.
2. Типичные места, подверженные межкристаллитной коррозии.
Зоны, подвергающиеся термическому воздействию-сварки, которые во время сварки подвергаются температурному диапазону сенсибилизации;
Сегменты труб, длительно локально нагреваемые внешними источниками тепла в интервале 450-850 градусов;
Детали с неправильной пост-термической обработкой, приводящей к вынужденной сенсибилизации металлографической структуры;
В переходных зонах основания и колена фланца имеются большие остаточные сварочные напряжения, ускоряющие развитие коррозии;
Статические тупиковые трубопроводы, в которых коррозионная среда накапливается и постоянно воздействует на дефектные участки по границам зерен.
3. Основные факторы, ускоряющие коррозионное разрушение
Используйте обычный не-низко-материал 316 без обработки для снижения выбросов углерода для сварных конструкций;
Сварочные операции сопровождаются чрезмерным выделением тепла и медленной скоростью охлаждения, что увеличивает время воздействия сенсибилизации;
Стабилизационная обработка отжигом после сварного раствора не применяется, чтобы исключить выделение карбидов;
Технологическая среда содержит ионы хлорида, органическую кислоту и другие агрессивные компоненты, вызывающие растворение границ зерен;
Сам сырьевой материал имеет избыточное содержание углерода, что значительно увеличивает тенденцию к осаждению карбидов.
4. Полные-технические меры по предотвращению и контролю ссылок
① В качестве основного материала трубы отдавайте предпочтение низкоуглеродистой-марке 316L или стабилизированной модифицированной нержавеющей стали.
Принципиально снизить содержание углеродных элементов, чтобы ограничить осаждение карбида хрома.
② Оптимизировать процесс сварки, используя малый ток и быстрые параметры сварки, чтобы сократить время выдержки при высоких-температурах.
Избегайте длительного нагревания зоны,-пораженной теплом.
③ Внедрить после-закалку на раствор сварочного раствора или стабилизирующий отжиг для основных сварных соединений, несущих давление-подшипников.
Растворите осажденные карбиды и восстановите равномерное распределение хрома по границам зерен.
④ Установите устройства средней фильтрации и дехлорирования для снижения концентрации коррозионных ионов в транспортируемой жидкости.
Отключите электрохимическую движущую силу реакции межкристаллитной коррозии.
⑤ Регулярно проводить контроль межкристаллитной коррозии и ультразвуковую дефектоскопию сварных деталей.
Устраните скрытые дефекты трещин по границам зерен до разрыва с проникновением.
5. Сравнительная таблица эффективности профилактики
表格
| Режим материала и сварочного процесса | Риск межкристаллитной коррозии | Предложение по применению |
|---|---|---|
| Обычный материал 316 + сварка с медленным охлаждением + отсутствие термообработки после-сварки | Растрескивание по границам зерен и хрупкое разрушение происходят при средне-эксплуатации. | Замените материалом 316L и проведите отжиг на раствор для дефектных сварных швов. |
| Низко-углеродистая нержавеющая сталь + сварка с низким тепловложением + стандартизированная обработка для стабилизации после-сварки | Эффективно подавляет сегрегацию карбидов и коррозионное расширение границ зерен. | Стандартная конструкция и спецификации сварки для напорных трубопроводов отопления из нержавеющей стали 316. |
| Сверх-нержавеющая сталь с низким содержанием углерода + онлайн-мониторинг компонентов среды + ежегодный металлографический контроль сварных швов | Чрезвычайно низкий уровень внезапного разрыва трубы и средней опасности утечки. | Предпочтительная схема для проектов сетей отопления средней продолжительности-цикла химической промышленности, вызывающих коррозию |
Заключение
Межкристаллитная коррозия нержавеющей стали 316 вызвана сенсибилизацией сварки, приводящей к осаждению карбида хрома и обеднению хромом границ зерен, что приводит к преимущественной коррозии и отделению границ кристаллов. Основные профилактические меры включают выбор базовых материалов из низко-углеродистой нержавеющей стали, оптимизацию тепловложения при сварке и скорости охлаждения, согласование процессов термообработки после-сварки, очистку технологической среды и усиление регулярного неразрушающего контроля сварных швов. Весь-замкнутый процесс-контроля выбора сырья, сварки на местах и приемки термообработки после-обработки может предотвратить остановку производства и экологические катастрофы, вызванные межкристаллитной коррозией и хрупким разрушением нагревательных трубок из нержавеющей стали 316.
