Formación y prevención de la corrosión intergranular

Formación y prevención de la corrosión intergranular del acero inoxidable.

Problema planteado

Los reglamentos técnicos unificados generalmente incluyen 'recipientes de acero inoxidable austenítico utilizados en el medio ambiente que pueden causar corrosión intergranular, después de la soldadura debe ser una solución sólida o un tratamiento de estabilización', presentado tal requisito, tiene su racionalidad.Pero incluso si el diseñador presentó este artículo en los requisitos técnicos del dibujo, requiriendo que el fabricante lleve a cabo el tratamiento térmico posterior a la soldadura de los recipientes de acero inoxidable (como el intercambiador de calor), porque los parámetros reales del proceso de tratamiento térmico son difíciles de control y algunas otras dificultades inesperadas, generalmente es difícil lograr los requisitos ideales propuestos por el diseñador, la mayoría de los equipos de acero inoxidable en servicio se utilizan después de la soldadura.

Esto nos lleva a pensar: la corrosión intergranular es la forma de corrosión más común del acero inoxidable austenítico, entonces, ¿cuál es el mecanismo de la corrosión intergranular?¿En qué medio ocurre la corrosión intergranular?¿Cuáles son los principales métodos para prevenir y controlar la corrosión intergranular?Los recipientes de acero inoxidable austenítico se utilizan en entornos que pueden causar corrosión intergranular. ¿Siempre se tratan térmicamente después de la soldadura?

Formación de corrosión intergranular del acero inoxidable.

Problema planteado

Mecanismo de producción

La corrosión intergranular es una corrosión local común, la corrosión a lo largo del borde del grano del metal o la aleación o el desarrollo de su región adyacente, y la corrosión del grano es muy leve, esta corrosión se denomina corrosión intergranular, esta corrosión hace que la cohesión entre los granos se debilite en gran medida.La corrosión intergranular grave puede hacer que el metal pierda resistencia y ductilidad y se rompa bajo una carga normal.La teoría moderna de la corrosión intergranular incluye principalmente la teoría de la deficiencia de cromo y la teoría de la disolución selectiva de impurezas en el límite de grano.

Teoría pobre en cromo

El acero inoxidable austenítico de uso común, en medios oxidantes o oxidantes débiles, es causado por la corrosión intergranular, principalmente debido al uso o procesamiento térmico inadecuado.El llamado calentamiento inadecuado se refiere al calor o enfriamiento lento del acero a través de la zona de temperatura de 450 ~ 850 ℃, el acero será sensible a la corrosión intergranular.Por lo tanto, esta temperatura es peligrosa para el acero inoxidable austenítico.Los materiales de acero inoxidable tienen un tratamiento de solución sólida al salir de la fábrica, el llamado tratamiento de solución sólida es calentar el acero a 1050 ~ 1150 ℃ después del enfriamiento, el propósito es obtener una solución sólida homogénea.El acero austenítico contiene una pequeña cantidad de carbono, y la solubilidad del carbono en el acero austenítico disminuye con la disminución de la temperatura.Por ejemplo, a 1100 ℃, la solubilidad sólida del carbono es de aproximadamente 0,02 %, ya 500 ~ 700 ℃, de aproximadamente 0,02 %.Entonces, el carbono en el acero tratado con la solución está sobresaturado.

Cuando el acero se calienta o enfría a 450 ~ 850 ℃, el carbono (Fe, Cr) 23C6 puede precipitarse de la austenita y distribuirse en el límite de grano.El contenido de cromo de (Fe, Cr) 23C6 es mucho mayor que el de la matriz austenítica.Su precipitación consume naturalmente una gran cantidad de cromo cerca del límite del grano, y el cromo consumido no puede reponerse oportunamente del grano a través de la difusión, porque la velocidad de difusión del cromo es muy lenta.Resultados El contenido de cromo cerca del límite de grano fue inferior al límite necesario para la pasivación (es decir, 12% Cr), formando una zona pobre en cromo, por lo que se destruyó la pasividad y disminuyó el potencial de la región cercana al límite de grano. pero el grano en sí permaneció pasivo, el potencial fue mayor, el grano y el límite del grano formaron un estado activo: microbatería galvánica de pasividad, la batería tenía una relación de área del cátodo grande al ánodo pequeño.Esto da como resultado corrosión en los límites de grano.

Teoría de la disolución selectiva de las impurezas del límite de grano

En la práctica de producción, también sabemos que el acero inoxidable austenítico en un medio oxidante fuerte (como el ácido nítrico concentrado) también puede producir corrosión intergranular, pero la situación de corrosión es diferente a la del medio oxidante o débil.Por lo general, ocurre en acero después del tratamiento con solución, después del tratamiento alérgico del acero generalmente no ocurre.Cuando la solución sólida contiene impurezas como fósforo hasta 100 ppm o impurezas de silicio de 1000 a 2000 ppm, se segregarán en el límite de grano.Estas impurezas se disuelven bajo la acción de un fuerte medio oxidante, lo que lleva a la corrosión intergranular.Sin embargo, en el acero sensibilizado, el carbono puede formar (MP) 23C6 con fósforo, o la primera segregación de carbono restringe la difusión de fósforo al límite de grano, lo que eliminará o reducirá la segregación de impurezas en el límite de grano, eliminando así o reduciendo la sensibilidad del acero a la corrosión intergranular.

Las dos teorías anteriores para explicar el mecanismo de corrosión intergranular se aplican a la microestructura de ciertas aleaciones y ciertos medios, respectivamente.No son mutuamente excluyentes sino mutuamente complementarios.La mayor parte de la corrosión intergranular más común del acero inoxidable en la práctica de producción ocurre en medios oxidantes u oxidantes débiles, por lo que la mayoría de los casos de corrosión pueden explicarse por la teoría de la deficiencia de cromo.

El medio ambiente resultante

Dos tipos principales de medios causan la corrosión intergranular común del acero inoxidable austenítico.Uno es un medio oxidante u oxidante débil y el otro es un medio oxidante fuerte, como el ácido nítrico concentrado.Común es el primer tipo, la lista a continuación es la causa común del entorno de medios de corrosión intergranular de acero inoxidable austenítico.

Medio común que causa la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico

Los medios comunes que causan corrosión intergranular en el acero inoxidable austenítico se enumeran en el Cuadro de datos de corrosión compilado por GA Nelson: Ácido acético, ácido acético + ácido salicílico, nitrato de amonio, sulfato de amonio, ácido crómico, sulfato de cobre, ácido graso, ácido fórmico, ácido férrico sulfato, ácido fluorhídrico + sulfato férrico, ácido láctico, ácido nítrico, ácido nítrico + ácido clorhídrico, ácido oxálico, ácido fosfórico, agua de mar, niebla salina, bisulfato de sodio, hipoclorito de sodio, dióxido de azufre (húmedo), ácido sulfúrico, ácido sulfúrico + cobre sulfato, ácido sulfúrico + sulfato ferroso, ácido sulfúrico + metanol, ácido sulfúrico + ácido nítrico, sulfito, ácido ftálico, hidróxido de sodio + sulfuro de sodio.

Ensayo de tendencia a la corrosión intergranular

Cuando se utiliza acero inoxidable austenítico en un ambiente que puede causar corrosión intergranular, la prueba de tendencia a la corrosión intergranular se debe realizar de acuerdo con GB4334.1-GB4334 'Método de prueba para la corrosión intergranular del acero inoxidable'.La selección del método de ensayo para la tendencia a la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico y sus requisitos de calificación deberán cumplir con las siguientes disposiciones:

(1) en la temperatura es mayor o igual a 60 ℃, y la concentración es mayor o igual al 5% de ácido nítrico utilizado en acero inoxidable austenítico y acero inoxidable especial de nitrato concentrado, debe probarse de acuerdo con GB4334.3 ' método de ensayo de corrosión por ácido nítrico al 65 % en acero inoxidable', La velocidad de corrosión media de cinco ciclos o tres ciclos no debe ser superior a 0,6 g/m2 h (o equivalente a 0,6 mm/a).La muestra puede ser utilizada o sensibilizada.

(2) acero inoxidable austenítico de cromo-níquel (como 0Cr18Ni10Ti, 0Cr18Ni9, 00Cr19Ni10 y acero similar): requisitos generales: según GB4334.5 'ácido sulfúrico de acero inoxidable - método de prueba de corrosión de sulfato de cobre', después de la prueba de flexión, la superficie de la muestra no debe tener grietas por corrosión intergranular.Requisitos más altos: de acuerdo con GB4334.2 'método de prueba de corrosión de sulfato de hierro y ácido sulfúrico de acero inoxidable', la tasa de corrosión promedio no debe ser superior a 1,1 g/m2 h.

(3) acero inoxidable austenítico con molibdeno (como 0Cr18Ni12Mo2Ti, 00Cr17Ni14Mo2 y acero similar): requisitos generales: según GB4334.5 'ácido sulfúrico de acero inoxidable - método de prueba de corrosión de sulfato de cobre', después de la prueba de flexión, la superficie de la muestra no debe tener grietas por corrosión intergranular.Requisitos más altos: según GB4334.4 'ácido nítrico de acero inoxidable - método de prueba de corrosión por ácido fluorhídrico', la relación de corrosión no es superior a 1,5.También de acuerdo con GB4334.2 'método de prueba de ácido sulfúrico - sulfato de hierro', la tasa de corrosión promedio no debe ser superior a 1,1 g/m2 h.

(4) Si el medio tiene requisitos especiales, se puede realizar una prueba de corrosión intergranular distinta de las disposiciones anteriores y se especificarán los requisitos de calificación correspondientes.

Medidas para prevenir y controlar la corrosión intergranular

Según el mecanismo de corrosión, las medidas para prevenir y controlar la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico son las siguientes:

(1) El uso de acero inoxidable de carbono ultra bajo para reducir el contenido de carbono a 0.03% por debajo, como 00Cr17Ni14Mo2, para que el acero no forme (Fe, Cr) 23C6, sin zona pobre en cromo, evita la generación de corrosión intergranular.En general, la resistencia no es alta, la fuerza no es grande y se requieren piezas de plástico.Desde el punto de vista económico, se puede seleccionar 0Cr18Ni9.

(2) selección de acero inoxidable estabilizado de acero que contiene titanio y acero inoxidable de niobio (es decir, a menudo decimos acero inoxidable estabilizado), fundición de acero con una cierta cantidad de titanio y niobio dos componentes, ellos y afinidad de carbono, TiC o NbC es formado en el acero, y la solubilidad sólida de TiC o NbC es mucho menor que (Fe, Cr) 23C6, casi insoluble en austenita a temperatura de solución.De esta forma, se elimina en gran medida la tendencia a la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico, aunque el (Fe, Cr) 23C6 no precipita en la frontera del grano en grandes cantidades a la temperatura alergénica.Como el acero 1Cr18Ni9Ti y 1Cr18Ni9Nb, pueden funcionar en el rango de 500 ~ 700 ℃ y no tenderán a la corrosión intergranular.

(3) tratamiento de resolución cuando se suelda el acero inoxidable austenítico, la temperatura del baño de fusión del arco supera los 1300 ℃, y la temperatura en ambos lados de la soldadura disminuye con el aumento de la distancia, entre los cuales hay un Zona de temperatura de sensibilización.Debe tratar de evitar el acero inoxidable austenítico en el rango de temperatura sensibilizado de calor y enfriamiento lento, si se encuentra que tiende a la corrosión intergranular, generalmente en el calentamiento inestable del acero inoxidable a 1000 ~ 1120 ℃, aislamiento de acuerdo a 1 ~ 2 minutos por milímetro, y luego frío;Es apropiado calentar el acero inoxidable estabilizado a 950 ~ 1050 ℃.Aún se debe evitar que el acero después del tratamiento de solución se caliente a la temperatura de sensibilización, de lo contrario, el carburo de cromo se precipitará nuevamente a lo largo del límite del grano.

(4) Al seleccionar el método de soldadura correcto para soldar, si la operación no es experta o el material de soldadura es demasiado grueso, cuanto mayor sea el tiempo de soldadura, mayor será la posibilidad de permanecer en la zona de temperatura de sensibilización, lo que resultará en la sensibilidad de la base. metal en ambos lados de la soldadura a la corrosión intercristalina.Para reducir la sensibilidad de las uniones soldadas, se debe minimizar la entrada de energía de línea.En general, la energía de la línea de entrada de la soldadura por arco de argón es menor que la de la soldadura por arco, por lo que la soldadura y la soldadura deben adoptar la soldadura por arco de argón.Para soldar piezas se debe seleccionar acero inoxidable de ultra bajo carbono o acero inoxidable que contenga elementos estabilizadores de Ti y Nb, y para soldar varillas se deben seleccionar electrodos de ultra bajo carbono o electrodos que contengan Nb.Cuando se utiliza soldadura por arco de argón, para evitar el sobrecalentamiento de las uniones soldadas, la operación debe ser rápida y la soldadura debe enfriarse rápidamente para minimizar el tiempo que el metal base en ambos lados de la soldadura permanece en el rango de temperatura sensibilizado.

Tratamiento post-soldadura

La zona de soldadura no enfatiza necesariamente el tratamiento térmico posterior a la soldadura, el tratamiento de solución general debe estar en el rango de conservación del calor de 1100 ~ 1150 ℃ después de un cierto período de enfriamiento, tres minutos para completar el rango de temperatura de enfriamiento de 925 ~ 540 ℃, continuar enfriando a 425 ℃ por debajo;El tratamiento de estabilización debe mantenerse en el rango de temperatura de 850 ~ 880 ℃ durante algunas horas después del enfriamiento con aire.El efecto esperado del tratamiento térmico posterior a la soldadura está estrechamente relacionado con los parámetros clave del proceso en todo el proceso de tratamiento térmico (como la temperatura que ingresa al horno, la tasa de aumento de temperatura, la diferencia de temperatura de cada parte de la pieza de trabajo durante el aumento de temperatura proceso, la atmósfera en el horno, el tiempo de mantenimiento, la diferencia de temperatura de cada pieza durante el proceso de mantenimiento, la tasa de enfriamiento, la temperatura de salida, etc.).

Para recipientes de acero inoxidable austenítico utilizados en ambientes que pueden causar corrosión intergranular, se puede lograr un tratamiento de solución o estabilización de partes comunes.El tratamiento térmico posterior a la soldadura de todo el contenedor (principalmente el intercambiador de calor) enfrentará muchas dificultades.Este tipo de tratamiento no es un tratamiento térmico posterior a la soldadura parcial, sino el tratamiento térmico posterior a la soldadura de todas las piezas soldadas o el contenedor completo.Debido a la estructura compleja y la forma de la mayoría de los contenedores de productos químicos (como nuestro intercambiador de calor de carcasa y tubos de uso común).

Si se requiere resolver o estabilizar la zona de soldadura de todo el intercambiador de calor de tubo y carcasa después de la soldadura, los parámetros clave del proceso anteriores no se pueden controlar en absoluto, y mucho menos garantizar la calidad del tratamiento térmico después de la soldadura.Incluso si el tratamiento es a menudo contraproducente, no sólo no se ha mejorado la estructura de la soldadura, sino que también se ha deteriorado indebidamente la estructura del metal base.Por lo tanto, más del 90 % de los recipientes para productos químicos fabricados con acero inoxidable austenítico utilizados en entornos de corrosión intergranular todavía se utilizan en el estado posterior a la soldadura en lugar del estado de tratamiento térmico posterior a la soldadura.