Сенситизация и корозия на заваръчните шевове в неръждаема стомана

Сенсибилизация и разпад около заварката при неръждаема стомана е форма на деградация по границите на зърната, при която аустенитна неръждаема стомана, задържана или бавно охлаждана през приблизително 425, 815 градуса Целзий, утаява богати на хром карбиди по границите на зърната си, изтощава съседния метал от хром и става локално податлива на междузърнеста корозия.

Когато това се случи в ивица от зоната, засегната от топлина (HAZ) до заварката, получената атака се нарича разпад около заварката.

Металургията: утаяване на хромови карбиди

Аустенитни марки като 304 и 316 устояват на корозия, защото хромът в твърдия разтвор образува пасивен оксиден филм. Тази защита зависи от поддържането на приблизително 10,5, 12% хром в разтвор във всеки участък.

Въглеродът има много ниска разтворимост в аустенита при междинни температури, така че когато стоманата престои в сенсибилизиращия диапазон, въглеродът и хромът се комбинират като M23C6 карбид (предимно Cr23C6) по границите на зърната.

Хромът дифундира много по-бавно от въглерода, така че тясна зона от двете страни на всяка граница се изтощава от хром, понякога под прага за пасивиране. Основната вътрешност на зърната остава защитена; изтощената граница, не.

Защо заварките са класическият случай

Един проход заварка налага пълен температурен градиент в околния лист. Непосредствено на линията на сливане металът е разтопен или над солвуса на карбидите, така че никакви карбиди не оцеляват.

На късо разстояние оттам пиковата температура попада точно в прозореца 425, 815 градуса Целзий и остава там достатъчно дълго по време на охлаждането, за да се утаят карбиди. Затова разпадът около заварката се появява като една или две линии, успоредни на заварката, отстъпили с няколко милиметра от всяка страна, а не в самия заварен метал.

Ролята на съдържанието на въглерод и времето

Количеството и скоростта на утаяване на карбидите растат с увеличаването на съдържанието на въглерод. Стандартният 304 (до 0,08% въглерод) се сенсибилизира лесно; ефектът е далеч по-слаб под около 0,03%. Времето на експозиция също има значение: утаяването на карбидите е най-бързо около 650 градуса Целзий, където сенсибилизацията може да започне в рамките на минути, докато в краищата на диапазона може да отнеме часове. Кривите време-температура-сенсибилизация (TTS) за всеки клас улавят това С-образно поведение.

Методи за предотвратяване и как работят

Три подхода предотвратяват сенсибилизацията: премахване на въглерода, свързването му с по-силен формиращ карбиди елемент или разтварянето на карбидите след факта и бързото охлаждане, за да останат в разтвор.

Ножовидна атака при стабилизирани класове

Стабилизираните марки не са имунизирани. При многопроходни заварки металът, непосредствено до линията на сливане, може да се нагрее достатъчно високо (над приблизително 1200 градуса Целзий), за да се разтворят стабилизиращите карбиди (TiC, NbC) и да върнат въглерода в разтвор.

Ако по-късен проход или експозиция в експлоатация след това повторно нагрее същата тясна ивица в сенсибилизиращия диапазон, хромовите карбиди все пак ще се утаят. Резултатът е много тънка, рязко очертана линия на междузърнеста атака точно на ръба на заварката, известна като ножовидна атака.

Пост-заваръчен стабилизиращ отжиг близо до 900 градуса Целзий преутайва титановите или ниобиевите карбиди и възстановява устойчивостта.

Откриване, изпитвания и последици

Сенсибилизацията се потвърждава чрез стандартизирани изпитвания за междузърнеста корозия: ASTM A262 (практики A, F, включително ецване с оксалова киселина и Strauss тест с мед/меден сулфат) и EN ISO 3651. Електрохимичната потенциокинетична реактивация (EPR) дава количествена, почти неразрушаваща оценка.

Освен видимия разпад, сенсибилизираните граници също повишават податливостта към корозионно напукване под напрежение в присъствие на хлориди и могат да служат като начални места за ямкова (pitting) корозия.

Тъй като повредата се определя от състава, проверката, че инсталираният материал съответства на указаната L или стабилизирана марка чрез положителна идентификация на материала, предпазва от грешки при смесване на партиди.

Управление на риска в експлоатационно съоръжение

Сенсибилизацията е толкова проблем на документацията, колкото и металургичен: знанието за процедурите за заваряване, топлинните обработки и сертификатите за материали за всеки податлив участък. Fabrico ви позволява да прикачвате марки материали, карти на заварките и резултати от инспекции към всеки актив, така че повтарящите се инспекции на HAZ да остават планирани и проследими. Запазете демонстрация на Fabrico, за да видите как се поддържа тази история.

Често задавани въпроси

Разпада около заварката в металa на заварката ли се случва или в основния метал?

Почти винаги в основния метал, в зоната, засегната от топлина, на няколко милиметра от линията на сливане, където пиковата температура попада в сенсибилизиращия диапазон 425, 815 градуса Целзий. Самият заварен метал и линията на сливане достигат твърде висока температура, за да задържат карбиди.

Засегнати ли са феритните и дуплекс неръждаеми стомани?

Феритните марки могат да се сенсибилизират, но при по-високи температури и за много по-кратко време, тъй като хромът дифундира по-бързо, затова ниското съдържание на междумолекулни елементи е основната защита. Дуплекс марките устояват по-добре на класическия разпад около заварката, но имат свои собствени проблеми с преципитации, като фаза с голямо съдържание на сигма при повишени температури.

Може ли сенсибилизиран компонент да бъде възстановен?

Да, ако позволяват геометрията и оборудването. Пълен разтворен отжиг около 1040, 1120 градуса Целзий, последван от бързо охлаждане, разтваря хромовите карбиди и възстановява устойчивостта на корозия. Това често е непрактично за големи сглобени конструкции, затова изборът на марка е предпочитан пред ремонта.

Винаги ли клас L е по-добър от стабилизиран клас?

Не винаги. L класовете дават най-простата защита за заварени приложения до умерени температури. Стабилизираните марки като 321 и 347 държат въглерода свързан при продължително високо температурно обслужване, където дори нисковъглеродната стомана може в крайна сметка да се сенсибилизира, така че изборът зависи от работната температура.