CC BY
105
УДК 621.791
Е.А. Синкина, Е.А. Кривоносова E.A. Sinkina, Е.А. Krivonosova
Пермский государственный технический университет Perm State Technical University
ВЛИЯНИЕ ТИПА ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОДА НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛА ШВА СТАЛИ 08Х18Н10Т
INFLUENCE OF TYPE OF THE ELECTRODE COVERING ON CORROSION STABILITY OF THE SEAM FROM THE STEEL X5CRNI18-10
Представлены результаты испытаний коррозии под напряжением образцов стали 08Х18Н10Т, сваренных электродами с основным и рутиловым типом покрытия. Установлено, что склонность к коррозионному растрескиванию зависит от химического состава электродного покрытия и металла шва.
Ключевые слова: коррозионная стойкость под напряжением, покрытие электрода, меж-кристаллитная коррозия.
In work results of tests of corrosion energised samples of a steel X5CrNi18-10, welded by electrodes with the core and rutile covering type are presented. It is established that propensity to corrosion cracking depends on a chemical compound of an electrode covering and seam metal.
Keywords: corrosion firmness energised, an electrode covering, intercrystalline corrosion.
В сварных соединениях высоколегированных сталей вследствие высокой электрохимической гетерогенности, обусловленной неоднородностью химического состава шва, структуры, свойств и напряженного состояния, происходят наиболее интенсивные коррозионные разрушения по сравнению с основным металлом.
Основной причиной разрушения трубопроводов, аппаратуры химической промышленности, теплоносителей является коррозионное разрушение, которое возникает в результате совместного действия остаточных сварочных напряжений и химических веществ, которые, как правило, коррозионно агрессивны.
Актуальным и важным является исследование процессов модифицирования и структурообразования металла сварных швов высоколегированной стали типа Х18Н10Т, полученных при ручной дуговой сварке плавящимися электро-
дами с различным типом электродного покрытий - рутиловым (ОК61. 30) и основным (ЦЛ-11) и влияние этих процессов на стойкость к коррозионным разрушениям высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей.
Изучение качества сварных швов и оценка коррозионной стойкости под напряжением в настоящее время является актуальной задачей, позволяющей повысить работоспособность сварных соединений, изготовленных из дорогостоящих хромоникелевых аустенитных сталей. Стали данного класса нашли широкое применение в различных отраслях машиностроения в качестве коррозионно-стойкого и жаростойкого конструкционного материала.
В проведенном исследовании использовались образцы из стали 08Х18Н10Т (высоколегированная сталь аустенитного класса), сваренные электродами с различным типом покрытий. Коррозионно-стойкие стали аустенитно-го класса являются широко применяемым конструкционным материалом с высокой стойкостью к общей коррозии. Однако при эксплуатации возможно повреждение и выход из строя оборудования, в результате того, что аустенитные хромоникелевые стали очень подвержены коррозионному растрескиванию в растворах хлоридов и щелочей. Разрушение в данном случае наступает без видимых следов коррозии. Скорость развития коррозионных трещин в зависимости от агрессивности среды, величины остаточных и рабочих напряжений может изменяться в широких пределах - от нескольких часов до нескольких лет. Разрушение характеризуется внезапностью. На сварных соединениях обнаруживаются многочисленные коррозионные трещины.
Основные трудности сварки рассматриваемых сталей и сплавов обусловлены многокомпонентностью их легирования и разнообразием условий эксплуатации сварных конструкций. Главной и общей особенностью сварки является склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин, имеющих межкристаллитный характер.
Для сварки образцов стали 08Х18Н10Т использовались два типа электродов: рутиловые (ОК 61. 30 / Э-02Х20Н10Г2 / ГОСТ 10052-75) и основные (ЦЛ-11 / ГОСТ 9466).
Сравнительная оценка образцов проводилась на установке для испытаний коррозии под напряжением (метод испытания на коррозионное разрушение электрохимическим способом) [1]. Сущность метода заключается в том, что испытуемый образец помещают в коррозионно-активную среду и подвергают гальваностатической поляризации по схеме:
- анодно - в течении 30 мин, для создания на поверхности концентраторов напряжений коррозионного происхождения;
- катодно - для формирования участков охрупчивания. При этом на образце были созданы растягивающие напряжения. Электрохимическая коррозия под напряжением проводилась в кипящем растворе смеси солей MgCl2, NaCl и KCl в течение 600 ч. Агрессивность сред выбиралась так, чтобы быть не меньше той, в которой должны служить испытуемые материалы [2].
После испытаний образцы были разрезаны в поперечном направлении для оценки глубины и характера коррозионного разрушения. При анализе образцов без травления при увеличении 100 было выявлено, что в сварных швах, выполненных ОК61.30, глубина коррозионного разрушения составляет
0,28-0,33 мм, что в два раза превышает глубину коррозионного разрушения сварных швов, выполненных ЦЛ-11, - 0,07-0,14 мм (рис. 1).
-А -> '
А- ‘
~ мм
’
а
Ч
I 'Ч . *
),14 мм ч‘ ■
—— ■ Л—
I ^ - ~тТ~ г*- ^ • 9 - * .. :
б
Рис. 1. Глубина коррозионного разрушения сварных швов, выполненных электродами: а - ОК 61.30; б - ЦЛ-11
По характеру разрушения сварных швов, выполненных 0К61.30, заметно, что трещина идет строго по границам зерна, т.е. наблюдается межзеренное разрушение (сетки трещин) (рис. 2). Очагами коррозионного разрушения являются зоны неоднородности структуры шва. В неоднородных металлах коррозия носит местный характер, охватывая отдельные анодные участки их поверхности с низким значением электродного потенциала. Анодными участками могут быть границы зерен и фаз, в то время как сами зерна являются катодами.
Рис. 2. Трещина в сварном шве, выполненном электродом ОК 61.30
Рис. 3. Трещина в сварном шве, выполненном электродом ЦЛ-11
В этом случае развивается наиболее опасный вид коррозии - межкри-сталлитная коррозия. Она почти незаметна с поверхности и распространяется в глубь металла по границам зерен. Разность потенциалов отдельных составляющих микроструктуры способствует электрохимической коррозии [3].
Межкристаллитная коррозия высокохромистой стали обусловлена выделением при повышенных температурах по границам зерен карбидов. Эти карбиды образуются вследствие диффузии углерода из всего объема зерна, а хрома - только с приграничных областей. Углерод перемещается по межу-зельному механизму диффузии (по механизму внедрения), который по сравнению с перемещением атомов по механизму замещения характеризуется высокой подвижностью. Это приводит к снижению содержания хрома в приграничных областях ниже его критической концентрации 12-14 % и скачкообразному падению электродного потенциала с +0,2 до -0,6 В. Границы зерен становятся анодом по отношению к металлу внутри зерен.
По характеру разрушения сварных швов, выполненных ЦЛ-11, заметно, что коррозия шва имеет двойной характер (рис. 3):
1. Сплошная поверхностная коррозия. Как видно, сплошная коррозия неравномерна, следовательно, скорость коррозии на отдельных участках поверхности неодинакова.
2. Коррозия, напоминающая язвенную коррозию, которая, скорее всего, связана с дефектами на поверхности и в дальнейшем развивается под поверхностью на глубину 0,07-0,14 мм (подповерхностное разрушение). Подповерхностная коррозия часто вызывает вспучивание и расслоение металла.
При оценке скорости коррозионных разрушений образцов, сваренных ОК61.30, определили, что данные швы имеют скорость коррозии 3,65 мм/год. Сварные швы, выполненные ЦЛ-11, - 0,9 мм/год.
В процессе исследования проводился анализ кинетики процесса коррозии по разработанной методике путем измерения в автоматическом режиме стрелы прогиба образцов в зависимости от времени испытания.
Полученные результаты были обработаны при помощи программного обеспечения Mathcad 7 Professional, были построены кинетические кривые разрушения образцов в координатах: изменение стрелы прогиба А/от времени испытания t.
f ММ
7.5|------------------—---------------------—---------------------
Рис. 4. Кинетические кривые разрушения образцов:
- ОК61.30; - ЦЛ-11
Как видно из графика, вид кинетических кривых разрушения образцов, сваренных электродами с различным типом покрытия, имеет разный характер, что подтверждает вышеизложенный качественный анализ коррозионных
разрушений, а именно то, что более интенсивно идет разрушение сварного шва, выполненного электродами с рутиловым типом покрытия. При этом характер разрушения и нарастания стрелы прогиба дискретный, ступенчатый. Для шва, выполненного электродом с основным типом покрытия, стрела прогиба увеличивается плавно и нарастание незначительное.
Учитывая вышесказанное, можно сделать следующие выводы:
1. Структура шва, выполненного ЦЛ-11 с основным типом покрытия, более однородная по всему шву. Сварной шов, выполненный электродом ОК61.30 с рутиловым типом покрытия, имеет неоднородную структуру.
2. В сварных швах, выполненных ОК61.30, глубина коррозионного разрушения в два раза превышает глубину коррозионного разрушения сварных швов, выполненных ЦЛ-11.
3. Разрушение швов, выполненных ОК61.30, идет строго по границам зерна, т.е. наблюдается межзеренное разрушение. Разрушение сварных швов, выполненных электродом ЦЛ-11, имеет двойной характер: сплошная поверхностная коррозия, подповерхностное разрушение.
Таким образом, сварные швы, выполненные электродом ЦЛ-11, имеют большую стойкость к коррозионному разрушению, а также являются стойкими в агрессивной среде солей хлоридов.
Список литературы
1. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. - М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.
2. Александров А.Г. Коррозионная стойкость сварных швов аустенитно-ферритных сталей в щелочных средах // Сварочное производство. - 1990. -№ 8. - С. 15-16.
3. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. - М.: Металлургия, 1974. - 256 с.
Получено 03.03.2011
