Коррозионная стойкость ферритных нержавеющих стал

Коррозионную стойкость ферритных нержавеющих сталей можно резко снизить сваркой. Эти стали могут быть склонны к различным формам коррозии, включая межкристаллитную коррозию (IGС), щелевую и питтинговую. Благодаря отсутствию никеля эти материалы в целом стойки к коррозионному растрескиванию под напряжением и потому перспективны в качестве альтернативы аустенитным нержавеющим сталям при работе в хлорсодержащей среде.

Щелевой и питтинговой коррозии можно избежать, правильно выбрав марки стали, в то время как стойкость к межкристаллитной коррозии крайне чувствительна к технологии сварки и условиям после сварки. Межкристаллитная коррозия в сварных соединениях ферритных нержавеющих сталей рассмотрена в работах. Общее мнение сводится к тому, что межкристаллитная коррозия является следствием сенсибилизации аналогично аустенитным нержавеющим сталям. Согласно изложенному, выделение карбидов, обогащенных хромом, и/или нитридов по границам зерен создает там зоны, обедненные хромом, подверженные коррозионным атакам. Поэтому стойкость к межкристаллитной коррозии в значительной степени зависит от уровня содержания примесей внедрения, как показано на рис. 5.26.

При сварке углерод и азот полностью растворяются в расплавленном металле и объемах ЗТВ, нагреваемых свыше 1000 °C (1830 °F) (температура колеблется в зависимости от скорости нагрева). При охлаждении обогащенные хромом карбиды Cr23C6 и нитриды Cr2N могут выделяться как по границам зерен, так и внутри них, что зависит от скорости охлаждения и концентрации азота и углерода. При высоких скоростях охлаждения выделение идет преимущественно внутри зерна, а при низкой скорости охлаждения — по границам зерен. В микроструктуре металла в состоянии после сварки в средне- и высокохромистых сталях эти выделения наблюдаются в обоих случаях.

В сталях при высоком уровне суммарного содержания углерода и азота (более 1000*10в-6 (более 1000 ppm)) выделения этих соединений по границам зерен не подавляются даже закалкой с высокой скоростью охлаждения, и такие стали склонны к межхристаллитной коррозии после сварки. В сталях с низким и умеренным уровнем содержания углерода и азота (примерно от 200 до 500*10в-6 (от 200 до 500 ppm)) высокая скорость охлаждения — эффективный инструмент для подавления выделений указанных химических соединений по границам зерен, и существует критический диапазон скоростей охлаждения, при выходе за который произойдет сенсибилизация. Этот диапазон обычно перекрывает скорости охлаждения, типичные для дуговой сварки. Стали с очень низким суммарным содержанием углерода и азота наиболее стойки к межкристаллитной коррозии, но в высокохромистых сталях критическое содержание примесей внедрения должно быть очень низким для обеспечения пластичных свойств сварного соединения (см. рис. 5.26). Зависимость коррозионной стойкости и пластичности сварных швов от содержания хрома и примесей внедрения представлена втабл. 5.8. Необходимость иметь крайне низкое содержание указанных элементов в высокохромистых сталях обусловлено их природной склонностью как к межкристаллитной коррозии, так и к высокотемпературному охрупчиванию при сварке.

Термическая обработка после сварки может существенно повысить стойкость к межкристаллитной коррозии ферритных нержавеющих сталей. Нагрев в интервале температур от 700 до 950 °C (от 1290 до 1740 °F) эффективен против образования металла, обедненного хромом, вокруг выпавших по границам зерен карбидов хрома за счет интенсификации диффузии последнего. Такая термическая обработка, как показано ранее, эффективна для улучшения пластических свойств и ударной вязкости. Обычно рекомендуют для высокохромистых сталей быстрое охлаждение с температур термической обработки, чтобы избежать потенциального охрупчивания вследствие интенсивного образования выделений по границам зерен.

Стойкость к межкристаллитной коррозии как к высокотемпературному охрупчиванию может быть повышена за счет добавок стабилизирующих элементов, таких как титан и ниобий. Эти элементы образуют стойкие карбиды типа MC, которые сопротивляются растворению в процессе выдержки при высоких температурах. Требуемое количество стабилизирующих элементов меняется от стали к стали, но в целом безопасный уровень таких элементов в высокохромистых сталях определяется выражением: 6 (С + N) или 0,20 + 4 (С + N). Влияние значения Ti/(С + N) на межкристаллитную коррозию в термически обработанных образцах стали 26Cr—1Mo показано на рис. 5.27. При приближении этого значения к 10 высокотемпературная выдержка, аналогичная термическому циклу сварки, слабо влияет на коррозионную стойкость. Для стали марки 409 в работе было предложено определять количество титана и ниобия по выражению Ti + Nb > 0,08 + 8 (С + N).

Влияние стабилизирующих элементов в зоне расплавления не ясно, так как при плавлении весьма вероятно растворение карбидов и нитридов. При охлаждении с высокой скоростью возможно образование выделений, богатых хромом, влияющих на межкристаллитную коррозию. Пример межкристаллитной коррозии в ЗТВ нержавеющей стали марки 409 приведен на рис. 5.28. Это разрушение произошло в тонколистовой стали при выдержке в морской воде. Совместное воздействие приложенных сил и остаточных напряжений в присутствии ионов хлора привело к коррозионному разрушению. При детальном рассмотрении рисунка можно различить наличие мартенсита по границам зерен и разрушение, произошедшее по границе феррит—мартенсит. Это является следствием воздействия механизма сенсибилизации, описанного ранее, при котором образование карбидов, богатых хромом, вдоль указанной границы привело к обеднению этим элементом примыкающих объемов металла.

В общем стойкость к межкристаллитной коррозии сварных соединений ферритных нержавеющих сталей определяется рядом факторов, включая уровень содержания хрома и элементов внедрения, а также скорость охлаждения при сварке. Для сварных соединений необходимо применять стали с низким содержанием элементов внедрения, а сварочные процессы должны обеспечивать максимально высокую скорость охлаждения. При возможности настоятельно рекомендуется применение послесварочной термической обработки, так как она благотворно воздействует на стойкость к межкристаллитной коррозии и высокотемпературному охрупчиванию.