Электрохимическая коррозия - 2 часа

1. Природа электрохимической коррозии.

2. Виды электрохимической коррозии в сварочном соединении.

2.1. Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость сварных соединений (стойкость против электрохимической коррозии)

1. Природа электрохимической коррозии

 

Электрохимическая коррозия – это процесс самопроизвольного разрушения металла в результате электрохимических реакций.

Как правило электролитами служат водные растворы. Большинство металлов и сплавов при контакте с растворителем (агрессивной средой) переходят в раствор (ионы металла вырываются из кристаллической решетки и переходят в раствор).

Мерой термодинамической неустойчивости служит так называемый нормальный электродный потенциал, который пропорционален энергии перехода иона металла в электролит. Чем более отрицателен электродный потенциал тем легче растворяется металл. Между двумя замкнутыми электродами опущенными в электролит возникает ток, он называется коррозионным, а электроды, опущенные в электролит называются гальванопарой.

Величина коррозионного тока определяется по закону Ома

,

где I – величина коррозионного тока, А; R – сопротивление гальванопары, Ом; E_K, E_А – электронные потенциалы катода и анода.

В сварных соединениях микрогальванопары возникают:

1. Между оксидной пленкой и металлом соединения;

2. Между различными участками сварного соединения (металл шва - основной металл; металл шва - ЗТВ; ЗТВ - основной металл и т. д.)

3. Между участками металла на уровне зерна и менее (внутри зерна), имеющими различный химический состав (за счет химической неоднородности) или различную структуру. Например: карбиды - зерна металла, нитриды - зерна металла, поверхность зерна насыщенная примесями - тело зерна. При этом сварное соединение представляет сложную электрохимическую систему, включающую в себя множество гальванопар.

 

Принципиальная схема коррозионного разрушения металла.

При коррозионном разрушении металла различают три стадии:

1. Анодная реакция – переход иона металла в раствор составлением эквивалентного количества свободных электронов в металле.

2. Катодная реакция – процесс восстановления окислительных элементов среды.

H⁺ + e ® H;       O₂ + 2H₂O + 4e ® 4OH^-

3. Процесс протекания электронов в твердой фазе, а в жидкой – перемещение анионов и катионов.

При электрохимической коррозии возможна пассивация металла в ходе которой наблюдается торможение анодного процесса, и высокая коррозионная стойкость сварного соединения.

 

2. Виды электрохимической коррозии в сварном соединении

 

Коррозия может быть общей или избирательной.

Общая электрохимическая коррозия характерна для сварных соединений из углеродистых и низколегированных сталей в водных растворах, в атмосфере и в почве.

Примеры общей электрохимической коррозии:

^-

	Равномерная коррозия
	Преимущественно по основному металлу
	Сосредоточенная в зоне термического влияния
	Сосредоточенная в шве

 

Примеры избирательной электрохимической коррозии:

    К избирательным видам электрохимической коррозии относят межкристаллитную коррозию, ножевую коррозию, точечную коррозию и коррозионное разрушение сварных соединений в напряженном состоянии.

    Межкристаллитная коррозия избирательно поражает зону термического влияния.

Сварное соединение, пораженное межкристаллитной коррозией

Это наиболее опасный вид коррозионного разрушения. Межкристаллитная коррозия распространяется по границам зерен в толщу металла. В результате пораженный межкристаллитной коррозией металл разрушается под действием незначительных нагрузок.

В аустенитных и высокохромистых ферритных сталях межкристаллитная коррозия обусловлена наличием структурных изменений под действием термического цикла сварки, а именно в аустенитных сталях при нагреве свыше 400 - 500^о С по границам зерен выделяются карбиды, а в высокохромистых ферритных сталях при нагреве до 900^о С по границам зерен из феррита выпадают карбиды и нитриды. Присутствие карбидов и нитридов по границам зерен вызывает появление системы гальванопар в металле, поэтому электрохимическая коррозия распространяется преимущественно по границам зерен.

Кроме того аналогичные изложенным явления могут быть связаны с выпадением по границам зерен сульфидов, боридов и фаз Лавеса (интерметаллидные соединения с ионной связью Fe–Mo, Fe–W, Fe–Nb).

Пути предотвращения межкристаллитной коррозии:

1. Термическая ообработка:

- аустенизация (“закалка”), нагрев до 1050-1100^о С и охлаждение в воде или масле в закалочных агрегатах;

- стабилизирующий отжиг, проводится в течении 2 - 4 часов при температуре 850 - 900 ^о С, охлаждение на воздухе.

2. Создание высокой скорости охлаждения при сварке в области критических температур, при которых образуются карбиды.

3. Уменьшение содержания углерода в стали.

4. Создание аустенитно-ферритной структуры, с содержанием ферритной фазы до 10 % (ферритная фаза увеличивает площадь границ, а т. к. карбиды выделяются по границам зерен, то их содержание на единицу площади уменьшается).

Ножевая коррозия является разновидностью межкристаллитной коррозии.

Сварное соединение, пораженное ножевой коррозией

Ширина участка на котором протекает ножевая коррозия обычно менее 1,5 мм. Ножевая коррозия связана с выделением цепочки карбидов титана и ниобия при температуре » 1200^о С по границам зерен в околошовной зоне. Дополнительное тепловое воздействие в области температур 600-700^о С (например, от наложения второго шва) ведет к дополнительному образованию карбидов хрома. Это все вместе взятое обуславливает протекание межкристаллитной коррозии в узкой зоне вблизи линии сплавления, т.е. ножевой коррозии.

Точечная коррозия наблюдается в продукции химического машиностроения, при работе в растворах хлоридов. Коррозия возникает при повреждении пассивирующей пленки.

Сварное соединение, пораженное точечной коррозией

Коррозионное разрушение сварочных соединений в напряженном состоянии (коррозионное растрескивание) проявляется в виде коррозионного растрескивания.

Коррозионное разрушение сварочных соединений в напряженном состоянии

Считают, что наличие внутренних напряжений или напряжений от внешних нагрузок облегчает анодную реакцию (образование иона металла). При этом процесс растрескивания состоит из двух этапов:

- зарождение трещины;

- развитие трещины.

Для снижения вероятности появления коррозионного растрескивания используют:

1. Мероприятия, снижающие уровень остаточных напряжений;

2. Легируют металл шва для снижения его электродного потенциала.

 

2.1. Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость сварных соединений (стойкость против электрохимической коррозии).

 

Хром - значительно повышает коррозионную стойкость, особенно в окислительных средах.

Марганец - несколько понижает коррозионную стойкость.

Углерод - отрицательно влияет на общую коррозионную стойкость и увеличивает склонность сталей к межкристаллитной коррозии.

Молибден - увеличивает коррозионную стойкость в растворах кислот.

Медь - улучшает коррозионную стойкость в восстановительных средах.

Титан и ниобий - повышает стойкость против межкристаллитной коррозии.

Азот - препятствует протеканию ножевой коррозии в хромоникелевых и хромоникельмарганцевых сталях.

Ванадий - понижает коррозионную стойкость в азотной кислоте.

Кремний - понижает коррозионную стойкость везде.

Лекция № 4

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: