Przyczyny i środki zaradcze korozji trawiącej kołnierzy ze stali nierdzewnej 304

Streszczenie: Klient zakupił ostatnio partię kołnierzy ze stali nierdzewnej 304, które przed użyciem miały zostać wytrawione i pasywowane. W rezultacie na powierzchni kołnierzy ze stali nierdzewnej po umieszczeniu ich w zbiorniku na ponad dziesięć minut pojawiły się pęcherzyki. Po wyjęciu i wyczyszczeniu kołnierzy stwierdzono korozję. Aby znaleźć przyczynę korozji kołnierzy ze stali nierdzewnej, zapobiec ponownemu wystąpieniu problemów z jakością i zmniejszyć straty ekonomiczne. Klient specjalnie zaprosił nas do pomocy przy analizie próbek i inspekcji metalograficznej.

Najpierw przedstawię kołnierz ze stali nierdzewnej 304. Ma dobrą odporność na korozję, odporność na ciepło i właściwości mechaniczne w niskich temperaturach. Jest odporny na korozję w atmosferze i kwasoodporny. Jest szeroko stosowany w projektach rurociągów płynnych, takich jak przemysł naftowy i chemiczny. Jako ważna część połączenia rurociągu, ma zalety łatwego podłączenia i użytkowania, utrzymania właściwości uszczelniających rurociągu oraz ułatwienia kontroli i wymiany określonego odcinka rurociągu.

Proces inspekcji

1. Sprawdź skład chemiczny: Najpierw pobierz próbkę ze skorodowanego kołnierza i za pomocą spektrometru bezpośrednio określ jego skład chemiczny. Wyniki pokazano na poniższym rysunku. W porównaniu z wymaganiami technicznymi dotyczącymi składu chemicznego stali nierdzewnej 304 w ASTMA276-2013,zawartość Cr w składzie chemicznym uszkodzonego kołnierza jest niższa od wartości standardowej.

2. Kontrola metalograficzna: W miejscu korozji uszkodzonego kołnierza wycięto próbkę przekroju podłużnego. Po polerowaniu nie stwierdzono korozji. Wtrącenia niemetaliczne obserwowano pod mikroskopem metalograficznym, a kategorię siarczków oceniono na 1,5, kategorię tlenku glinu oceniono na 0, kategorię soli kwasowych oceniono na 0, a kategorię tlenków sferycznych oceniono na 1,5; próbkę wytrawiono wodnym roztworem chlorku żelaza i kwasu solnego i obserwowano pod mikroskopem metalograficznym 100x. Stwierdzono, że ziarna austenitu w materiale były wyjątkowo nierówne. Stopień uziarnienia oceniano według GB/T6394-2002. Obszar gruboziarnistego można ocenić na 1,5, a obszar drobnoziarnisty można ocenić na 4,0. Obserwując mikrostrukturę korozji przypowierzchniowej można stwierdzić, że korozja rozpoczyna się od powierzchni metalu, koncentruje się na granicach ziaren austenitu i sięga do wnętrza materiału. Granice ziaren w tym obszarze ulegają zniszczeniu w wyniku korozji, a siła wiązania pomiędzy ziarnami zostaje prawie całkowicie utracona. Silnie skorodowany metal tworzy nawet proszek, który można łatwo zeskrobać z powierzchni materiału.

3. Kompleksowa analiza: Wyniki badań fizyko-chemicznych wskazują, że zawartość Cr w składzie chemicznym kołnierza ze stali nierdzewnej jest nieco niższa od wartości standardowej. Pierwiastek Cr jest najważniejszym pierwiastkiem decydującym o odporności korozyjnej stali nierdzewnej. Może reagować z tlenem, tworząc tlenki Cr, tworząc warstwę pasywacyjną zapobiegającą korozji; zawartość siarczków niemetali w materiale jest wysoka, a agregacja siarczków w lokalnych obszarach doprowadzi do zmniejszenia stężenia Cr w otaczającym obszarze, tworząc obszar ubogi w Cr, wpływając w ten sposób na odporność stali nierdzewnej na korozję; obserwując ziarna kołnierza ze stali nierdzewnej, można stwierdzić, że wielkość jego ziaren jest wyjątkowo nierówna, a nierównomiernie wymieszane ziarna w organizacji mają skłonność do tworzenia różnic w potencjale elektrod, czego efektem są mikrobaterie, które prowadzą do korozji elektrochemicznej na powierzchnię materiału. Grube i drobne mieszane ziarna kołnierza ze stali nierdzewnej są głównie związane z procesem odkształcania podczas pracy na gorąco, który jest spowodowany szybkim odkształcaniem ziaren podczas kucia. Analiza mikrostruktury korozji przypowierzchniowej kołnierza wskazuje, że korozja rozpoczyna się od powierzchni kołnierza i rozciąga się do wewnątrz wzdłuż granicy ziaren austenitu. Mikrostruktura materiału pod dużym powiększeniem pokazuje, że na granicy ziaren austenitu materiału wytrąca się więcej faz trzecich. Trzecie fazy zgromadzone na granicy ziaren mają skłonność do powodowania zubożenia chromu na granicy ziaren, powodując tendencję do korozji międzykrystalicznej i znacznie zmniejszając jego odporność na korozję.

Wniosek

Z przyczyn korozji trawiącej kołnierzy ze stali nierdzewnej 304 można wyciągnąć następujące wnioski:

1. Korozja kołnierzy ze stali nierdzewnej jest wynikiem połączonego działania wielu czynników, spośród których główną przyczyną uszkodzeń kołnierzy jest trzecia faza wytrącona na granicy ziaren materiału. Zaleca się ścisłe kontrolowanie temperatury nagrzewania podczas obróbki na gorąco, nie przekraczanie górnej granicy temperatury określonej w specyfikacji procesu nagrzewania materiału oraz szybkie schładzanie po roztworze stałym, aby uniknąć zbyt długiego przebywania w zakresie temperatur 450℃-925℃ aby zapobiec wytrącaniu się cząstek trzeciej fazy.
2. Mieszane ziarna materiału są podatne na korozję elektrochemiczną na powierzchni materiału, a stopień kucia powinien być ściśle kontrolowany podczas procesu kucia.
3. Niska zawartość Cr i wysoka zawartość siarczków w materiale bezpośrednio wpływają na odporność kołnierza na korozję. Przy wyborze materiałów należy zwrócić uwagę na wybór materiałów o jakości czysto metalurgicznej.