Способ оценки стойкости сталей и сплавов к межкристаллитному коррозионному растрескиванию

 

Изобретение относится к способам определения стойкости сталей и сплавов, в частности к способам защиты от коррозии аустеннитных сталей и сплавов. Может быть использовано для контроля за состоянием трубопроводов и оборудования ядерных водяных кипящих реакторов. Сущность способа состоит в том, что воздействуют электролитом на полированную поверхность анализируемого шлифа и определяют стойкость по характеру расположения питтингов по границам зерен. О стойкости к межкристаллитному коррозионному растрескиванию судят по величине относительной протяженности карбидов и питтингов в цепочке из трех любых смежных границ зерен. Оценка качества по предлагаемому способу позволяет надежно разграничить сварные соединения, стойкие к межкристаллитному коррозионному растрескиванию, от сварных соединений, не стойких к межкристаллитному коррозионному растрескиванию. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам определения стойкости сталей и сплавов касается, в частности, способов защиты от коррозии аустенитных сталей и сплавов и может быть использовано для контроля за состоянием трубопроводов и оборудования ядерных водяных кипящих реакторов.

Известно, что в процессе сварки создаются благоприятные условия для образования узких зон между сварным швом и основным металлом [1], по которым в условиях работы кипящих ядерных реакторов образуются трещины по границам зерен (в кипящих реакторах теплоноситель содержит малое количество хлоридов, менее 20 мкг/кг, и повышенное содержание кислорода более 200 мкг/кг). Стали и сплавы, стойкие к межкристаллитной коррозии (МКК), в условиях эксплуатации ядерных водяных кипящих реакторов оказываются не стойкими к межкристаллитному коррозионному растрескиванию (МККР) в локальных объемах. Сенсибилизированность металла сварного соединения приводит к его разрушению в процессе эксплуатации. Лабораторные испытания сварных соединений из сталей аустенитного класса, подвергшихся разрушению в процессе эксплуатации, показали, что существующими способами выявить склонность к МККР с требуемой достоверностью не удается. Сенсибилизация металла вызывается тем обстоятельством, что у сварных соединений трубопроводов и оборудования, изготовленных из хромоникелевых коррозионностойких сталей типа 18-10 образуются уже в процессе сварки по границам зерен в зоне термического влияния (ЗТВ) локальные области, обедненные хромом и получают свое развитие в процессе эксплуатации. Причем, как показывают лабораторные исследования, обеднение хромом границ в ЗТВ указанных сталей может достигать 8% [2].

Известен также способ оценки стойкости к МККР по содержанию хрома по границам зерен, которое определяется по экспериментально установленной термодинамической зависимости от содержания свободного углерода в металле, предложенной Бруммером С.М [2], при количестве хрома по границе зерен более 14% сварное соединение является стойким к МККР.

Недостатком способа является ограниченная применяемость в сталях без стабилизирующих добавок.

Известен также способ потенциодинамической реактивации [3], заключающийся в том, что о стойкости к МКК судят по величине заряда реактивации к заряду пассивации или плотностей тока. Он позволяет контролировать стойкость к МККР в локальных зонах, что повышает точность оценки качества стали.

Этот способ имеет ряд недостатков: необходимость наличия специальной дорогостоящей аппаратуры, большая трудоемкость, связанная с использованием и обслуживанием аппаратуры контроля, большие размеры электрода по сравнению с шириной сенсибилизированной зоны, снижающие точность оценки стойкости к МККР, отсутствие средств поиска зон сенсибилизированного металла.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является способ, описанный в ГОСТе [4]. Сущность данного способа заключается в том, что на протравленном шлифе наблюдают структуру травления границ зерен. Отсутствие на границе зерен канавок и зернограничного питтинга II означает стойкость стали к МКК.

Недостатком наиболее близкого аналога является невысокая точность способа, для повышения которой необходимо проводить дополнительные исследования другими способами, особенно когда структура травления имеет канавки или зернограничный питтинг II.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении точности способа и достоверности результатов контроля качества сварных соединений.

Сущность способа состоит в том, что в способе оценки стойкости сварных соединений сталей и сплавов к межкристаллитному коррозионному растрескиванию путем воздействия электролита на полированную поверхность анализируемого шлифа и определения стойкости по характеру расположения питтингов по границам зерен, предложено о стойкости к МККР судить по величине относительной протяженности карбидов и питтингов в цепочке из трех любых смежных границ зерен по зависимости где L₁, L₂, L₃ - длина каждой из трех смежных границ; a_L1i - линейный размер i-го карбида вдоль границы L₁; a_L2j - линейный размер j-го карбида вдоль границы L₂; a_L3k - линейный размер k-го карбида вдоль границы L₃; l, m, n - количество карбидов и питтингов на границах L₁, L₂, L₃ соответственно.

Выбор смежных границ зерен имеет следующий смысл - если на одной границе наблюдается увеличение образований карбидов или питтингов, то требования к соседним границам зерен возрастают. Увеличение числа анализируемых границ в цепочке сверх трех существенного влияния на точность способа не оказывает, но делает способ менее удобным в применении.

Предлагаемый способ позволяет упростить процедуру контроля, быстро провести оценку стойкости сварных соединений сталей и сплавов к МККР, исключить необходимость проведения длительных испытаний, исключить применение дорогостоящей аппаратуры, провести оценку в случаях, когда другие способы не дают достоверных результатов, комплексно оценить качество сварного соединения.

В предлагаемом способе поставленная задача решается изучением границ зерен в микроструктуре сварного соединения. Замечено, что если относительная протяженность карбидов больше величины 0,25, то сталь имеет склонность к МККР.

На чертеже изображен фрагмент образца шлифа - зона термического влияния аварки. Зерна 1 металла разделены между собой границами 2, на которых наблюдаются образования карбидов 3 и петиннгов 4. Последние представляют собой лунки травления различной глубины.

Способ осуществляют следующим образом.

Из сварного соединения вырезают два образца для приготовления шлифа так, чтобы плоскость среза была перпендикулярна сварному шву. При вырезке образцов плоскость среза должна содержать металл шва и зону термического влияния. Рекомендуемая длина шлифа по контролируемой поверхности должна быть 15 ^oC 20 мм. Плоскость среза должна быть плоскостью шлифа. Способ изготовления шлифа должен обеспечивать отсутствие завала кромок и заусенцев. Изготовленный шлиф протравливают по режиму, указанному в ГОСТ 60-32-89, для способа ТЩК и просматривают на микроскопе с увеличением не менее 500^х. При просмотре шлифа выбирают цепочку из смежных границ 2 зерен 1, где наблюдаются наиболее значительные образования карбида 3 и питтингов 4 и производят оценку состояния границ 2 зерен 1 по предлагаемому способу.

Предложенный способ определения склонности к МККР опробован на сварных соединениях трубопроводов энергетических установок Ленинградской АЭС. Проведенные сравнительны испытания на стойкость к МККР стали 08Х18Н10Т показали высокую эффективность предлагаемого способа (ПС) по сравнению с существующим арбитражным способом (АС), что следует из данных нижеприведенной таблицы.

Как показывают результаты, представленные в таблице, оценка качества сварного соединения известными способами по определению стойкости к МКК не дает надежных результатов: сварные соединения, стойкие к МКК, оказались не стойкими к МККР в условиях эксплуатации ядерных водяных кипящих реакторов. В то время, как оценка качества по предлагаемому способу позволяет надежно разграничить сварные соединения, стойкие к МККР от сварных соединений, не стойких к МККР.

Список используемой литературы 1. Маттссон Э. "Элекрохимическая коррозия", М., Металлургия, 1991 г.

2. Bruemmer S.M. Corrosion V 46 N 9, 1990, p. 702, 703 3. Патент РФ N 1566270, МКИ G 01 N 17/00 4. ГОСТ 60 32-89 (близкий аналог).

Формула изобретения

Способ оценки стойкости сварных соединений сталей и сплавов к межкристаллитному коррозионному растрескиванию путем воздействия электролита на полированную поверхность анализируемого шлифа и определения стойкости по характеру расположения питтингов по границам зерен, отличающийся тем, что о стойкости к межкристаллитному коррозионному растрескиванию судят по величине суммарной относительной протяженности карбидов и питтингов в цепочке из трех любых смежных границ зерен по зависимости

где L₁, L₂, L₃ - длина каждой из трех смежных границ,'
a_L1i - линейный размер i-го карбида вдоль границы L₁;
a_L2j - линейный размер j-го карбида вдоль границы L₂;
a_L3k - линейный размер k-го карбида вдоль границы L₃;
l, m, n - количество карбидов и питтингов на границах L₁, L₂, L₃ соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2