Подпишитесь на обновления сайта. Получайте новые статьи на почту:

ПИТТИНГОСТОЙКОСТЬ ДИФФУЗИОННОЛЕГИРОВАННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

УДК 620.193.01

 

Л.О. ЧУНЯЕВА

 

ПИТТИНГОСТОЙКОСТЬ ДИФФУЗИОННОЛЕГИРОВАННЫХ
УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

 

 

Питтинговая коррозия – один из опасных видов коррозионного разрушения металлов, обычно возникает в растворах содержащих окислители (например, кислород) и одновременно активирующие ионы хлора или других галогенов.

При такой коррозии разрушению подвергаются ограниченные участки металла. Однако, поскольку поверхность питтинга является анодом, коррозионный процесс протекает с высокой скоростью из-за контакта с остальной поверхностью, которая представляет собой почти не поляризуемый катод.

Это приводит к глубоким точечным поражениям и язвам.

Основное условие возникновения питтинга, который имеет электрохимический механизм – смещение потенциала положительнее некоторого критического значения, называемого потенциалом питтингообразования – ЕПТ.

Согласно обобщенным экспериментальным данным, питтинговой коррозии подвергаются легко пассивирующие металлы и сплавы: железо, широко распространенные конструкционные материалы – нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, титан и др.[1-5].

Стойкость металла или его сплава к питтинговой коррозии определяется с одной стороны металлом – природой, составом, структурой, состоянием поверхности, а с другой – раствором, его составом: наличием агрессивных ионов, температурой.

В настоящей работе, для изучения питтингостойкости карбидного слоя, полученного на сталях – 35, 45, У7А после обработки по технологии диффузионного карбидного поверхностного легирования (ДКПЛ), проводили электрохимические и длительные коррозионные испытания в растворах, содержащих хлориды.

 

Методика исследований. Исследование качества диффузионного слоя на сталях изучали – микрорентгеноспектральным анализом (установка КАМЕБАКС), рентгеноструктурным (установка ДРОН-3), металлографическим (микроскоп НЕОФОТ-2).

Анализ железа и хрома в растворах NaCl, CrCl3 проводили радиохимическим методом (спектрометрическая установка СЭГ-10 с полупроводниковым детектором ДГДК-80) и с помощью атомно-абсорбционного анализа (на спектрофотометре фирмы “Перкин-Элмер” модель 503, пользуясь водными растворами сравнения) и фотоколориметрическим анализом (ФЭК-56).

Для электрохимических исследований использовали стандартную электрохимическую ячейку, вспомогательный электрод – платина, электрод сравнения хлорсеребряный. Результаты электрохимических измерений пересчитывали на стандартную водородную шкалу.

Оценку питтингостойкости карбидной фазы, образующейся на сталях 35, 45, У7А, проводили используя растворы хлоридов различной концентрации: хлорид натрия 4-5 N NaCl, хлорид хрома 2,1-3,9 M, а также концентрированные растворы производства кальцинированной соды, содержащие хлор-ионы.

Качество противокоррозионного легирования оценивали по потенциалу коррозии и плотности предельных диффузионных потоков на анодных поляризационных кривых. Длительные коррозионные испытания проводили для проверки заключений, сделанных по результатам электрохимических измерений.

 

Результаты исследований и их обсуждение. Высокая стойкость карбидов хрома, титана – факт известный [6,7]. В таблице 1 приведен состав поверхностного слоя (в массовых %), полученный на углеродистой стали 45, У7А после обработки по технологии ДКПЛ.

Таблица 1. Состав поверхностного слоя, на стали 45, после
химико-термической обработки по технологии ДКПЛ

Рентгенограммы диффузионного слоя, полученного в составах для хромирования (на стали 45) показали, что внешний слой состоит из карбидов Cr7C3 и Cr3C2.

Титанохромированная сталь на глубину до 10-15мкм содержит на поверхности только карбиды титана. Под карбидной фазой располагается тройной (смешанный) твердый раствор Fe–Ti–Cr.

При титанохромировании в поверхностном слое обнаруживается только карбид титана. Это объясняется более сильной склонностью титана к карбидообразованию, чем у хрома. Следует отметить, что коэффициент диффузии титана в 1,5 раза выше, чем у хрома.

Таблица 2. Сравнительные электрохимические характеристики
диффузионного слоя на стали 45

Необходимо подчеркнуть, что при использовании традиционной технологии термодиффу-зионного насыщения, в матрице черного металла образуется твердый металлический раствор и на его поверхности – не сплошная карбидная фаза. Такой слой подвержен почти всем видам локальной коррозии, которая характерна для высокохромистой стали: питтинг, межкристаллитная коррозия, коррозионное растрескивание.

Химизм технологии ДКПЛ имеет важную особенность: легирующий элемент – хром, титан – в процессе химико-термической обработки (ХТО) переходит, в основном, не в твердый метал-лический раствор, а образует в поверхностной зоне металлоподобные соединения – карбиды.

Факт смыкания карбидов в однородную поверхностную фазу, на углеродистой стали, теоретически доказан нами в работе [7].

В разработанном технологическом процессе ДКПЛ, найдены условия, при которых обра-зование карбонитридной фазы практически исключено. Так как карбонитриды хрома, в отличие от карбидов хрома, характеризуются низкой коррозионной стойкостью [8,9].

В таблице 2 приведены электрохимические характеристики диффузионного слоя хрома и титана в растворах хлорида натрия и трихлорида хрома. Для сравнительного анализа использовали также: сталь 45 без защиты, нержавеющую конструкционную сталь, компактные карбиды хрома.

Как следует из таблицы 2, диффузионный карбидохромовый слой, в растворах хлоридов, имеет устойчивую область пассивного состояния. Тот же эффект мы наблюдаем на образцах, защищенных титанохромированием.

Значение потенциала коррозии 0,20 В для карбида хрома и 0,07 В для карбида титана остается неизменным при выдержке до 1000 часов. Причем для карбида титана значение 0,07 В устанавливается уже после получасовой выдержки образца. После 1000 часовых электрохимических исследований диффузионного слоя анализировали растворы на содержание хрома и железа. Анализ показал практическое отсутствие в растворе этих элементов. Таким образом, мы наблюдали высокую питтингостойкость карбидного слоя, благодаря полному отсутствию пор в, сформированном на углеродистой стали, покрытии по технологии ДКПЛ.

Полученные данные также показали, что стойкость карбидного слоя выше, чем у высоко-легированной нержавеющей стали.

Результаты электрохимических исследований хорошо согласуются с данными авторов[9], которые установили, что карбиды хрома отличаются высокой склонностью к самопассивации. Эти же авторы установили, что для карбидов хрома характерна чрезвычайно высокая коррозионная стойкость, по сравнению с хромом, в пассивной области, в кислых хлоридсодержащих средах. Полученные нами закономерности для титанохромового диффузионного слоя на стали, также согласуются с фактом высокой коррозионной стойкости карбидов титана по сравнению с чистым титаном, которую можно объяснить присутствием в карбиде прочной связи Ti–C.

Достоверность проведенных исследований получила надежное экспериментальное подтверждение в результате длительных, многократных производственных испытаний изделий и отдельных узлов оборудования, изготовленных из углеродистой стали и защищенных по технологии ДКПЛ [10]. Например в фильтровом растворе производства кальцинированной соды (содержание Cl иона до 250 г/дм3) величина коррозии диффузионнолегированного слоя составила 1 мкм/год. Для сравнения хромистые объемнолегированные стали 0Х17, Х25 оказались нестойкими материалами (К – 630 и 351 мкм/год соответственно).

 

ВЫВОДЫ

При защите углеродистых сталей 35, 45, У7А по технологии ДКПЛ хромированием или титанохромированием, на поверхности сталей образуется сплошная карбидная зона. При хромировании Cr7C3, Cr3C2; при титанохромировании – TiC.

Проведенный комплекс исследований позволил заключить, что диффузионнолегированный слой, полученный на углеродистой стали по технологии ДКПЛ, характеризуется высокой питтингостойкостью.

РЕЗЮМЕ

Досліджена стійкість до пітінгової корозії в розчинах хлоридів покрить хрому та титану, отриманих за технологією дифузійного карбідного поверхневого легування на сталях 35, 45, У7А. На основі фізичних та електрохімічних методів дослідження, атомно-абсорбційного і радіохімічного  методів аналізу на вміст хрому та заліза у розчинах після 1000 годинних випробувань встановлена висока корозійна стійкість шару, сформованого на сталі. Проведений комплекс досліджень дозволив заключити, що стійкість до пітінгової корозії в хлоридних середовищах забезпечується структурою карбідного шару хрому Cr7C3 і титану TiC на вуглецевій сталі.

 

SAMMARY

The resistance to pitting corrosion in chloride solutions of chromium and titanium coatings obtained by means of diffusion carbide surface technology  on 35, 45, У7А steels has been studied. On the background of physical and electrochemical testing methods, atomic-absorption and radiochemical testing methods on concentration of chromium and iron in the solutions after 1000 hrs of testing high corrosion resistance of the formed layer has been detected. Finished complex of testing allowed to conclude that resistance to pitting corrosion in chloride media is provided by the structure of carbide layers of chromium Cr7C3 and titanium TiC on carbon steel.

 

  1. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы.–М.:Металлургия,1986.–359 с.
  2. Колотыркин Я.М. // Успехи химии.–1962.–Т.31, №2.–С.322.
  3. Новаковский В.М. // Защита металлов.–1979.–Т.15, №1.–С.3.
  4. Колотыркин Я.М., Попов Ю.А., Алексеев Ю.В. – В кн. Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии.–М.:ВИНИТИ.–1982.–Т.9.–С.88-138.
  5. Galvele J.R. // Treatise Mater. Sci. and Technol..–1983.–V.23.–P.1657.
  6.  Кожевников В.Б., Бабич С.Г., Княжева В.М. Коррозионно-электрохимические свойства и электронное строение карбидов, нитрида и карбонитрида хрома // Защита металлов.–1990.–Т.26,№5.–С.734-739.
  7.   Новаковский В.М., Чуняева Л.О. Теоретическая оценка возможности смыкания карбидной фазы в поверхностных слоях диффузионно хромируемой стали // Защита металлов.–1992.–Т.28,№6.– С.883-893.
  8.   Бабич С.Г., Княжева В.М., Юрченко О.С. и др. Особенности коррозионно-электрохими-ческого поведения нитрида хрома.– В сб. Высокотемпературные нитриды и материалы на их основе.–Киев: Изд-во ИПМ АН УССР.–1985.–С.150-154.
  9.   Юрченко О.С., Княжева В. М., Колосветов Ю.П., Бабич С.Г. Получение и исследование коррозионно-электрохимических свойств образцов карбидов хрома высокой плотности // Порошковая металлургия.–1983.–№4.–С.72-76.
  10.   Колотыркин Я.М., Новаковский В.М., Заец И.И. и др. Поверхностное противокоррозионное легирование черного металла карбидообразователями // Защита металлов.–1984.–Т.20,№1.–С.3-13.
Понравилась статья? Расскажите друзьям.
Общайтесь с нами:

Добавить комментарий