Якунина А.А.
КОРРОЗИЯ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ *
Аннотация:
в работе представлены результаты исследования влияния морской воды на коррозию хромистых сталей. Особенное внимание уделено микроструктурным превращениям, выявленным в процессе испытаний. Результаты исследования могут быть полезны для разработки эффективных стратегий предотвращения коррозии в морской среде.
Ключевые слова:
коррозия, хромистые стали, жидкая среда, морская вода, микроструктура, мартенсит, аустенит
Коррозией металлов называется окислительно-восстановительный процесс самопроизвольного разрушения металлов в результате их взаимодействия с окружающей средой [1, с. 112].Коррозия стали в морской воде является одной из наиболее актуальных проблем в области материаловедения и инженерии. Морская вода представляет собой агрессивную среду, содержащую высокие концентрации хлоридов, суль-фатов и других солей, которые ускоряют коррозионные процессы. Сталь, ши-роко используемая в судостроении, морских платформах и прибрежных соору-жениях, подвергается значительному воздействию этой среды, что приводит к снижению её прочности и долговечности [2, с. 855].Для проверки влияния морской воды на коррозию хромистых сталей опытным путем, было произведено моделирование условий. Для проведения испытаний были подготовлены образцы стали 07Х16Н6 длинной 40 мм, шириной 10 мм и высотой 4 мм.Сталь марки 07Х16Н6 является хромистой сталью, высокопрочной коррозионностойкой, с содержанием углерода от 0,05 % до 0,09 %, хрома от 15,50 % до 17,50 % и содержанием никеля от 5 % до 8 %. Данная сталь относится к аустенитно-мартенситному классу. Перед началом испытания образцы были зашлифованы и отполированы, для облегчения последующего анализа.В таблице 1 приведены фотографии стали 07Х16Н6 до испытания при увеличении 100х, 300х и 500х.Таблица 1. Поверхность стали до испытания.Поверхности образцов содержат риски - следы абразивной зачистки в виде участков с повышенной шероховатостью. Отчетливо видны неметаллические включения, в виде черных точек на поверхности стали.Для выявления границ действительного зерна, а также границ зерен аустенита в углеродистых и легированных сталях, закаливающихся на мартенсит или бейнит, и сталях, в которых затруднено получение ферритной или цементитной сетки, применяют метод травления [3]. Образец стали перед испытанием был обработан смесью соляной и азотной кислот в соотношении 3:1, или по-другому «царской водкой», для выявления его структуры. Структура стали представлена на рисунке 1.Рисунок 1. Структура стали 07Х16Н6 после травления, увеличение 300х.Анализируя структуру, можно четко увидеть зерна аустенита и начало роста кристаллов мартенсита. На рисунке зерна аустенита показаны красной стрелкой, а мартенсита - желтой. Микроструктура аустенита состоит из светлых зерен многоугольной формы с характерными двойниками внутри. Мартенсит – микроструктура стали, под микроскопом наблюдается в виде игл, располагающихся под углом 60° или 120° [4, с. 131].Опираясь на данные из ГОСТа 8233-56 можно оценить балльность зерен мартенсита, за счет сравнения с эталоном. Балльность зерна в металлографии — это количественная оценка размера зерен в металле или сплаве, выраженная в баллах по соответствующему стандарту. Начальный балл мартенсита – 1.Температура проведения испытания 25 °С, давление 2,6 МПа, морская среда воспроизведена путем смешивания в растворе солей NaCl, CaCl2, MgCl2. В раствор после проведения всех необходимых приготовлений, вводился серово-дород в концентрации 100 %, так как моделируется не только морская среда, но и серосодержащая. Для того, чтобы проследить процесс коррозии во времени, образцы помещали в раствор морской воды. Образец №1 на 48 часов, образец №2 на 144 часа и образец №3 на 240 часов. Визуально, макроповерхность стали не изменилась, наблюдалась только потеря массы. Поэтому было принято решение, акцентировать внимание на анализе микроструктуры, для оценки влияния среды на сталь. Сравнивая структуру, стали до и после испытания можно заметить очевидные изменения и увидеть значительный рост кристаллов мартенсита. Для наглядности рассмотрим изображения при увеличении 300х в таблице 2.Таблица 2. Поверхность стали до испытания.Можно утверждать, что с течением времени в стали происходят превращения аустенитной формы в мартенситную. Чем дольше сталь находится под влиянием среды, тем больше становятся кристаллы мартенсита, а, значит, и меняется размерность структуры. Опираясь на рисунок 2, можем предположить, что балл мартенсита по прошествии 2 дней в среде равен 3, 6 дней – 5 баллам и 10 дней – 7 баллам. Механизм превращения аустенита в мартенсит показан на рисунке 2.Рисунок 2. Механизм превращения аустенита в мартенсит [5].Механизм мартенситного превращения имеет ряд особенностей [6, с. 13].1. Бездиффузионный характер. Превращение аустенита осуществляется с помощью сдвигового механизма. На начальной стадии превращения имеется непрерывный переход от решетки аустенита к решетке мартенсита. При превращении гранецентрированной кубической решетки в объемно-центрированную кубическую, атомы смещаются на расстояния меньше межатомных, т.е. нет необходимости в самодиффузии атомов железа.2. Ориентированность кристаллов мартенсита. Кристаллы имеют форму пластинок, которые сужаются к концу, под микроскопом такая структура выглядит как игольчатая. Пластины образуются мгновенно и растут либо до границы зерна аустенита, либо до дефекта. В нашем случае, мартенсит растет именно по границам зерен аустенита. Следующие пластины расположены к первым под углами 60° или 120° и их размеры ограничиваются участками между первыми пластинами [7, с. 269].За счет превращения аустенита в мартенсит наблюдаем коррозию. Мартенсит отличается высокой хрупкостью, что делает материал более подверженным коррозии. Из-за высокой структурной нестабильности мартенсита по сравнению с аустенитом, возникает напряжение на границах зерен, что создает условия для локализованной коррозии. В нашем случае, потеря массы образцов, вероятно, связана с коррозией по границам зерен. Межкристаллитная коррозия возникает за счет обеднения границ зерен аустенита хромом. Так как мартенсит, это пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе, то при образовании карбида железа диффузия углерода к границам зерен протекает быстрее, чем диффузия хрома. Анализируя структуру образца №3, заметны темные участки вдоль границ зерен, очаги коррозии.Проведённый анализ показал, что коррозия стали в морской воде, является сложным процессом, зависящим от множества факторов. Наиболее агрессивным фактором является возникновение мартенситного превращения по границам зерен аустенита. За счет чего возникает межкристаллитная коррозия.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 2
Ссылка для цитирования:
Якунина А.А. КОРРОЗИЯ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ // Вестник науки №6 (87) том 2. С. 2092 - 2098. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24134 (дата обращения: 20.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+