научная статья по теме КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЯДА КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ В РАСПЛАВЕ NAOH Физика

Текст научной статьи на тему «КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЯДА КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ В РАСПЛАВЕ NAOH»

РАСПЛАВЫ

4 • 2014

УДК 620.193.4

© 2014 г. В. П. Юркинский1, Е. Г. Фирсова, Л. П. Батурова

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЯДА КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ В РАСПЛАВЕ КяОИ

Приведены результаты исследования коррозионной стойкости однородных и разнородных сварных соединений никелевых сплавов (монель 500, инконель) и нержавеющей стали в деаэрированном расплаве №ОН при температуре 500°С. Изучено влияние гомогенизирующего отжига сварных соединений на их коррозионное поведение. Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев, образующихся на исследуемых материалах в процессе коррозионных испытаний в расплаве КаОН, методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии.

Ключевые слова: расплав гидроксида натрия, коррозионная стойкость, сварные соединения, гомогенизирующий отжиг, зона термического влияния.

ВВЕДЕНИЕ

Расплав гидроксида натрия достаточно широко используется в технологической практике, в частности при электролитическом получении

чистого металлического натрия, используемого в теплообменниках в атомной промышленности, а также для очистки стального и чугунного литья от пригаров и окалины [1-4].

В связи с подбором конструкционных материалов, стойких в расплаве №ОН, и в продолжение ранее проведенных исследований [5,6] в настоящей работе изучена коррозионная стойкость однородных сварных соединений никелевых сплавов (монель 500, инконель) и нержавеющей хромоникелевой стали (Бе-17% Сг-10.6% N1-2.2% мас. Мо), а также разнородных сварных соединений (монель 500 - нержавеющая сталь, мо-нель 500 - инконель, инконель - нержавеющая сталь) в расплаве гидроксида натрия при 500°С в атмосфере аргона.

Исследованию подвергались плоские образцы со стыковым швом посередине двух типов: в состоянии поставки и после предварительного гомогенизирующего отжига. Режим отжига был стандартным и зависел от природы материала. В литературе отсутствуют сведения о коррозионной стойкости сварных соединений исследуемых материалов в расплаве №ОН [7-10]. Известно, что при сварке высоколегированных никелевых сплавов и нержавеющих хромоникелевых сталей в зоне термического влияния при определенных условиях может развиться межкристаллитная коррозия (МКК), при которой растворение материала протекает преимущественно по границам зерен. Цель работы состояла в определении влияния сварки, а также последующего гомогенизирующего отжига на коррозионное поведение исследуемых материалов. Оценку проводили по величине скорости коррозии сварных соединений, которую определяли гравиметрическим методом, а также изучая микроструктуру и фазовый состав поверхностных слоев, образующихся на исследуемых материалах в процессе коррозионных испытаний в расплаве №ОН, методами рентгенофазового анализа (РФА) и электронной микроскопии.

1|игк1п8к1|@гатЬ1ег.

Скорость коррозии однородных сварных соединений в расплаве NaOH при 500°^

Материал Скорость коррозии и, мм ' год 1

сварные соединения монолитные образцы по данным работы [5]

отожженные исходные

Монель 500 0.218 ± 0.015 0.204 ± 0.015 0.254 ± 0.001

Сталь 0.711 ± 0.086 0.642 ± 0.068 3.23 ± 0.64

Инконель 0.201 ± 0.001 19.68 ± 0.95 0.363 ± 0.018

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Коррозионные испытания проводили в предварительно обезвоженном расплаве №ОН (квалификации ХЧ) в атмосфере аргона (ОЧ) в шахтной печи сопротивления (высота шахты печи составляла 200 мм). Методики обезвоживания гидроксида натрия и проведения эксперимента описаны ранее [5,6]. Исследуемые образцы полностью погружали в расплав. Продолжительность коррозионных испытаний в расплаве №ОН при 500°С составляла 288 ч. Скорость коррозии исследуемых материалов определяли гравиметрическим методом по убыли массы образцов. В работе приведены усредненные значения скорости коррозии по результатам нескольких измерений. Продукты коррозии с поверхности исследуемых образцов в зависимости от природы изучаемого материала удаляли химическим методом с использованием стандартных методик [11].

Микроструктуру поверхности образцов после коррозионных испытаний анализировали с помощью электронной микроскопии на установке "№оЮ;-23". Рентгенофа-зовый анализ продуктов коррозии и расплава №ОН проводили на дифрактометре ДРОН-2 с использованием БеКа-излучения. Идентификация дифрактограмм проводилась в соответствии с картотекой JCPDS.

Скорость коррозии однородных сварных соединений исследуемых материалов в расплаве №ОН при 500°С приведены в таблице.

Как видно, скорость коррозии сварных соединений сплава монель 500 в состоянии поставки в расплаве №ОН при 500°С достаточно низка, составляет 0.204 ± 0.015 мм • год-1 и практически совпадает со скоростью коррозии монолитных образцов сплава монель 500, полученной в тех же условиях. Видимых дефектов по шву и в зоне термического влияния не обнаружено. На рис. 1, а, б представлена микроструктура шва и зоны термического влияния исходных образцов однородных сварных соединений сплава мо-нель 500. Установлено, что микроструктура околошовной зоны и основного металла вдали от сварного шва практически совпадает. Это указывает на то, что коррозия сварных соединений сплава монель 500 в расплаве №ОН при 500°С протекает равномерно без межкристаллитных разрушений. Гомогенизирующий отжиг исходных образцов сварных соединений практически не оказал влияние на скорость коррозии и микроструктуру (рис. 1, в, г) сварных соединений сплава монель 500.

Согласно данным РФА, продукты коррозии однородных сварных соединений сплава монель 500 после их испытаний в расплаве №ОН при 500°С преимущественно состоят из оксидных фаз коррозионно-стойкого компонента сплава никеля №О, №(ОН)2, у-№ООН и в значительно меньшем количестве из фаз №2№О2, 4№(ОН)2-

Рис. 1. Микроструктура различных зон однородного сварного соединения сплава монель 500 в исходном (а, б) и отожженном (в, г) состояниях после коррозионных испытаний в расплаве КаОН при 500°С: а, в -шов; б, г - зона термического влияния; то же для рис. 2 и 3.

№ООН, №5№О4 и СиО. Расплав №ОН после коррозионных испытаний содержит преимущественно растворимые в нем соединения меди №СиО2, №6Си2О6 и частично никеля №2№О2.

В начальной стадии взаимодействия сплава монель 500 с расплавом №ОН происходит окисление основных компонентов сплава (N1, Си) с образованием в поверхностном слое пленки продуктов коррозии, состоящей преимущественно из оксидов №О и СиО:

N1 + 2№ОН = №О + №2О + Н2, (1)

Си + 2№ОН = СиО + №2О + Н2. (2)

Оксиды никеля и меди могут взаимодействовать далее с гидроксидом натрия, частично переходя в расплав №ОН, и образовывать гидроксиды никеля, а также нике-латы и куприты натрия:

СиО + 2№ОН = №2СиО2 + Н2О, (3)

№О + 2№ОН = №2№О2 + Н2О, (4)

№О + 2№ОН = №(ОН)2 + №2О, (5)

2№(ОН)2 = 2№ООН + Н2. (6)

Последующее взаимодействие образующихся продуктов коррозии с расплавом гид-роксида и оксида натрия приводит к формированию на поверхности более сложных

соединений:

Си(ОН)2 + 2№ОН = Ш2Си(ОН)4, (7)

2№2СиО2 + 2№ОН = №6Си2О6 + Н2, (8)

5№(ОН)2 = 4№(ОН)2-№ООН + И Н2, (9)

№2№О2 + №ОН +№2О = №5№О4 + И Н2. (10)

Таким образом, при коррозии однородных сварных соединений сплава монель 500 в расплаве №ОН происходит, как и в случае монолитных образцов, быстрое растворение оксида меди(П) в расплаве и обогащение поверхностного слоя оксидами более стойкого компонента — никеля. Причем фазовый состав продуктов коррозии сплава монель 500 достаточно сложен. Очевидно, основной фазой, определяющей защитные свойства коррозионной пленки, формирующейся на поверхности сплава, является оксид никеля №О.

Скорость коррозии однородных сварных соединений хромоникелевой стали в состоянии поставки в расплаве №ОН при 500°С составляет 0.642 ± 0.068 мм • год-1. Отжиг сварных соединений стали приводит к небольшому повышению скорости коррозии до 0.711 ± 0.086 мм • год-1. Сравнение полученных данных с результатами коррозионных испытаний монолитных образцов показало, что исследованные сварные соединения стали как в состоянии поставки, так и в отожженном состоянии обладают более высокой коррозионной стойкостью в расплаве №ОН (см. таблицу). Это указывает на то, что термическая обработка (сварка, отжиг) приводит к формированию более однородной структуры стали, которая характеризуется меньшей скоростью растворения.

В работе проведено изучение микроструктуры металла шва и зоны термического влияния исходных и отожженных образцов сварных соединений стали (рис. 2, а—г). Установлено, что микроструктура околошовной зоны и основного металла вдали от сварного шва исходных образцов стали практически совпадает. Это указывает на то, что коррозия сварных соединений нержавеющей стали в расплаве №ОН при 500°С протекает равномерно, без межкристаллитных разрушений. Испытания отожженных образцов стали при 500°С приводят к появлению небольших локальных разрушений и возникновению питтингообразования.

Результаты РФА показали, что продукты коррозии стали в расплаве №ОН преимущественно включают оксиды железа(Ш), никеля(П) и хрома (III, II), а также в небольшом количестве продукты их дальнейшего взаимодействия с №ОН: №2№О2, №5№О4, №10Ре16О29, Сг3О4, Сг2О5 и №2СгО4. Расплав после коррозионных испытаний содержит в основном продукты растворения основной оксидной фазы Ре2О3. Таким образом, на поверхности стали в процессе ее коррозии в расплаве №ОН происходит образование двухслойной пленки продуктов коррозии, в которой, очевидно, нижний слой включает оксиды никеля, хрома и их соединений, а верхний слой преимущественно состоит из оксида железа Бе2О3 и продуктов его взаимодействия с №ОН. С учетом данных рентгенофазового анализа механизм коррозионного растворения стали в расплаве №ОН определяется преимущественным протеканием реакций (1), (4), (10) и последующими:

2Бе + 6№ОН = Бе2О3 + 3№2О + 3Н2, (11)

Сг + 2№ОН = СгО + №2О + Н2, (12)

2Сг + 6№ОН = Сг2О3 + 3№,О + 3Н

(13)

Рис. 2. Микроструктура различных зон однородного сварного соединения нержавеющей стали в исходном (а, б) и отожженном (в, г) состояниях после коррозионных испытаний в расплаве МаОН при 500°С.

Сг2О3 + СгО = Сг3О4, (14)

Сг2О3 + 4№ОН = Сг2О5 + 2№2О + 2Н2. (15)

Дальнейшее взаимодействие оксидов

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком