Что происходит в металле
Нержавеющая сталь не ржавеет, пока в твёрдом растворе достаточно хрома — от 10,5 % и выше. При нагреве до опасного интервала углерод выходит к границам зёрен и соединяется с хромом в карбиды Cr23C6. Карбиды забирают хром из узкой полосы вдоль границы, и в этой полосе его становится меньше, чем нужно для пассивности.
Такую сталь называют сенсибилизированной. Внешне она не меняется, но в агрессивной среде коррозия идёт по границам зёрен вглубь металла. Зёрна теряют связь друг с другом, металл может рассыпаться или треснуть при изгибе, хотя поверхность выглядит почти целой.
Когда возникает МКК
- Сварка. Полоса металла рядом со швом проходит через интервал 450–850 °C. Чем толще металл и больше тепла вложено, тем дольше она там находится.
- Работа при повышенной температуре в опасном интервале.
- Медленное охлаждение после термообработки или горячей деформации.
Границы интервала у разных источников немного расходятся: SSINA указывает 425–815 °C, другие справочники — до 850–900 °C. Быстрее всего карбиды образуются около 600–700 °C.
Два способа защиты: титан или низкий углерод
| Марка | Углерод, не более | Защита |
|---|---|---|
| AISI 304 / 08Х18Н10 | 0,07 % / 0,08 % | нет — склонна к МКК после сварки |
| AISI 304L / 03Х18Н11 | 0,030 % | низкий углерод |
| AISI 316L / 03Х17Н14М3 | 0,030 % | низкий углерод |
| 12Х18Н10Т | 0,12 % | титан: от 5 × C до 0,8 % |
| AISI 321 | 0,08 % | титан: не меньше 5 × (C + N), до 0,70 % |
| AISI 316Ti / 10Х17Н13М2Т | 0,08 % / 0,10 % | титан |
Стабилизация титаном или ниобием. Эти элементы связывают углерод охотнее, чем хром, и образуют стойкие карбиды TiC и NbC. Хром остаётся в твёрдом растворе, граница зерна не обедняется. Так устроены 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т, AISI 321, 316Ti, а также ниобиевые 347.
Низкий углерод. Если углерода 0,03 % и меньше, карбидам просто не из чего образоваться в заметном количестве за время сварки. Это марки с буквой L и отечественные 03Х….
Ножевая коррозия — особый случай
У стабилизированных сталей (321, 347) бывает узкая «ножевая» полоса коррозии прямо у линии сплавления. При сварке металл у границы шва нагревается настолько, что карбиды титана или ниобия растворяются. Если потом узел повторно нагревают в опасном интервале, например при многопроходной сварке или эксплуатации, там выпадают уже карбиды хрома. Риск снижают низкоуглеродистые марки, контроль тепловложения и стабилизирующий отжиг.
Как проверяют стойкость к МКК
Сертификат на ответственную сталь часто содержит отметку «стойкость к МКК по ГОСТ 6032». Перед испытанием образец проходит провоцирующий нагрев — обычно 650 °C в течение часа, — чтобы смоделировать сварку.
| Стандарт, метод | Суть |
|---|---|
| ГОСТ 6032-2017, АМУ | Кипячение 8 ч в растворе медного купороса и серной кислоты с медной стружкой, затем загиб на 90° |
| ГОСТ 6032-2017, АМ | Раствор с большей концентрацией медного купороса, выдержка 24 ч, загиб |
| ASTM A262, Practice A | Травление в щавелевой кислоте — быстрый отбраковочный тест |
| ASTM A262, Practice C | Кипящая азотная кислота (тест Хьюи) |
| ASTM A262, Practice E | Медь, медный купорос и серная кислота, 15 ч, загиб (тест Штрауса) |
Что выбрать для сварного узла
- Общие сварные конструкции в нейтральной среде — 304L или 12Х18Н10Т.
- Сварные узлы в среде с хлоридами — 316L: низкий углерод плюс молибден.
- Узлы, работающие при повышенных температурах — стабилизированные 321 (12Х18Н10Т) и 316Ti: титан связывает углерод и при длительной выдержке.
- Обычная AISI 304 после сварки — только если среда неагрессивная, либо с последующей закалкой на аустенит.
Сварочную проволоку и электроды подбирают так, чтобы металл шва тоже был стойким к МКК: для 304L и 316L — низкоуглеродистые (ER308L, ER316L), для 321 — стабилизированные ниобием или титаном. Подробнее — в статье как варить нержавейку.
Частые вопросы
Зачем в 12Х18Н10Т титан?
Титан связывает углерод в стойкие карбиды TiC. Тогда при нагреве до 450–850 °C, например при сварке, углероду не с чем соединяться, кроме титана, и хром остаётся в твёрдом растворе. Без обеднения хромом границы зёрен не корродируют. По ГОСТ 5632-2014 титана в 12Х18Н10Т — от пяти содержаний углерода до 0,8 %.
Что значит буква L в марке 304L или 316L?
L — low carbon, низкоуглеродистая: углерода не больше 0,030 % (ASTM A240). При таком содержании карбиды хрома при сварке почти не успевают образоваться, и сталь не становится склонной к межкристаллитной коррозии. Отечественные низкоуглеродистые марки обозначают 03Х…: 03Х18Н11, 03Х17Н14М3.
Что лучше для сварки: 321 или 316L?
Обе марки стойки к межкристаллитной коррозии после сварки: 321 (12Х18Н10Т) — за счёт титана, 316L — за счёт низкого углерода. 316L дополнительно содержит молибден и лучше держит хлориды. 321 традиционно выбирают для узлов, которые работают при повышенных температурах, — например, выхлопных систем.
Бывает ли межкристаллитная коррозия у AISI 304?
Да. В AISI 304 до 0,07 % углерода и нет стабилизаторов, поэтому после сварки толстого металла или медленного охлаждения зона около шва может стать склонной к МКК. Для сварных конструкций в агрессивных средах выбирают 304L, 321 или 316L.
Как проверяют стойкость к межкристаллитной коррозии?
В России — по ГОСТ 6032-2017. Самый распространённый метод АМУ: образец кипятят 8 часов в растворе медного купороса и серной кислоты с медной стружкой, затем загибают на 90° и ищут трещины. За рубежом применяют ASTM A262, чаще всего Practice E (тест Штрауса).
Нужна ли термообработка после сварки?
Для марок L и стабилизированных марок (321, 316Ti) при обычной сварке термообработка против МКК, как правило, не нужна — именно для этого они и созданы. Для нестабилизированной стали с обычным углеродом склонность к МКК снимают закалкой на аустенит: карбиды растворяются, хром возвращается в твёрдый раствор.
Источники
- ГОСТ 5632-2014 «Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки»
- ГОСТ 6032-2017 «Стали и сплавы коррозионно-стойкие. Методы испытаний на стойкость против межкристаллитной коррозии»
- ASTM A240 — химический состав листовых нержавеющих сталей
- ASTM A262 — методы выявления склонности к межкристаллитной коррозии
- SSINA — Intergranular corrosion
- Corrosionpedia — Knifeline attack