Устойчивость к межкристаллитной коррозии (МКК) — это способность нержавеющих сталей и сплавов сопротивляться разрушению по границам зерен, которое возникает из-за выпадения карбидов хрома при нагреве и обеднения границ хромом, снижая прочность и вызывая трещины, а определяется это специальными испытаниями (ГОСТ 6032), например, выдерживанием в агрессивной кислотной среде (серной или азотной) с последующим изгибом образца для обнаружения трещин.

Суть явления МКК

• Причина: при нагреве (обычно 500-1000°C) в нержавеющих сталях хром связывается с углеродом, образуя карбиды хрома по границам зерен, что обедняет прилегающие участки хромом.
• Последствия: Эти обедненные участки теряют защитные свойства и становятся анодами, подвергаясь быстрой электрохимической коррозии, что ведет к разрушению металла по границам зерен, даже если снаружи он выглядит неповрежденным.

Описание устойчивости

• Высокая устойчивость: Материал не разрушается, не трескается при испытаниях в агрессивных средах (например, кипящая серная кислота).
• Низкая устойчивость: Появление трещин при испытании указывает на склонность к МКК, что снижает долговечность изделия, особенно в сварных швах.

Как определяют (Методы испытаний по ГОСТ 6032)

• Провоцирующий нагрев: Образцы подвергают нагреву, имитирующему условия, при которых происходит сенсибилизация (выделение карбидов).
• Воздействие агрессивной среды: Образцы выдерживают в кипящих кислотных растворах (азотной, серной).
• Контроль после испытаний: Образцы извлекают, обезжиривают и подвергают испытанию на изгиб. Если появляются трещины, материал не устойчив к МКК.

Устойчивость к межкристаллитной коррозии (МКК) проводят лабораторными испытаниями по ГОСТ 6032-2017, включая термическую обработку образцов для стимуляции выделения карбидов хрома (нагрев до 1000-1100°C) с последующей выдержкой в кипящих агрессивных средах (азотная или серная кислота) и оценкой металлографическими методами (микроскопия, изгибные испытания). Основные методы: АМУ (с сульфатом меди и серной кислотой), ДУ (с азотной кислотой) и ускоренный АМУФ (с фторидами).

Суть метода испытаний.

• Подготовка образцов: Образцы обезжириваются, взвешиваются и помещаются в колбу с холодильником.
• Термическая обработка: для имитации «опасных» температур (500-1000°C), где карбиды хрома выпадают, образцы нагревают, а затем охлаждают.
• Химическое воздействие: Образцы выдерживают в кипящем растворе серной (метод ВУ) или азотной (метод ДУ) кислоты, или раствора сульфата меди (АМУ, АМУФ).
• Оценка результата: после испытаний образцы осматривают на предмет трещин после изгиба под углом 90° или исследуют под микроскопом, оценивая потерю массы или наличие повреждений по шкале.

Основные методы испытаний (по ГОСТ 6032-2017)
ДУ - испытание в кипящем 65%-ном растворе азотной кислоты (для некоторых сталей).
АМУ - Выдержка в кипящем растворе серной кислоты и сульфата меди в присутствии металлической меди.
ВУ - Выдержка в растворе серной кислоты с добавлением сернокислого железа (III).
АМУФ - Ускоренный вариант метода АМУ с добавлением фторидов.

Как повышают стойкость к МКК?

• Легирование: Добавление Ti, Nb, Ta, которые связывают углерод в стабильные соединения, предотвращая образование карбидов хрома.
• Снижение углерода: Использование сталей с низким содержанием углерода (менее 0,02%).
• Термообработка: Правильные режимы закалки и отжига, чтобы растворить карбиды.

Устойчивость к межкристаллитной коррозии (МКК) измеряют через оценку глубины поражения, снижение механических свойств (прочность, пластичность после испытаний), потерю массы образца и характер разрушения (распространение трещин, «рыхлость» структуры) после провоцирующего воздействия агрессивных сред (серная кислота, растворы солей меди), используя методы типа АМУ, ВУ, ДУ по ГОСТ 6032-2003, чтобы определить, как быстро материал деградирует и подходит ли он для эксплуатации.

Основные измеряемые параметры.

• Глубина межкристаллитной коррозии: измеряется микроскопически после испытаний, определяется максимальное и среднее расстояние, на которое проникли разрушения от поверхности.
• Количество очагов и общая площадь/длина поражения: Визуальная оценка и подсчет коррозионных очагов и их распространения.
• Потеря массы образца: определяется взвешиванием образца до и после испытания.
• Изменение механических свойств: после испытаний образцы подвергаются механическим испытаниям (например, на изгиб), чтобы выявить снижение прочности и пластичности, что является ключевым показателем.
• Вид разрушения: Характер разрушения (появление трещин, рыхлых участков) при осмотре с увеличением.

Как это измеряется (методы):

• Метод АМУ: Испытания в растворе серной кислоты и сульфата меди (II) (CuSO₄).
• Метод ВУ: Испытание в кипящем растворе серной кислоты с добавлением сульфата железа (II) и меди.
• Метод ДУ: Дополнительные, более жесткие методы для особо ответственных случаев, часто в растворах с хлоридами.

Эти параметры позволяют количественно оценить склонность стали к МКК, которая возникает из-за выделения карбидов хрома по границам зерен при неправильной термообработке.

Устойчивость к межкристаллитной коррозии (МКК) дает главное преимущество — сохранение целостности и механической прочности конструкций в агрессивных средах, особенно после сварки или нагрева, предотвращая хрупкое разрушение по границам зерен, что критично для надежности трубопроводов, сосудов и оборудования в химической, нефтяной промышленности. Это достигается за счет легирования и специальных технологий, обеспечивая стабильность материала и долгий срок службы.

Ключевые преимущества:

• Сохранение механических свойств: Материал не становится хрупким после термического воздействия (например, сварки), сохраняя высокую прочность и ударную вязкость, что предотвращает внезапные разрушения.
• Надежность в агрессивных средах: Сталь остается пассивной и не разрушается в условиях высокой температуры, кислот, хлоридов, где обычные нержавейки теряют стойкость.
• Долговечность оборудования: Увеличение срока службы изделий, работающих в условиях, провоцирующих МКК, снижает затраты на ремонт и замену.
• Широкий спектр применения: позволяет использовать нержавеющие стали в самых требовательных условиях — химическое производство, нефтегазовая отрасль, энергетика.
• Повышенная коррозионная стойкость: сочетается с устойчивостью к другим видам коррозии, таким как точечная и щелевая.

Как это достигается?

• Легирование титаном (Т) или ниобием (Nb): связывает углерод, предотвращая выделение карбидов хрома на границах зерен, обедняющих их хромом.
• Низкоуглеродистые стали (08Х18Н10, 00Х17Н14М3): Сниженное содержание углерода также предотвращает образование карбидов.
• Супердуплексные и никелевые сплавы: обладают высокой стойкостью благодаря особой структуре и легированию.

Таким образом, устойчивость к МКК — это залог надежности и долговечности высокотехнологичных металлических конструкций в тяжелых условиях эксплуатации.