การกัดกร่อนตามขอบเกรนหลังการเชื่อม: เหตุใดจึงเกิดอาการภูมิแพ้ และทดสอบ ASTM A262 อย่างไร

การกัดกร่อนตามขอบเกรนคืออะไร และเหตุใดจึงเกิดขึ้นหลังการเชื่อม?

การกัดกร่อนตามขอบเกรน (IGC) เป็นการโจมตีเฉพาะที่ซึ่งไหลไปตามขอบเขตเกรนของเหล็กสแตนเลสหรือโลหะผสมนิกเกิล โดยที่ส่วนใหญ่ภายในเกรนยังคงไม่บุบสลาย และการเชื่อมเป็นสาเหตุเดียวที่พบบ่อยที่สุด เนื่องจาก-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ความร้อนผ่านช่วงอุณหภูมิที่กลไกการโจมตีเกิดขึ้น

ต่างจากการกัดกร่อนทั่วไป ซึ่งจะทำให้พื้นผิวบางลงอย่างสม่ำเสมอและตรวจพบได้ง่ายด้วยการวัดการสูญเสียของผนัง- การกัดกร่อนตามขอบเกรนจะโจมตีเครือข่ายขอบเขตแคบๆ ใต้พื้นผิว ส่วนประกอบอาจดูไม่บุบสลายโดยสมบูรณ์และยังคงสูญเสียความแข็งแรงเชิงกลและความเหนียวส่วนใหญ่ไปตามโครงข่ายเกรน ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้-เป็นผลที่ตามมาสูงในรูปแบบความล้มเหลวในโรงกลั่น โรงงานเคมี และแกนท่อ แทนที่จะเป็นข้อบกพร่องด้านความสวยงาม

กลไกนี้เป็นแบบโลหะวิทยา ไม่ใช่แบบสุ่ม: สเตนเลสออสเตนิติกอาศัยฟิล์มพาสซีฟที่มีโครเมียมเข้มข้น-อย่างต่อเนื่องเพื่อต้านทานการกัดกร่อนเมื่อโครเมียมถูกดึงออกจากสารละลายที่ขอบเขตของเกรนจนเกิดเป็นคาร์ไบด์ ขอบเขตของตัวมันเองจะสูญเสียฟิล์มแบบพาสซีฟไปในพื้นที่ แม้ว่าปริมาณโครเมียมจำนวนมากของโลหะผสมจะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม การเชื่อมทำให้เกิดสภาวะทางความร้อนที่ดึงโครเมียมออกจากสารละลายในแถบแคบๆ ที่ด้านใดด้านหนึ่งของเส้นฟิวชัน - ซึ่งนักโลหะวิทยาของรัฐเรียกว่าภาวะภูมิไว

เหตุใดการเชื่อมจึงทำให้เกิดอาการแพ้?

การเชื่อมทำให้เกิดอาการแพ้เนื่องจากโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-จะใช้เวลาในช่วงการตกตะกอนของคาร์ไบด์ 425-870 องศา (800-1600 องศา F) ในขณะที่ร้อนและเย็นลง ทำให้คาร์บอนรวมกับโครเมียมที่ขอบเขตของเกรนได้เร็วกว่าที่โครเมียมจะแพร่กระจายกลับเข้ามาเพื่อเติมโซนที่หมดลงได้

เงื่อนไขสามประการต้องสอดคล้องกันเพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น และการทำความเข้าใจแต่ละเงื่อนไขคือสิ่งที่ช่วยให้วิศวกรการเชื่อมสามารถควบคุมมันได้ แทนที่จะแค่หวังว่ามันจะไม่เกิดขึ้น:

คาร์บอนในสารละลายเกรดคาร์บอนออสเตนิติกมาตรฐาน- (304, 316) กักเก็บคาร์บอนประมาณ 0.04-0.08% ในสารละลายของแข็งที่อุณหภูมิหลอมอ่อน คาร์บอนนั้นพร้อมทำปฏิกิริยาทันทีที่โลหะผสมกลับเข้าสู่ช่วงความไวต่อแสง

เวลาที่อุณหภูมิโครเมียมคาร์ไบด์ (ส่วนใหญ่เป็น Cr23C6) เกิดนิวเคลียสและเติบโตที่ขอบเขตเกรนภายในหน้าต่าง 425-870 องศา วงจรความร้อนของการเชื่อมที่รวดเร็วจะจำกัดเวลาในช่วงนี้ การผ่านอินพุตความร้อนที่ช้าและสูง-จะขยายออกไป

ความล่าช้าในการแพร่กระจายของโครเมียมโครเมียมแพร่กระจายผ่านโครงตาข่ายออสเทนไนต์ช้ากว่าคาร์บอนมาก การก่อตัวของคาร์ไบด์จะดึงโครเมียมออกจากเขตขอบเขตที่มีความกว้างเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตรเร็วกว่าโครเมียมที่อยู่รอบๆ จึงสามารถเคลื่อนตัวเข้ามาแทนที่ได้ เพื่อให้โซนบางๆ สามารถตกลงไปต่ำกว่าเกณฑ์โครเมียมประมาณ ~10.5-12% ที่จำเป็นในการรักษาฟิล์มแบบพาสซีฟ แม้ว่าโลหะฐานซึ่งอยู่ห่างออกไปไม่ไกลจะยังคงได้รับการปกป้องอย่างเต็มที่

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติคือโครเมียม-หมดสิ้นแล้วและติดตามรอยเชื่อม HAZ ทั้งสองด้านของเส้นฟิวชัน ซองนั้น ไม่ใช่ตัวโลหะเชื่อม มักเป็นจุดที่การโจมตีตามขอบเกรนเริ่มต้นในการให้บริการ

พารามิเตอร์การเชื่อมใดที่เพิ่มความเสี่ยงต่อการแพ้

การป้อนความร้อนที่สูงขึ้น อัตราการทำความเย็นที่ช้าลง อุณหภูมิระหว่างทางที่เพิ่มขึ้น และการเชื่อมหลายจุดผ่าน HAZ เดียวกัน ล้วนเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดอาการแพ้ เนื่องจากแต่ละรายการจะขยายเวลาที่วัสดุใช้ในช่วงการตกตะกอน 425-870 องศา

ตัวแปรเหล่านี้เป็นตัวแปรที่ข้อกำหนดเฉพาะของขั้นตอนการเชื่อม (WPS) ควบคุมจริงๆ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำให้เกิดอาการแพ้จึงถือเป็นปัญหาในการควบคุมกระบวนการ-ได้ดีที่สุด แทนที่จะเป็นผลข้างเคียงที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของการเชื่อม:

อินพุตความร้อน (กิโลจูล/มม. หรือ กิโลจูล/นิ้ว)การป้อนความร้อนที่สูงขึ้นจะทำให้อัตราการทำความเย็นช้าลงผ่านช่วงความไว กระบวนการต่างๆ เช่น SAW และ Hot-pass SMAW มีแนวโน้มที่จะเรียกใช้อินพุตความร้อนที่สูงกว่า GTAW root pass ซึ่งจะทำให้เสี่ยงต่อการแพ้ เว้นแต่จะได้รับการชดเชยที่อื่น

อุณหภูมิระหว่างทางการปล่อยให้อุณหภูมิระหว่างทางผ่านสูงขึ้นบนแนวเชื่อมหลาย-ทำให้ HAZ ของทางผ่านที่ตามมาแต่ละครั้งร้อนขึ้นเป็นเวลานานขึ้น โดยเวลาทบต้น-ที่-อุณหภูมิตลอดแนวข้อต่อ

ความหนาของส่วนและความยับยั้งชั่งใจของข้อต่อส่วนที่หนาจะกักเก็บความร้อนได้นานกว่าและเย็นช้ากว่าท่อติดผนังบาง- ซึ่งขยายช่องรับความรู้สึกได้แม้จะใช้ความร้อนที่เทียบเคียงกันได้ก็ตาม

จำนวนรอบและรอบการอุ่นซ้ำการส่งผ่านแต่ละครั้งจะอุ่น HAZ ที่อยู่ติดกันจากการส่งผ่านก่อนหน้า ดังนั้นการเชื่อมหลาย-และการเชื่อมซ่อมแซมสามารถกระตุ้นโซนได้มากกว่าหนึ่งครั้ง

ปัจจัยเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องถูกกำจัดออกไป - ปัจจัยเหล่านี้จำเป็นต้องถูกจำกัดโดย WPS/PQR ที่ผ่านการรับรอง (ASME Section IX) ซึ่งสะท้อนถึงพฤติกรรมการแพ้ของเกรดเฉพาะที่กำลังเชื่อม

มีด-Line Attack คืออะไร และเหตุใดจึงยังเกิดขึ้นในเกรดที่เสถียร

การโจมตีด้วยแนวมีด-เป็นแถบแคบของการกัดกร่อนตามขอบเกรนซึ่งก่อตัวติดกับแนวฟิวชันในไทเทเนียม- หรือไนโอเบียม-เกรดเสถียร (321, 347) เมื่อการเชื่อมที่อุณหภูมิสูง-ละลายคาร์ไบด์ที่ทำให้เสถียร และต่อมา-การให้ความร้อนซ้ำด้วยอุณหภูมิต่ำ-จะตกตะกอนโครเมียมคาร์ไบด์ก่อนที่ตัวทำให้คงตัวจะสามารถ การปฏิรูป

เกรดที่คงตัวมักจะทนทานต่ออาการแพ้- เนื่องจากไทเทเนียมหรือไนโอเบียมจะจับตัวกับคาร์บอนได้ดีกว่า ซึ่งจะทำให้โครเมียมไม่เกิดปฏิกิริยาก่อรูปคาร์ไบด์- การโจมตีด้วยแนวมีด-เป็นข้อยกเว้นแคบ: การเชื่อมที่อุณหภูมิสูง-มาก (ใกล้กับแนวฟิวชั่น) สามารถละลายไทเทเนียม/ไนโอเบียมคาร์ไบด์ที่มีอยู่กลับเข้าไปในสารละลายได้ ในระหว่างการทำความเย็น โครเมียมคาร์ไบด์สามารถตกตะกอนอีกครั้งในแถบบางๆ ก่อนที่-การก่อตัวสเตบิไลเซอร์คาร์ไบด์ที่ช้าลง-จะก่อตัวขึ้นใหม่- โดยเหลือเส้นไวแสงแคบที่ลากเส้นขอบเขตฟิวชันแทนที่จะเป็นเปลือก HAZ ที่กว้าง การอบอ่อนหรือการควบคุมกระบวนการที่จำกัดรอบการอุ่นที่ท่อฟิวชันจะจัดการกับโหมดความล้มเหลวเฉพาะนี้

ASTM A262 ตรวจจับการแพ้ได้อย่างไร

ASTM A262 ตรวจจับการแพ้โดยอ้อม โดยจะทำให้ชิ้นงานสัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งคัดเลือกมาเพื่อโจมตีขอบเกรนของโครเมียม-ที่หมดสิ้นไปเป็นพิเศษ จากนั้นจึงประเมินผลลัพธ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ ความเหนียวโค้งงอ หรือการสูญเสียมวล แทนที่จะตรวจวัดปริมาณโครเมียมโดยตรง

ASTM A262 วิธีปฏิบัติมาตรฐานสำหรับการตรวจจับความไวต่อการโจมตีตามขอบเกรนในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก กำหนดแนวทางปฏิบัติในการทดสอบ 5 ประการ ได้แก่ - A, B, C, E และ F - ซึ่งแต่ละวิธีเหมาะสมกับกลุ่มโลหะผสม รูปแบบผลิตภัณฑ์ หรือระดับความแข็งที่แตกต่างกัน ไม่มีสิ่งใดจำลองสภาพแวดล้อมการบริการที่เฉพาะเจาะจง แต่ละการทดสอบเป็นการทดสอบเร่งด่วนที่เป็นมาตรฐานซึ่งมีเกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่านซึ่งสัมพันธ์กับพฤติกรรมการรับความรู้สึกในโลกแห่งความเป็นจริง-

ที่มา: ASTM A262 วิธีปฏิบัติมาตรฐานสำหรับการตรวจจับความไวต่อการโจมตีตามขอบเกรนในสเตนเลสออสเทนนิติก

สองประเด็นสำคัญสำหรับทุกคนที่ระบุการทดสอบเหล่านี้ ประการแรก แนวทางปฏิบัติ A เป็นเครื่องมือคัดกรอง: โครงสร้างการจำหลักที่ดีสามารถมีคุณสมบัติได้มากโดยไม่ต้องทำการทดสอบเพิ่มเติม แต่โครงสร้างที่ไม่เอื้ออำนวยนั้นไม่ได้ปฏิเสธวัสดุ - โดยตัวมันเอง ซึ่งจะทำให้เกิดการทดสอบเชิงปริมาณตามมา- (โดยทั่วไปคือ B, C หรือ F) ประการที่สอง แนวทางปฏิบัตินี้ไม่สามารถใช้ทดแทนกันได้ แต่ละเป้าหมายมุ่งเป้าไปที่การผสมผสานทางเคมีของโลหะผสมและกลไกการย่อยสลายที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นสาเหตุที่เขียน A262 ไว้เป็นเมนูแนวทางปฏิบัติมากกว่าการทดสอบผ่าน/ไม่ผ่านเพียงครั้งเดียว

คุณควรระบุแนวทางปฏิบัติ A262 ใดสำหรับแอปพลิเคชันที่กำหนด

ระบุแนวทางปฏิบัติ A สำหรับการคัดกรอง-วัสดุขาเข้าตามปกติของเกรดออสเทนนิติกใดๆ, แนวทางปฏิบัติ E สำหรับขั้นตอนการเชื่อมและคุณสมบัติผลิตภัณฑ์งานเชื่อม และแนวทางปฏิบัติ C หรือ F เมื่อ-เกรดแบริ่งหรือซิกมาของโมลิบดีนัม- เกี่ยวข้องกับผลลัพธ์เชิงปริมาณที่เข้มงวดมากขึ้น

ข้อมูลจำเพาะในการซื้อและข้อกำหนดเฉพาะของขั้นตอนการเชื่อมควรระบุแนวปฏิบัติด้วยตัวอักษร ไม่ใช่แค่อ้างอิง "ASTM A262" - แนวปฏิบัติมีลอจิกผ่าน/ไม่ผ่านที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ และเกณฑ์การยอมรับของโครงการ (โครงสร้างการกัด ขีดจำกัดอัตราการกัดกร่อน หรือผลการโค้งงอ) จะต้องตรงกับแนวปฏิบัติที่ดำเนินการจริง

คุณจะป้องกันการแพ้ระหว่างการผลิตได้อย่างไร

การป้องกันที่เชื่อถือได้มากที่สุดคือการเลือกใช้วัสดุ - โดยระบุเกรด-คาร์บอน 'L' ต่ำหรือเกรดที่เสถียร จึงมีคาร์บอนเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยเพื่อสร้างโครเมียมคาร์ไบด์ - สนับสนุนด้วยการควบคุมอุณหภูมิอินพุตความร้อนและการควบคุมอุณหภูมิระหว่างทาง และ-การรักษาความร้อนหลังการเชื่อมซึ่งการใช้งานยังคงต้องการ

1. ระบุเกรดคาร์บอน 'L' ต่ำ-

304L และ 316L กักเก็บคาร์บอนสูงสุด 0.03% เทียบกับประมาณ 0.08% สำหรับเกรดมาตรฐาน เมื่อมีคาร์บอนเพียงเล็กน้อย อัตราการก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์จะลดลงมากพอที่วงจรความร้อนในการเชื่อมในกระบวนการผลิตส่วนใหญ่ไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนการเชื่อมใดๆ

2. ระบุเกรดที่เสถียรสำหรับบริการเชื่อม-อุณหภูมิสูงหรือซ้ำ-

321 (ไทเทเนียม-เสถียรแล้ว) และ 347 (ไนโอเบียม-เสถียรแล้ว) ผูกคาร์บอนเป็นไททาเนียมหรือไนโอเบียมคาร์ไบด์ในระหว่างกระบวนการผลิต ปล่อยให้คาร์บอนเหลือเพียงเล็กน้อยในการทำปฏิกิริยากับโครเมียมในระหว่างการเชื่อมในภายหลังหรือบริการ-ที่อุณหภูมิสูงขึ้น นี่เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับส่วนประกอบที่จะเห็นการบริการเพิ่มเติมที่สูงกว่า 425 องศา หรือการผลิตที่เกี่ยวข้องกับรอบการเชื่อม/การเชื่อมซ้ำหลายครั้ง โดยที่เกรด L- เพียงอย่างเดียวอาจไม่เพียงพอ

3. ควบคุมอินพุตความร้อนและอุณหภูมิระหว่างทาง

WPS ที่จำกัดอินพุตความร้อน ปิดอุณหภูมิอินเตอร์พาส และช่วยให้กระบวนการอินพุต-ความร้อน-เร็วขึ้นและต่ำกว่าสำหรับการผ่านวิกฤตจะช่วยลดเวลาที่จุดใดๆ ใน HAZ ใช้เวลาในช่วง 425-870 องศา นี่เป็นคันโยกที่มีต้นทุนต่ำกว่าการทดแทนวัสดุ และโดยทั่วไปจะใช้ควบคู่กัน ไม่ใช่แทน

4. ใช้หลัง-การรักษาความร้อนในการเชื่อมหรือการหลอมสารละลายเมื่อจำเป็น

การหลอมสารละลาย (การให้ความร้อนสูงกว่าประมาณ 1,040 องศาและการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว) จะละลายโครเมียมคาร์ไบด์อีกครั้ง และคืนการกระจายตัวของโครเมียมที่สม่ำเสมอข้ามขอบเขตเกรน เป็นการบำบัดแก้ไขที่สมบูรณ์แบบที่สุด แต่อาจไม่เหมาะกับการประกอบชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือการเชื่อมภาคสนาม ซึ่งเป็นสาเหตุที่การเลือกเกรดและการควบคุมกระบวนการเป็นด่านแรกในการป้องกัน และมีการใช้ PWHT ในกรณีที่เงื่อนไขการบริการหรือรหัสกำหนด

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: การแพ้ทำให้สเตนเลสอ่อนแอลงก่อนที่จะเกิดการกัดกร่อนหรือไม่

ตอบ: ไม่ใช่ด้วยตัวเอง โครงสร้างจุลภาคที่ไวต่อแสงนั้นโดยพื้นฐานแล้วมีคุณสมบัติทางกลจำนวนมากเหมือนกับโครงสร้างที่ไม่ไวต่อ- จนกระทั่งขอบเขตของเกรนของโครเมียม-ที่หมดสิ้นลงนั้นถูกสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ความเหนียวและการสูญเสียความแข็งแรงเป็นผลมาจากการกัดกร่อน ไม่ใช่การตกตะกอนของคาร์ไบด์เพียงอย่างเดียว

ถาม: 316 หรือ 316L ยังสามารถทำให้เกิดอาการแพ้ได้แม้ว่าจะมีโมลิบดีนัมหรือไม่

ก. ใช่. โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและการกัดกร่อนตามรอยแยก แต่ไม่ได้ป้องกันการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเกรน นั่นคือเหตุผลที่เกรดแบริ่งโมลิบดีนัม-ได้รับการทดสอบภายใต้ ASTM A262 Practice F แทนที่จะถือว่าเป็นภูมิคุ้มกัน-ที่ทำให้เกิดอาการแพ้

ถาม: ผลลัพธ์ของ ASTM A262 Practice A ที่ดีเพียงพอที่จะยอมรับวัสดุโดยไม่ต้องทำการทดสอบเพิ่มเติมหรือไม่

ตอบ: สำหรับข้อกำหนดเฉพาะในการซื้อหลายรายการ โดยทั่วไปจะยอมรับ - โครงสร้างขั้นตอนหรือจำหลักคู่โดยไม่ต้องทำการทดสอบเพิ่มเติม โครงสร้างคูน้ำไม่ได้ปฏิเสธวัสดุโดยอัตโนมัติ แต่ต้องมีการปฏิบัติตาม-แนวทางปฏิบัติเชิงปริมาณ (B, C หรือ F) เพื่อพิจารณาการยอมรับ ตามข้อกำหนดเฉพาะในการจัดซื้อที่ใช้บังคับ

ถาม: PWHT ช่วยลดความเสี่ยงในการแพ้ได้หรือไม่?

ตอบ: สารละลายที่ดำเนินการอย่างเหมาะสมจะหลอมละลายโครเมียมคาร์ไบด์อีกครั้งและกำจัดสภาวะที่ไวต่อแสง แต่การเชื่อมหรือบริการที่อุณหภูมิสูง-ในเวลาต่อมาอาจทำให้วัสดุเกิดความไวต่อได้ PWHT จัดการกับสภาวะที่ไวต่อความรู้สึกที่มีอยู่ มันไม่ได้ทำให้โลหะผสมมีภูมิต้านทานต่ออาการแพ้ในอนาคต