Введение
Коррозия — одна из самых частых причин выхода из строя металлических конструкций и деталей. Она снижает прочность, вызывает разрушение сварных соединений, ухудшает эксплуатационные характеристики и ведёт к авариям, дорогостоящим простоям и ремонту.
Однако коррозия не всегда является поверхностным явлением. Часто она начинается внутри структуры материала — в микротрещинах, на границах зерен, в местах концентрации включений, на дефектных фазах или там, где изменён химический состав.
Чтобы определить реальную причину коррозии, нужны методы, которые могут:
- увидеть микроструктуру,
- определить состав включений,
- оценить распределение легирующих элементов,
- выявить зоны локального разупрочнения.
На практике для этого чаще всего используют сканирующую электронную микроскопию (SEM) и рентгенофлуоресцентную спектрометрию (XRF), дополняя их локальным микроанализом (EDS).
Это статья — разбор реальной, типичной инженерной ситуации, в которой SEM и XRF помогли установить истинную природу коррозии, определить ответственного технологического этапа и предложить корректирующие меры.
1. Исходная проблема: коррозия на изделиях из нержавеющей стали
К предприятию Radonika обратилась компания, производящая сварные изделия из стали 12Х18Н10Т.
Проблема проявлялась следующим образом:
- через 3–9 месяцев эксплуатации начинались очаговые коррозионные пятна,
- дефекты распространялись вдоль зоны термического влияния (ЗТВ),
- разрушения происходили не на поверхности, а в глубине металла.
Первичный анализ показал:
- поверхность — без нарушений,
- состав по XRF — соответствует ГОСТу,
- признаки межкристаллитной коррозии,
- повышенная активность вокруг сварного шва.
Одновременно инженеры заметили: разные партии вели себя по-разному — значит, проблема не только в эксплуатационных условиях.
2. Первичная оценка поверхности с помощью XRF
Первым этапом был выполнен XRF-анализ в зоне коррозии и вне её.
Задача:
- определить локальные изменения состава,
- проверить уровень хрома (Cr),
- оценить наличие загрязнений (S, Cl),
- обнаружить возможные поверхностные отложения.
Результаты XRF для сталей 12Х18Н10Т
Типичные отклонения для коррозии:
- снижение Cr на поверхности,
- наличие серы или хлора,
- изменение Ni в ЗТВ,
- локальное появление Si, Al, Ca, Mn — попавших из среды.
XRF-показал следующую картину:
В зоне коррозии:
- Cr ниже нормы на 1.5–3%
- повышенные следы S
- небольшие количества Ca и Si
- Ni в норме
Вне зоны дефекта:
- Cr в норме
- следы S минимальны
- фоновые элементы — в пределах естественных загрязнений
Вывод XRF:
происходит локальное обеднение хромом — ключевой фактор потери коррозионной стойкости, а также присутствуют загрязнения серой, что усиливает коррозионные процессы.
Но XRF не показывает структуру. Далее был выполнен SEM-анализ.
3. SEM-анализ микроструктуры: что происходит внутри металла
SEM — незаменимый инструмент для анализа коррозии, потому что он видит:
- границы зерен,
- межкристаллитные трещины,
- включения,
- следы диффузии,
- фазовые выделения.
3.1. Изображения поверхности при увеличении 1500×
На поверхности в зоне дефекта обнаружены:
- многочисленные микротрещины 0.5–3 мкм,
- вытянутые участки разрушения по границам зерен,
- характерная сетчатая структура.
Это классический признак межкристаллитной коррозии (МКК).
3.2. Увеличение 5000× — изменения структуры в ЗТВ
В зоне термического влияния видно:
- увеличенные зерна,
- дендритная структура,
- следы перегрева,
- локальные зоны хрупкости.
Это означает, что во время сварки были нарушены:
- температурные режимы,
- скорость охлаждения,
- концентрация хрома в поверхностных участках.
При повышении температуры возможна диффузия углерода к границам зерен и образование карбидов, что уменьшает концентрацию Cr в этих зонах.
3.3. Увеличение 10 000× — включения и карбидные фазы
SEM показал в зоне границ зерен включения:
- MnS (сульфиды марганца),
- Cr23C6 (карбиды хрома),
- оксиды SiO2 и Al2O3.
Почему это важно?
- Карбиды Cr23C6 образуются при неправильной сварке → выедают хром из твёрдого раствора.
- Сульфиды MnS действуют как инициаторы коррозии.
- Оксиды могут быть следствием окисления при высокой температуре.
Все эти включения способствуют развитию МКК.
4. EDS-анализ включений: химический состав дефектов
EDS-аналитика позволила точно определить состав включений.
В зоне границ зерен обнаружено:
- 45–70% MnS,
- до 15% Cr в виде карбидов,
- умеренное количество Si, Al (оксиды),
- следы Ca и Na, связанных с загрязнениями.
В зоне металла вне дефекта:
- MnS — единичные, мелкие, равномерные,
- оксиды — в норме,
- карбидов хрома — минимум.
Главный вывод EDS:
Коррозия вызвана перегревом и выпадением карбидов Cr23C6 вдоль границ зерен, плюс наличием сульфидных включений, усиливающих коррозию.
Химический способ защиты металла — пропал.
5. Почему это произошло: точная инженерная причина
Сопоставив данные XRF, SEM, EDS, Radonika сделала заключение:
Коррозия вызвана нарушением режима сварки:
- слишком высокая температура,
- недостаточная защита инертным газом,
- слишком медленное охлаждение.
Это привело к:
- выпадению карбидов,
- обеднению хромом прилежащих зон,
- локальному уменьшению коррозионной стойкости,
- активации серы за счёт MnS-включений.
Металл стал уязвимым, хотя общий химический состав по ГОСТ оставался в норме.
6. Что предприняло предприятие
После анализа компания Radonika предложила и внедрила:
1. Изменение режима сварки
- увеличение скорости сварки,
- уменьшение тепловложения,
- снижение температуры дуги.
2. Улучшение газовой защиты
- более высокий расход аргона,
- применение двухсторонней защиты.
3. Термообработка
- стабилизирующий отжиг для растворения карбидов.
4. Контроль качества расходных материалов
- проверка проволоки,
- контроль содержания S и C.
5. Обучение сварщиков и технологов
Через месяц после корректировок предприятие провело повторный SEM-анализ:
- карбиды исчезли,
- зерна стали более равномерными,
- коррозионных поражений не обнаружено.
7. Почему XRF + SEM + EDS — лучший набор для анализа коррозии
XRF выявляет:
- локальное обеднение хромом,
- загрязнения,
- изменения в легирующих элементах.
SEM показывает:
- микротрещины,
- границы зерен,
- фазовые выделения,
- микроструктуру.
EDS определяет:
- состав включений,
- карбидов,
- сульфидов,
- оксидных фаз.
Вместе эти методы дают полную картину процесса разрушения и позволяют точно сказать:
- где зародилась коррозия,
- почему она появилась,
- как её предотвратить.
8. Итог: что важно понимать при анализе коррозии
Коррозия — не всегда следствие плохой стали.
Часто проблема заключается в:
- сварке,
- термообработке,
- эксплуатации,
- загрязнениях,
- включениях,
- перегреве,
- фазовых превращениях.
Чтобы точно определить причину, нужно использовать комплексную диагностику, в частности SEM/XRF/EDS, как делает Radonika.
Главный вывод:
коррозия — это всегда результат взаимодействия структуры и химического состава. И только методы высокого разрешения позволяют увидеть истинную природу дефекта.