Identyfikacja korozji międzykrystalicznej

Jakie testy przeprowadza się w celu identyfikacji korozji międzykrystalicznej?

Termin „badanie korozji międzykrystalicznej" wg PN-EN ISO 3651-2 oznacza badanie korozyjne polegające na selektywnym oddziaływaniu na granice ziaren. W normie PN-EN ISO 3651-2 opisano wyznaczanie odporności na korozje międzykrystaliczną stali odpornych na korozję w środowisku kwasu siarkowego (VI). W dalszej części omówiono metody badania odporności korozyjnej w środowisku kwasu siarkowego (VI) za normą PN-EN ISO 3651-2.
Odporność na korozje międzykrystaliczną można badać także w środowisku kwasu azotowego (V) przez pomiar ubytku masy (próba Hueya) – norma PN-EN ISO 3651-1.
Stale odporne na korozję ferrytyczne, austenityczne i ferrytyczno-austenityczne (duplex) mogą podlegać takiemu oddziaływaniu (korozji międzykrystalicznej) w zakresie temperatury od około 500 do 1000°C. Takie oddziaływanie cieplne, które może wywołać zwiększenie podatności na korozję międzykrystaliczną, występuje podczas kształtowania na gorąco w wyniku niewłaściwie prowadzonego przesycania lub spawania.
W normie PN-EN ISO 3651-2 podano metody oznaczania odporności na korozję międzykrystaliczną stali odpornych na korozję oraz określono cele, do jakich może być przeznaczone badanie. Wyróżniono następujące metody badań: 
• metoda A: badanie w 16 % kwasie siarkowym (VI) i siarczanie (VI) miedzi (ll) (próba Monypenny'ego Straussa);
• metoda B: badanie w 35 % kwasie siarkowym (VI) i siarczanie (VI) miedzi (ll);
• metoda C: badanie w 40 % kwasie siarkowym (VI) i siarczanie (VI) żelaza (lll).
Metoda ma zastosowanie tylko w odniesieniu do stali odpornych na korozję, dostarczanych w postaci wyrobów odlewanych, walcowanych lub kutych oraz rur i przeznaczonych do stosowania w środowisku łagodnie utleniającego kwasu (na przykład kwas siarkowy, kwas fosforowy). Jeśli nie jest to podane w normie wyrobu, wybór metody badania A, B lub C powinien być uzgodniony między zainteresowanymi stronami.
Wynik badania korozji obowiązuje jedynie w odniesieniu do środowiska korozyjnego stosowanego w danym badaniu. Stanowi to podstawę do oceny odporności na korozję międzykrystaliczną, lecz nie może być stosowane do sprawdzenia odporności na inne rodzaje korozji (korozja ogólna, korozja wżerowa, korozja naprężeniowa itp.). Użytkownik powinien dobrać badanie korozyjne do przewidywanego późniejszego zastosowania stopu. W żadnym przypadku nie zaleca się traktowania niniejszego badania jako jedynego kryterium jakości metalu.
Badanie korozji międzykrystalicznej może być wykonane w celu:
• Sprawdzania wewnętrznej odporności stali na korozję międzykrystaliczną. Sprawdzanie to dotyczy tylko stali niskowęglowych (C<0,03%) i stali stabilizowanych, które są wytwarzane specjalnie w celu uzyskania odporności na korozję międzykrystaliczną. Metal jest badany po obróbce cieplnej zwiększającej podatność na korozję międzykrystaliczną, wywołanej obróbką cieplną lub spawaniem.
• Sprawdzania efektywności przesycania. Badanie kontrolne wykonuje się tylko na wyrobach o małej grubości ścianki, dla których można uzyskać wystarczająco dużą szybkość chłodzenia. Metal jest badany w stanie dostarczonym użytkownikowi, bez obróbki cieplnej zwiększającej podatność na korozję międzykrystaliczną.
Zasada wykonywania badań korozyjnych
Próbkę do badań zanurzyć w roztworze na określony czas, w zależności od wybranej metody A, B lub C. Następnie próbkę poddać próbie zginania. W celu ujawnienia występowania pęknięć spowodowanych korozją międzykrystaliczną zbadać po zgięciu wypukłą powierzchnię próbki. W przypadku rur o małej średnicy, do 60 mm (średnica rury powinna być zgodna z otworem szyjki kolby, w której znajduje się roztwór), zamiast próby zginania stosuje się próbę spłaszczenia.

Metoda A: badanie w 18 % kwasie siarkowym (VI) i siarczanie (VI) miedzi (ll) (próba Straussa)
Roztwór korozyjny: Roztwór do badań należy przygotować z odczynników o czystości analitycznej w poniższy sposób. Rozpuścić 100g pentahydratu siarczanu (VI) miedzi (ll) (CuSO4•5H2O) w 700 ml wody destylowanej. Następnie dodać 184 g (100ml) kwasu siarkowego(VI) (ρ20 = 1,84 g/ml) i dopełnić do 1000 ml wodą destylowaną.
Wykonanie badania. W jednej kolbie można badać więcej niż jedną próbkę, pod warunkiem że objętość roztworu wynosi co najmniej 8 ml•cm-2 całkowitej powierzchni wszystkich próbek do badań. Próbki do badań umieszcza się na dnie kolby na kawałkach (opiłkach) miedzi o czystości elektrolitycznej. Ilość miedzi powinna wynosić przynajmniej 50 g/l roztworu. Próbki do badań powinny stykać się z miedzią ale nie powinny stykać się między sobą. Początkowo próbki do badań zanurza się w zimnym roztworze do badań, który doprowadza się następnie do wrzenia i od tego momentu liczy się czas badania. Wrzenie roztworu należy utrzymywać przez 20h±5h. W przypadkach spornych czas trwania badania powinien wynosić 20h. Wypełnienie z miedzi można po każdym badaniu użyć ponownie, po wypłukaniu w ciepłej wodzie wodociągowej. Roztwór korozyjny powinien być użyty tylko raz.

Metoda B: badanie w 35 % kwasie siarkowym (VI) i siarczanie (VI) miedzi (ll)
Roztwór korozyjny. Dodać ostrożnie 250 ml kwasu siarkowego(VI) (ρ20 = 1,84 g/ml) do 750ml wody destylowanej. Rozpuścić 110g pentahydratu siarczanu (VI) miedzi (ll) (CuSO4•5H2O) w ciepłym roztworze.
Wykonanie badania. W jednej kolbie można badać więcej niż jedną próbkę, pod warunkiem że objętość roztworu wynosi co najmniej 10ml•cm-2 całkowitej powierzchni wszystkich próbek do badań. Próbki do badań umieszcza się na dnie kolby na kawałkach (opiłkach) miedzi o czystości elektrolitycznej. Ilość miedzi powinna wynosić przynajmniej 50 g/l roztworu. Próbki powinny stykać się z miedzią, ale nie powinny stykać się między sobą. Początkowo próbki do badań zanurza się w zimnym roztworze, który doprowadza się następnie do wrzenia i od tego momentu liczy się czas badania. Wrzenie roztworu należy utrzymywać przez 20h±5h. W przypadkach spornych czas trwania badania powinien wynosić 20h. Wypełnienie z miedzi można po każdym badaniu użyć ponownie po wypłukaniu w ciepłej wodzie wodociągowej. Roztwór korozyjny może być użyty więcej niż jeden raz, pod warunkiem że jego kolor i gęstość nie uległy zmianie.

Metoda C: badanie w 40 % kwasie siarkowym (VI) i siarczanie (VI) żelaza (lll)
Roztwór korozyjny. Dodać ostrożnie 280ml kwasu siarkowego(VI) (ρ20=1,84 g/ml) do 720ml wody destylowanej. W ciepłym roztworze rozpuścić 25g hydratu siarczanu (VI) żelaza (lll) [(Fe2(SO4)3•xH2O], zawierającego około 75% siarczanu (VI) żelaza (lll). Oczekuje się zwiększenia szybkości korozji w przypadku zużycia całej ilości siarczanu (VI) żelaza (lll).
Wykonanie badania. W jednej kolbie można badać więcej niż jedną próbkę, pod warunkiem że objętość roztworu wynosi co najmniej 10ml•cm-2 całkowitej powierzchni wszystkich próbek do badań. Początkowo próbki do badań zanurza się w zimnym roztworze, który doprowadza się następnie do wrzenia i od tego momentu liczy się czas badania. Wrzenie roztworu należy utrzymywać przez 20h±5h. W przypadkach spornych czas trwania badania powinien wynosić 20h. Roztwór korozyjny powinien być użyty tylko raz.
Próba zginania
Próbki cylindryczne i płaskie pobrane z wyrobów przerobionych plastycznie należy poddać próbie zginania po badaniu korozyjnym. Próbki do badań powinny być zginane pod kątem co najmniej 90° na trzpieniu, którego promień nie jest większy od grubości próbki do badań. W przypadku wyrobów odlewanych, promień trzpienia nie może być większy od dwukrotnej wartości grubości próbki do badań.
Detekcja pęknięć
Detekcję pęknięć należy obserwować na zgiętej próbce do badań przy niewielkim powiększeniu (około 10 razy). Nie zaleca się uwzględniania pęknięć przy krawędzi próbki. Nie zaleca się również brania pod uwagę obecności śladów odkształcenia, zmarszczeń lub efektu „skórki pomarańczowej", gdy nie ma pęknięć lub szczelin. Jeśli istnieje wątpliwość czy pęknięcie jest wynikiem korozji międzykrystalicznej, należy próbę zginania o 90° wykonać na drugiej próbce do badań przygotowanej w podobny sposób, ale bez poddawania jej narażeniu korozyjnemu. Porównanie obu próbek umożliwi ustalenie, czy obserwowane na skorodowanej próbce pęknięcia są wynikiem korozji międzykrystalicznej.
Przykłady zastosowania
Metoda, którą należy zastosować, powinna być podana w normie wyrobu lub uzgodniona. Poniższe przykłady podane są w celu informacyjnym. Dla poszczególnego gatunku stali może być zastosowana tylko jedna metoda.
Metoda A:
• stale austenityczne zawierające ponad 16 % Cr i do 3 % Mo
• stale ferrytyczne zawierające od 16 - 20 % Cr i od 0 - 1 % Mo
• stale duplex zawierające ponad 16 % Cr i do 3 % Mo.

Metoda B:
• stale austenityczne zawierające ponad 20 % Cr i od 2 - 4 % Mo
• stale duplex zawierające ponad 20 % Cr i ponad 2 % Mo

Metoda C:
• stale austenityczne zawierające ponad 17 % Cr i ponad 3 % Mo
• stale austenityczne zawierające ponad 25 % Cr i ponad 2 % Mo
• stale ferrytyczne zawierające ponad 25 % Cr i ponad 2 % Mo
• stale duplex zawierające ponad 20 % Cr i 3 % Mo lub więcej

Literatura
[1]. PN-EN ISO 3651-2: 2004, Oznaczanie odporności na korozję międzykrystaliczną stali odpornych na korozję, Stale odporne na korozję ferrytyczne, austenityczne i ferrytyczno-austenityczne (duplex), Badanie korozyjne w środowisku zawierającym kwas siarkowy(VI).