термическая обработка коррозии

Когда говорят про ?термическую обработку коррозии?, многие сразу представляют себе какую-то волшебную процедуру, которая ?выжигает? ржавчину. Это, конечно, полная ерунда. На самом деле речь идёт о том, как правильно проведённая термообработка меняет структуру металла, напрямую влияя на его коррозионную стойкость. И вот здесь начинается самое интересное, потому что связь эта нелинейная и сильно зависит от марки стали, формы изделия и даже от того, что было с заготовкой до печи.

Отжиг: не просто снятие напряжений

Возьмём, к примеру, отжиг. Казалось бы, базовая операция. Но в контексте коррозии важен не просто факт нагрева и медленного охлаждения. Ключевой момент — полная или неполная фазовая перекристаллизация? Для низкоуглеродистых сталей полный отжиг на феррито-перлитную структуру — это, по сути, создание однородного электродного потенциала по всему сечению. Неоднородность структуры — это всегда микрогальванические пары, очаги для начала коррозии. Я видел случаи, когда поковки после ковки на прессе шли сразу на механическую обработку, пропуская отжиг. Вроде бы сэкономили. Но через полгода на готовых деталях, особенно в зонах перехода сечения, появлялась странная точечная коррозия. Разбирались — остаточные напряжения плюс неоднородная структура от ковки сделали своё дело.

У нас на производстве, в ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство, для ответственных деталей, работающих в агрессивных средах, мы всегда настаиваем на полном отжиге, даже если заказчик пытается сократить цикл. Оборудование позволяет — печи отжигательные есть, можно выдержать нужный режим. Информацию о наших мощностях всегда можно уточнить на https://www.jyybdz.ru. Годовой объём в 5000 тонн поковок — это не только про тоннаж, но и про ответственность за каждую партию.

А вот с легированными сталями, особенно хромистыми, история другая. Тут отжиг должен быть таким, чтобы карбиды хрома не выпали по границам зёрен. Иначе получаем обеднённую хромом приграничную область — идеальный путь для межкристаллитной коррозии. Это классическая ошибка, когда гонятся за твёрдостью или прочностью, а режим выбирают ?по справочнику?, не учитывая реальную химию плавки. Наш электрошлаковый переплав даёт хорошую чистоту металла, но это не отменяет необходимости тщательного расчёта температурно-временных параметров отжига для каждой конкретной марки.

Улучшение: баланс между прочностью и стойкостью

Закалка с высоким отпуском, она же улучшение. Здесь дилемма: высокие механические свойства часто достигаются ценой некоторого снижения коррозионной стойкости. Особенно если переусердствовать с температурой отпуска. Есть такая ?опасная зона? для многих конструкционных сталей — отпуск в районе 300-450°C. Получаешь нежелательную отпускную хрупкость и, как следствие, повышенную склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Помню историю с валом для насосного оборудования. Материал — сталь 40Х. Закалили, отпустили при 400°C, получили красивую твёрдость. Прошли все приёмочные испытания. А через несколько месяцев работы в солёной среде на нём появилась сетка трещин. Разрушение было именно коррозионно-механическим. Переделали — подняли температуру отпуска до 550-600°C. Предел текучести немного снизился, но структура стала устойчивее, сорбит отпуска лучше сопротивляется зарождению коррозии в условиях циклических нагрузок.

Поэтому в нашем цехе термической обработки для деталей, работающих в морской воде или химических средах, технолог всегда отдельно прописывает режимы улучшения, смещённые в сторону более высокого отпуска. Да, иногда приходится убеждать клиента, что паспортная прочность — не единственный критерий. Но долговечность изделия важнее.

Нормализация: недооценённый этап

Часто нормализацию рассматривают как черновой, подготовительный вид термообработки. Мол, выровнял структуру перед закалкой — и ладно. Но для коррозионной стойкости нормализация — это мощный инструмент. Особенно для крупногабаритных поковок, которые мы как раз и делаем на гидравлическом прессе. Неравномерность охлаждения после ковки создаёт гигантскую структурную неоднородность. Если её не устранить нормализацией (с нагревом выше Ac3 и охлаждением на спокойном воздухе), то последующая закалка ляжет на эту неоднородную основу. И где тонко, там и рвётся. Коррозия всегда находит самое слабое звено в структуре.

У нас был опыт с фланцами из стали 20ГЛ. После литья и ковки пошли сразу на отжиг. Но отжиг не исправил крупнозернистость, унаследованную от литья. В результате после эксплуатации в среде с сероводородом по границам этих крупных зёрен пошла активная коррозия. Добавили операцию нормализации перед отжигом — зерно измельчилось, структура стала однородной, стойкость резко возросла. Теперь это обязательный этап для подобных деталей.

Это к вопросу о том, что термическая обработка — это не набор разрозненных операций, а цепь взаимосвязанных процессов. Пропустишь одно звено — получишь слабое место, которое проявится не сразу, а в самый неподходящий момент.

Проблемы на стыке процессов: окалина и обезуглероживание

Теоретически всё просто: нагрели, выдержали, охладили. Практика — это постоянная борьба с побочными эффектами. Самые главные враги в контексте коррозии — окалина и обезуглероживание поверхностного слоя.

Окалина — это не просто грязь, которую можно счистить. Под ней всегда остаются поры, микротрещины, участки с изменённой химией. Это готовый очаг для питтинговой (точечной) коррозии. Особенно критично для нержавеющих сталей. Если в печи атмосфера окислительная, то без защитных газов или вакуума не обойтись. Мы для ответственных изделий используем электрические печи с контролируемой атмосферой, но это, конечно, удорожает процесс. Для крупных поковок иногда идём на компромисс — ведём нагрев с минимальным доступом воздуха, а потом интенсивно очищаем дробью. Но идеального решения нет, всегда есть риск.

Обезуглероживание — это когда с поверхности выгорает углерод. Слой всего в несколько десятых миллиметра, но его прочность падает, а главное — образуется мягкий ферритный слой с другим электродным потенциалом. В паре с основным металлом он работает как анод и активно корродирует. Контролировать это можно только строгим контролем атмосферы в печи и временем выдержки. Иногда, чтобы спасти деталь после случайного обезуглероживания, идём на цементацию или насыщение азотом, но это уже аварийная мера.

Контроль качества: как проверить неочевидное

Твердомером и УЗД-дефектоскопом структуру на коррозионную стойкость не проверишь. Основной метод — это, конечно, металлография. Вырезаем технологическую пробу-свидетеля из той же плавки, что и деталь, и обрабатываем вместе с ней. Потом шлифуем, травим и смотрим под микроскопом. Ищем однородность, размер зерна, отсутствие выделений по границам. Это рутина, но без неё никак.

Для самых ответственных заказов, которые у нас, кстати, не редкость учитывая специализацию на тяжелом машиностроении, делаем ускоренные коррозионные испытания в солевом тумане или в специальных растворах. Закладываем образцы на 100-200 часов, смотрим, появились ли очаги. Это даёт хоть какую-то уверенность. Но всегда есть поправка на масштабный фактор — маленький образец может вести себя не так, как многотонная поковка.

Поэтому главный контроль — это выверенная, отработанная на практике технологическая карта. От электрошлакового переплава на нашем ЭШП до финишной токарной обработки. Каждый этап вносит свой вклад в итоговую стойкость металла. И термическая обработка здесь — не панацея, а критически важный этап, который может как исправить, так и усугубить предысторию заготовки. Наша задача — сделать так, чтобы структура металла после печи стала его главной защитой от разрушения, а не его ахиллесовой пятой. Всё остальное — покрытия, катодная защита — это уже дополнительные меры. Основа закладывается здесь, в цеху, у печи.