CHƯƠNG 3 CƠ CHẾ ĂN MỊN KIM LOẠ
3.2.2.2. Ăn mịn trên biên giới hạt thép khơng gỉ austenit
Giản đồ biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ xử lý nhiệt, thời gian xử lý và hàm lượng cacbon của thép khơng gỉ austenit 304
Các đường cong cĩ dạng chử C chỉ ra giới hạn giữa tính nhạy cảm (phía trong chử C) và khơng nhạy cảm với ăn mịn trên biên giới hạt của hợp kim. Tính nhạy cảm tương ứng với việc kết tủa cacbua crơm (cĩ cơng thức Cr23C6 hoặc (Cr,Fe)23C6 nếu cĩ chứa Fe) ở biên giới hạt.
Động học chung của quá trình phụ thuộc vào hai cơ chế:
• Tốc độ tạo mầm tăng với độ quá bảo hịa, nghĩa là đi kèm với sự giảm nhiệt độ
• Tốc độ khuếch tán của cacbon đến vùng biên giới hạt tăng theo sự tăng nhiệt độ
Do đĩ đường cong biểu diễn thời gian cần thiết để nhạy hĩa hợp kim theo nhiệt độ sẽ đi qua một điểm cực tiểu và cĩ dạng chử C đặc trưng.
Việc kết tủa crơm làm giảm hàm lượng crơm ở vùng gần biên giới hạt, do các nguyên tử crơm cĩ kích thước lớn hơn cacbon nên khĩ khuếch tán hơn. Hàm lượng crơm giảm thì thép khơng gỉ sẽ khĩ bị thụ động. Ở một vài điều kiện nào
đĩ, các vùng nghèo crơm gần biên giới hạt sẽ trở thành hoạt động, trong khi ở
tâm của hạt tinh thể, kim loại vẫn ở trạng thái thụ động. Điều này dẫn đến việc thiết lập một pin ăn mịn, trong đĩ vùng nghèo crơm sẽ là anốt so với phần cịn lại của bề mặt. Tỷ lệ anốt / catốt nhỏ càng đẩy vùng anốt bịăn mịn nhanh hơn.
Ngồi ra, dưới một vài điều kiện nào đĩ, các hợp chất của photpho như
(Cr,Ni,Fe)3P vơ định hình hoặc các hợp chất khác cĩ thể kết tủa ở biên giới hạt. Vi dụ trong thép khơng gỉ austenit cĩ thêm Molipden (Mo), các hợp chất (Fe, Cr)Mo2 và pha σ chứa các kim loại Fe, Ni, Cr sẽ kết tủa. Ở các điện thế cao, tương ứng với trạng thái quá thụ động, các kết tủa này sẽ hịa tan ưu tiên hơn dẫn đến tấn cơng chọn lọc ở biên giới hạt.
Sự ăn mịn trên biên giới hạt của thép khơng gỉ thường xảy ra khi chúng chịu xử lý nhiệt nhạy cảm ở nhiệt độ trong khoảng 500 – 800 oC. Việc xử lý nhiệt như vậy thường xảy ra khi hàn kim loại hoặc làm nguội chậm một chi tiết
đã nung ở nhiệt độ lớn hơn 1000 oC. Ở những chỗ mà điều kiện nhiệt độ và thời gian tương ứng với vùng nhạy cảm, thì chỗ đĩ sẽ chịu ăn mịn trên biên giới hạt (ví dụ vùng gần mối hàn).
Biện pháp để tránh ăn mịn trên biên giới hạt:
• Xử lý nhiệt đồng đều trên chi tiết cần hàn.
• Cho thêm vào thép khơng gỉ một lượng nhất định các nguyên tử cĩ tính cacbua hĩa mạnh như Nb, Ti… Các nguyên tố này sẽ bị cacbua hĩa ở nhiệt
độ mà crơm vẫn cịn trong dung dịch (1080 0C) và tiêu thụ lượng cacbon khuếch tán vào. Do đĩ chỉ khi các cacbua titan, cacbua niobi được tạo thành xong mà vẫn cịn dư cacbon thì phản ứng cacbua crơm mới cĩ thể
xảy ra.