Korozijska obstojnost jeklene litine s povečano vsebnostjo Si
Corrosion Resistivity of Si-bearing Čast Steels
Godec B1., Inštitut za metalne konstrukcije, Ljubljana L. Vehovar, IMJ Ljubljana
I. Zakrajšak, SŽ Metal Ravne, Ravne na Koroškem
Izdelali smo jeklene litine s povečano koncentracijo silicija in z malo ogljika. S pomočjo elektrokemičnih korozijskih preiskav smo želeli poiskati vpliv silicija na korozijsko odpornost litin v močno oksidacijskih medijih in njegovo vlogo pri tvorbi pasivnega filma.
Ključne besede: silicijeve jeklene litine, korozija, austenit. silicij
High alloyed Si-bearing čast steels vvith low content of carbon vvere produced. The electrochemical corrosion tests vvere performed to fmd the influence of silicon on corrosion resistivity of čast steels in high oxidizing media and its role of the passive layer formation.
Key vvords: Si-bearing čast steels, corrosion. austenit. silicon
1.	Uvod
Med korozijsko dobro odporna in razmeroma cenena jekla ali jeklene litine uvrščamo legirane austenitne. feritne in dvo-fazne zlitine. V austenitnih prevladuje nikelj, v feritnih in dvo-faz.nih krom. toda odpornost proti različnim oblikam korozije v vseh primerih lahko dodatno izboljšamo z dolegiranjem molibdena. dušika, volframa. bakra, titana in niobija. Nerjavna jekla sc uporabljajo v različnih medijih redukcijskega in oksidacij-skega značaja. V močno oksidacijskih medijih je uporaba jeklene litine omejena z njeno dovzetnostjo za različne oblike korozijskega napada12'4.
Veliko korozijskih problemov kovin in kovinskih zlitin je pri določenem potencialnem gradientu, v tesni povezavi z migracijo atomov skozi tanek površinski film, ki je lahko zaščiten ali tudi drugačen. Taki filmi so lahko oksidi, korozijski produkti, ali pa jih lahko premišljeno ustvarimo in uporabimo, da tvorijo oviro med korozivnim medijem in osnovnim materialom \
Silicij je pomemben element, ki vpliva na izboljšanje korozijske odpornosti železovih litin. Med 3 in 14 'i se korozijska odpornost poveča, nad 14 'l pa sc močno poveča. Silicij v teh primerih tvori močno adherenten pasivni film2. Poznana je tudi vloga silicija pri visokotemperatumi koroziji. Zanimal nas je vpliv silicija pri nerjavnih jeklenih litinah, ki so izpostavljene vodnim raztopinam, kjer sc odvijajo elektrokemični procesi. K temu so nas vodili zanimivi rezultati korozijskih preiskav, ki so bili izdelani v letu 1993 na litini FeCr26Ni30Si4'.
2.	Eksperimentalni del
V preiskave smo vključili jeklene nerjavne litine večinoma austenitnega tipa z različno vsebnostjo silicija od 0 do 1(1 <». ki
mag Boštjan (m.dipl. in/. miM.
Inštitut /a metalne konstrukcije
Metu ingerjesa 7. 01 11.š 1 iubliana
smo jih izdelali v vakumski indukcijski peči na IMT. Kemična sestava litin je prikazana v Tabeli 1. Po litju v kokilc dimenzije 55x60x450 mm smo materiale zarili na 1050 C 2 uri in gasili v vodi. z namenom, da sc izognemo izločanju faz bogatih z legirnimi elementi, ki povzročajo osiromašenje matrice. Za primerjavo smo uporabili nerjavno jeklo AISI-316L.
Tabela 1: Kemična sestava litin
kemična sestava (r/c)
Litina	C	Si	Mn	S	Cr	V	\	Mn
1.1	(1.(135	0.13	0.50	0.00«	24.70	27.30	0.064	-
1.12	OJ. K W	1.01	0.29	0.005	26.65		0.107	
1.13	0.(111	1.95	0.31	0.007	26.75	30.3:	0.098	-
1.14	0.015	4.16	0.32	(l.l)O(i	26.75	2l».3S	0.073	-
1.5	0.0X0	h.!')	0.57	0.005	26.11(1	32.Š0	0.04S	
LX	0.073	0.24	0.53	0.011	24.00	6.65	0.410	3.30
Lil	0.034	lo.so	(1.40	0.005	M.4	4.50	0.03:	-
3I6L	0.034	0.39	124	0.021	17.1	10.40	-	
Litine Ll, L12. L13. L14. imajo austenitno mikro-strukturo. Litini L5 in L8 sta dvofazni s 50 H ferita. Pri litini Ll 1 je osnova feritna, po mejah je izločena austenitna faza. Z večanjem vsebnosti silicija smo pri austenitnih litinah opazili izrazitejšo dendritno mikro-strukturo.
Elektrokemične korozijske preiskave smo izvedli s pomočjo AG & G-PAR potenciostata in programa "Softcorr 352". Korozijska odpornost litin je predstavljena za štiri medije oksi-daeijskega tipa:
10% HNO + 0.5M NaCI 30', HNO. + 0.5M NaCI 60', HNO. + 0.5M NaCI 65' , HNO j + 5g/l Cr'"
Litine se v močno oksidacijskem mediju pasiv irajo. med materiali ne opazimo večjih razlik. S koncentracijo kisline se korozijski potencial viša in litine se pri 30', dušikovi kislini
Godec B. et al : Korozijska obstojnost jeklene litine s povečano vsebnostjo Si
—-m--—nTni—r~
MEDIJ: 65% HN03 * 5g/ICr6»
Slika 1: Potenciodinamičnc anodne polarizacijske krivulje \ 60 ', HNO + 0.5 M NaCl Figure 1: Potentiodinamic anodic polarization curves in 60 ', HNO + 11.5 M NaCl
eu: • e.5i
TTTTTT1-1 I 11!III-1 1 11 lilij-TT
---otHE	&4H11
l/v*i m k"t".
Slika 2: Potenciodinamične anodne polarizacijske krivulje \ 60 ', HNO, + 0.5 M NaCl Figure 2: Potentiodinamic anodic polarization curves in 60 ', HNO + 0.5 M NaCl
tako
Slika 3: Izračunane korozijske hitrosti /a litine
\ 65', HNO,+0.5 g/l Cr' Figure 3: Calculated eorrosion rates for casts in 65', HNO,+0.5 g/l Cr"
ne opazimo večjih korozijskih poškodb. Pri litini L11 zasledimo interkristalno korozijo.
i)-----------------------------------------
&	Ll
—	L13
	L14
	L11
	316L
pasivirajo z direktno pasivacijo. pri čemer se prav porušitveni potencial dvigne I Sliki 1 in 2).
Med materiali so določene razlike glede toka pri porušit-venem potencialu. Pri še agresivnejših oksidacijskih medijih z dodatki Cr'" ionov, se litine ne uspejo pasivirati. pride do pojava korozije. Izračunane korozijske hitrosti so prikazane na sliki 3. Z višanjem deleža Si pri litinah, zasledimo v močno oksidacijkem mediju znižanje korozijske hitrosti. Litina Lil z 10 ' < silicija se v tem mediju direktno pasivira, njen porušitveni poteneial-H., je 1.1 V. tok pri porušitvenem potencialu-i, p pa 16 pA/cm:.
Rezultati korozijske raziskave v vreli 55'r HNO, z. metodo merjenja izgube mase vzorcev dimenzije 50x25x2 mm v času 240 ur so za pet litin z različno vsebnostjo silicija prikazane na sliki 4. Litini L13. L14 in L1 1. ki so legirane s silicijem, kaže-jo ugodnejše rezultate, saj se hitrost odtapljanja s časom manjša, kar je še posebej značilno za litino L14. Obseg korozijskih poškodb, ki so nastale po 240 urah izpostavljanja v vreli 55'., HNO,. kaže pri litini L.l močno jamičasto in interkristalno korozijo, dočim pri litinah L13 in LI4. ki sla legirani s silicijem
4 5 6 tas (dnevi)
Slika 4: Izeuba mase za litine 1.1. L13. 1.14, L11. 316L izpostavljene
240 ur v 55 'i vreli HNO, Figure 4: The mass loss for casts Ll, L13. LI4. I.I 1. 3161. exposed 240 hours in 55 7c boiling HNO,
Spektroskopija Avgerjevih elektronov narejena na površini vzorca litine L14. po izpostavljanju 240 ur v 55f/t vreli HNO,. je pokazala, da silicij ostaja na elektrodni površini in verjetno tvori neke vrste oviro za nadaljni korozijski proces (slika 5).
012346678
Čas Ionskega jedkanja Imlnl
Slika 5: AES globinska profilna anliza pomcmbih elementov v pasivnem filmu Figure 5: AES depth profiles of the important elements in passive laver
l 55
3. Zaključek
Ugotovili smo, da so austenitne jeklene nerjavne litine legirane s silicijem odporne v močno oksidacijskih medijih, čeprav je veljalo prepričanje, da so te odporne le v medijih redukcijskega tipa, v oksidacijskih pa pretežno feritni materiali. Feritne jeklene litine so v močno oksidacijskih medijih hitro pasiv irajo. vendar pri njih pride tudi do prepasivacijc.
S pomočjo elektrokemičnih korozijskih preiskav smo ugotovili določen pozitivni trend v prid litinam legiranim s silicijem. Vendar šele močnejši oksidacijski mediji, kot je koncentrirana dušikova kislina pri višjih temperaturah, pokažejo pravo vrednost litin legiranih s silicijem. Pri litini L14. ki je legirana s 4' < Si. se s časom korozijski proces nekoliko upočasni.
Odgovor na to je v dejstvu, da silicij ostaja na elektrodnih površinah, kar smo potrdili s pomočjo AF.S analize površine.
Silicij tako verjetno tvori oviro, ki povečuje katodno prenapetost litine in s tem vpliva na počasnejši korozijski proces.
4. Literatura
1 L. Vehovar. B. Godec. The Influence ot Silicon in Alloved čast Steels on Corrosion Resistivitv. EUROMAT 44' TOP1CAL. Balaton 1993 Donald R. Stichkle. Corrosion of Čast trons. Metals Handbook. Ninth Edition. Volume 13. Corrosion lL'S(i
H. Kajimura. K. Ogavva, H. Nagano. Effect of u/y Phase .Ratio and \ Adition on the Corrosion Resistance of Si-bearing Duple\ Stainles*, Steel in Nitric Acid. ISI.I Intcrnaliomil. 31. 1991. :. 216-22: : L. Vehovar, Korozija kovin in korozijsko preizkušanje. Ljubljana 1991
K. Shimizu. Thin Surface Films on Metals and Allovs. Corrosion Scicnce, 35. 1993. 1-4. 247-252