PREN vysvětleno: Řazení tříd nerezové oceli podle odolnosti proti bodové korozi

Číslo ekvivalentní odolnosti proti bodové korozi, tzv. PREN, řadí třídy nerezové oceli podle jejich odolnosti vůči chloridové bodové korozi pomocí vzorce PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N. Na této stupnici se standardní třída 304 nachází kolem hodnoty 18, 316L kolem 24, duplexní 2205 kolem 35 a superduplexní 2507 kolem 43. Vyšší hodnota PREN znamená, že daná slitina vydrží teplejší prostředí s vyšším obsahem chloridů, než začne docházet k lokální bodové korozi. Jako první orientační ukazatel pro porovnávání tříd je to nejužitečnější číslo, pokud znáte jeho omezení.

Co vzorec ve skutečnosti váží
Každý člen rovnice PREN odráží, jak daný prvek brání rozpadu pasivní vrstvy. Chrom je základem nerezových vlastností; k vytvoření ochranné vrstvy oxidu chromitého je zapotřebí alespoň přibližně 10,5 % chromu a každý další procentuální bod ji posiluje. Molybden má váhu 3,3, protože v jednotkovém množství je mnohem účinnější než chrom při opětovné pasivaci a stabilizaci pórů po útoku chloridů. Dusík má nejvyšší koeficient, 16, protože i malé přídavky výrazně zvyšují odolnost proti puklinám a zároveň zvyšují pevnost; právě proto jsou moderní vysoce výkonné třídy úmyslně legovány dusíkem. Odvozená verze rovnice, někdy označovaná jako PREN16 nebo PREW, obsahuje navíc člen pro wolfram, avšak tříprvková forma je průmyslovým standardem. Některé zdroje používají pro dusík koeficient 30 místo 16 u vysoce legovaných tříd, proto před vyvozením závěrů zkontrolujte, jaký koeficient je u publikované hodnoty PREN použit.

Seřazení běžných tříd
Použití vzorce na typické středně odolné slitiny odhaluje jasnou hierarchii. Ocel třídy 304 s obsahem asi 18 až 20 % chromu a bez úmyslně přidaného molybdenu dosahuje hodnoty PREN přibližně 18 až 20. Ocel třídy 316L s obsahem přibližně 16 až 18 % chromu a 2 až 3 % molybdenu dosahuje hodnoty PREN přibližně 24 až 26; právě přítomnost molybdenu činí třídu 316L výchozí volbou pro mírné námořní podmínky a mnoho chemických aplikací. Duplexní ocel 2205 s obsahem přibližně 22 % chromu, 3 % molybdenu a 0,17 % dusíku dosahuje hodnoty PREN přibližně 35. Superduplexní ocel 2507 s obsahem přibližně 25 % chromu, 4 % molybdenu a 0,28 % dusíku dosahuje hodnoty PREN přibližně 43 a stanovuje hranici pro superduplexní oceli na hodnotě PREN nad 40.

Tabulka: Chemické složení a přibližná hodnota PREN

Kdy je hodnota PREN skutečně rozhodující
PREN se stává rozhodujícím parametrem všude tam, kde selhání vyvolávají chloridy a lokální koroze, nikoli rovnoměrná ztráta kovu. Mořská voda, brakická voda, produkční voda, soli na odladění, bělidla a chlorované technologické proudy i pobřežní atmosféra napadají pasivní vrstvu na izolovaných místech, čímž vznikají jámy, které mohou prorazit stěnu, zatímco okolní povrch stále vypadá lesklý. Dvě související myšlenky přeměňují PREN na limitní hodnoty pro provoz. Kritická teplota vzniku jamek (CPT) je nejnižší teplota, při níž se ve stanoveném roztoku chloridů tvoří stabilní jamky; tato hodnota úzce koreluje s PREN: u oceli 316L může CPT činit přibližně 15 až 25 stupňů Celsia v běžných zkouškách, u 2205 přibližně 35 až 45 stupňů a u 2507 více než 55 až 70 stupňů. Jakmile konstruktér zná provozní teplotu a koncentraci chloridů, porovnání PREN a CPT mezi jednotlivými uvažovanými třídami rychle zužuje výběr a zabraňuje použití slitiny, která by v provozu podléhala jamkování. Následky jsou reálné: jediná jamka v tlakovém potrubí může způsobit výpadek celého procesu, kontaminaci produktu a náklady, které daleko převýší rozdíl v ceně mezi jednotlivými třídami slitin – proto se výběr založený na PREN považuje za řízení rizik, nikoli za pouhou zakoupení detailu.

Meze jediného čísla
PREN je nástroj pro hodnocení odolnosti vůči korozi, nikoli komplexní prediktor koroze, a jeho považování za záruku vede k selhání. Vypočítává se z nominálního nebo tavícího složení a ignoruje mikrostrukturu, kterou ve skutečnosti obdržíte. Duplexní třída s příslušnou hodnotou PREN může stále vykazovat špatný výkon, pokud bylo řešení tepelně zpracováno nedostatečně a došlo k vysrážení sigma fáze, protože intermetalické fáze odebírají chrom a molybden z okolní matrice bez ohledu na průměrné složení. Svařované spoje představují další slabé místo: tepelně ovlivněné zóny a nesmíšený svařovací kov mohou mít lokální chemické složení a strukturu, které začnou korodovat dříve než základní materiál; proto se koroze testuje podle norem ASTM A923 nebo G48 na hotových výrobcích. PREN neposkytuje žádné informace o korozí v štěrbinách, která začíná při nižších teplotách než pitting na otevřeném povrchu, ani o napěťové korozní trhlině, obecném útoku kyselinou či erozi. Nezohledňuje povrchovou úpravu, kontaminaci povrchu železem ani usazeniny, které koncentrují chloridy pod vrstvou oxidu.

Zodpovědné využívání PREN při výběru
Praktický pracovní postup spočívá v použití indexu PREN pro první orientační výběr, následovaný ověřením pomocí servisních údajů a testování. Začněte tím, že přizpůsobíte materiál s ohledem na index PREN danému prostředí: pro vnitřní aplikace s nízkou koncentrací chloridů je ekonomickou volbou ocel 304; pro mírné námořní podmínky a obecné chemické aplikace se osvědčila ocel 316L; při vyšší teplotě nebo vyšší koncentraci chloridů zvolte ocel 2205; pro mořskou vodu nebo extrémní chloridové podmínky v offshore prostředí vyberte ocel 2507. Poté ověřte, zda dodaný materiál má správnou mikrostrukturu pomocí metalografie a měření obsahu feritu, potvrďte chemické složení metodou pozitivní identifikace materiálu (PMI) a mokré chemické analýzy a v případě kritických aplikací požadujte laboratorní testy odolnosti vůči pittingové nebo štěrbinové korozi provedené na konkrétní tavbě a s ohledem na použitý postup svařování. Je výhodné uvést v technické specifikaci předpokládanou koncentraci chloridů a maximální teplotu povrchu kovu, protože i materiál, který je v daném prostředí s průměrnou koncentrací chloridů spolehlivý, může selhat v místech, kde dochází k lokálnímu zahuštění chloridů například v důsledku vypařování, usazování nebo v štěrbinách. Pokud se index PREN používá tímto způsobem, jedná se o efektivní, fyzikálně zdůvodněný nástroj pro orientační výběr vhodného materiálu, zatímco výsledky testů potvrzují, že konkrétní trubka vydrží dané provozní podmínky.

Nejčastější dotazy
Otázka: Je vyšší hodnota PREN vždy lepší?
Odpověď: Pokud jde o odolnost vůči pittingové korozi způsobené chloridy, ano. Avšak třídy s vyšší hodnotou PREN jsou dražší a obtížněji zpracovatelné, proto je třeba hodnotu PREN přizpůsobit skutečné expozici chloridům a teplotě, nikoli ji nadměrně zvyšovat.
Otázka: Zohledňuje PREN i korozi v štěrbinách nebo napěťově korozní trhliny?
Odpověď: Ne. PREN hodnotí pouze odolnost proti pittingové korozi na otevřených površích; korozi v štěrbinách, napěťově korozní trhliny a obecný kyselý útok vyžadují samostatné posouzení a zkoušky.

Nejste si jisti, která třída PREN je vhodná pro vaše prostředí s obsahem chloridů? Společnost Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. vám poskytne poradenství a dodá materiály od třídy 304 po 2507. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/