Kloriidi tingitud pinge korrosioonipõhine pragunemine: miks 316L praguneb ja dupleksklaas seda vastu seismas on

Kloriidi stressikorrosioonipõhine pragunemine (CSCC) tekib siis, kui kokku langevad kolm tingimust: püsiv tõmbepinge, kloriidid ja temperatuur umbes 60 kraadi Celsiuse üle. Nendel tingimustel võivad standardsete austeniitsete sortide, näiteks 304L ja 316L, pinnal olla vähe üldist korrosiooni, kuid need võivad siiski äkki ja katastroofaliselt praguneda, samas kui dupleksklassid nagu 2205 ja 2507 ning täielikult ferriitseid roostevabu teraseid on palju paremini vastupidavad pragunemisele. Määrav muutuja on mikrostruktuur: 316L pidev austeniitne faas on loomupäraselt tundlik, samas kui kahefaasiline dupleksstruktuur takistab pragude kasvamist.

Kolme jalaga mehhanism
CSCC-d on sageli kirjeldatud kui kolmjalgselt toolt ja ühegi jalaga kaotamine takistab pragude teket. Esimene jalgpalk on tõmbetugevus, olgu see siis rakendatud kasutuskoormus või sagedamini keevitamise, külmkummutamise või kujundamisega fikseeritud jääkpinge; keevitusümbritses jääkpinged võivad ilma välist koormuseta jõuda materjali libisevuspiirini. Teine jalgpalk on kloriidide sisaldav keskkond ning läveväärtus võib olla üllatavalt madal, sest kloriidid kontsentreeruvad sette all, põhjustades pragusid ja isolatsiooni all, kui vesi aurustub. Kolmas jalgpalk on temperatuur; tundlikkus tõuseb järsult umbes 60 kraadi Celsiusest kõrgemal, mistõttu on kuumade torude, auruga soojendatavate toruliinide ja soojusisolatsiooniga seadmete klassikalised purunemiskohad. Kui kõik kolm tegurit on olemas, algavad pragud sügavustest või pinnakahjustustest ning levivad peenikeste, harunenud, sageli transgranulaarsete võrkude kujul, mis võivad läbida seinu nädalates. Kuna pind ei näita tavaliselt peaaegu üldist korrosiooni, ei anna CSCC sageli mingit nähtavat hoiatust läbipõhjase leke või äkkmise purunemise eel, ja just see teeb selle nii ohtlikuks rõhukorras töötavas keskkonnas.

Miks austeniitsete sortide korral on kõrgem oht
304L ja 316L tundlikkus tuleneb nende täielikust austeniitsest, tahkisega tsentritega kuubilisest struktuurist ning nende nikli sisaldusest umbes 8–12 protsendi vahemikus. Kogemus ja laborikatsete andmed näitavad, et austeniitsed roostevabast terasest materjalid on kõige tundlikumad CSCC-ile just selles keskmises nikli sisalduse vahemikus, kus passiivne kiht laguneb kohaliselt ja pragunemine leidub pideva austeniitse teekonna, mida järgida. Ühe pideva faasiga, kui pragunemine algab, puudub metallurgiline takistus selle aeglustamiseks, seepärast on purunemised sageli kiired ja annavad vähe hoiatusmärke. Molübdeen (nt 316L-s) parandab augu tekke vastast vastupanu ja viivitab pragunemise teket mõõdukalt, kuid see ei muuda aluslikku austeniitset tundlikkust, mistõttu tekib 316L-le ikka pragusid soojas kloriidkeskkonnas.

Tabel: suhteline CSCC-käitumine

Miks Duplex vastub
Dupleksroosted takistavad CSCC-d, kuna nende struktuur koosneb umbes poolest ferriidist, mis on kehakeskne kuup ja millel on klooripõhine pragunemine suhtes austeniitiga oluliselt suurem vastupära. Dupleksmikrostruktuuris jõuab pragunemine, mis algab austeniit-saarest, varsti ferriit-terasse, mis selle peatab või suunab ümber, mistõttu ei eksisteeri pidevat levimise teed, mis 316L-le ohtlikuks muudab. Dupleksklasside väiksem nikli- ja suurem kroomi- ning molübdeeniisisaldus toodab ka stabiilsemat passiivkile. Praktiline tulemus on oluline temperatuuri- ja kloriidi sisalduse tõus enne seda, kui pragunemine muutub ohuks: kui 316L on kloorikeskkonnas piiratud mõõdukate temperatuuridega, siis 2205 ja 2507 võimaldavad turvalist tööd palju kõrgematel temperatuuridel, mistõttu on nad standardtäiendused kuumale mereveele, segaveele ja kloriidi tööprotsessijuhtmetele. Dupleksmaterjalide vastupära ei ole piiramatu; väga kõrgel temperatuuril ja kloriidi kontsentratsioonil võivad isegi dupleksklassid lõpuks praguneda, kuid läve on tõstetud kümmekond kraadi, mis tavaliselt piisab selleks, et rakendus liiguks kroonilise ebaõnnestumise riskist turvalisse tööpiirkonda.

Läveetingimused ja riski tuvastamine
Ühtset universaalset läveei ei ole, kuid kasulikke juhiseid eksisteerib. Austeniitsete sortide 304 ja 316 puhul tõuseb CSCC-oht järsult üle umbes 60 kraadi Celsiuse juures, kui kohal on nii kloriidid kui ka tõmbetugevus; madalamal temperatuuril kasutatakse neid sorte tavaliselt kloriidsisaldustega keskkonnas vastuvõetava usaldusväärsusega. Üks tuntud erijuhtum on isolatsiooni all toimuv korrosioon, kus vihmavesi, mis kannab kaasa kloriide, niisutab soojade torude isolatsiooni, aurustub ja kontsentreerib kloriide metallipinna lähedal mitmekordselt suuremaks kui nende keskmine kontsentratsioon, põhjustades pragusid torudes, mille protsessi keemia üksi julgustaks pidada ohutuks. Nende tingimuste – kõrgem temperatuur, isolatsioon, pragud, aurustumisel toimuv kontsentreerumine ja keeveldusjärel tekkinud pinged – tuvastamine on esimene samm katkete ennetamiseks.

Ennetusstrateegiad
Tõhus ennetus mõjutab ühte või mitut mehhanismi etappi. Kõige usaldusväärsem meetod on sorti täiustamine: 316L asendamine 2205-ga või 2507-ga eemaldab metallurgilise tundlikkuse, mitte ainult keskkonna juhtimine, ja see on standardlahendus kuumadele kloriidkoormustele. Kui sort on fikseeritud, aitab pingete vähendamine: pärast keevitust teostatav lahustussoojendus või pingeteta tegemise töötlemine vähendab jääkpingeid ning konstruktsioonimuudatused, mis vältivad pingekontsentratsioone, vähendavad liikumisjõudu. Kolmas tee on keskkonna kontroll: pinnale jäävate kloriidide hulga piiramine, kloriidide kogunemiskohtade – näiteks põhjuste ja liikumatute tsoonide – likvideerimine, veekindlate isoleerimissüsteemide ja kattematerjalide valik ning temperatuuri hoidmine allpool tundlikkuse lävepiiri, kui see on võimalik. Ka valmistamise detailid on olulised, sest sissepesitsetud raud, keevituspritsmed ja ebakorrapärased pinnad loovad alguspunkte; passiivne kile taastatakse ja vaba raud eemaldatakse pärast valmistamist passiivimis- ja hapendusprotsessiga, muidu teeks see sügavduste ja pragude teket alguseks. Positiivse materjali identifitseerimise, keemilise koostise ning mehaaniliste ja korrosioonitestide abil kontrollitakse tarnitud materjali, et veenduda, et paigaldatud toru on tegelikult soovitud vastupidavusega sort. Kui kombinereerida õige sort, kontrollitud pinge ja juhitav keskkond, muutub CSCC ebaseadusliku ohtudest hästi mõistetavaks ja vältitavaks rikkeks.

Tavaliselt esinevad küsimused
K: Millal muutub 316L tundlikuks kloriidi tingitud pinge korrosioonile?
S: Oht suureneb järsult umbes 60 kraadi Celsiuse üle, kui kloriidid ja pinge on mõlemad olemas; sellest madalamal kasutatakse austeniitseid sortisid laialdaselt kloriidi keskkonnas.
K: Miks takistab dupleksklaas kloriidi tingitud pragunemist paremini kui 316L?
S: Selle mikrostruktuur koosneb umbes poolest ferriidist, mis on loomupäraselt vastupidav kloriidi tingitud pragunemisele ning katkestab pideva austeniitse tee, mille kaudu pragud 316L-s levivad.

Kas teie torusüsteem on kloriidi tingitud pinge korrosiooni ohu all? Tõstke oma torusüsteemi dupleks- või superdupleks torudele Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/