Kloridipitoisen jännityskorroosion halkeilu: miksi 316L halkeaa ja duplex-teräs kestää

Klooriainepitoisen jännityskorroosion halkeamia, eli CSCC:tä, esiintyy, kun kolme ehtoa toteutuvat yhtä aikaa: jatkuva vetojännitys, kloorit ja lämpötila noin 60 astetta Celsius-asteikolla yläpuolella. Nämä olosuhteet voivat aiheuttaa standardien austeniittisten laadun 304L ja 316L äkillisen ja katastrofaalisen halkeamisen, vaikka pinnalla ei olisi juurikaan yleistä korroosiota. Sen sijaan duplex-laatujen, kuten 2205 ja 2507, sekä täysin ferritiittisten ruostumattomien terästen vastustuskyky halkeamille on huomattavasti parempi. Hallitseva tekijä on mikrorakenne: 316L:n jatkuva austeniittifasi on perinteisesti altis tälle ilmiölle, kun taas kahden vaiheen muodostama duplex-rakenne estää halkeamien etenemistä.

Kolmijalkainen mekanismi
CSCC:tä kuvataan usein kolmijalkaisena tuolena, ja mikä tahansa jalasta poistettuna estää halkeamien syntymisen. Ensimmäinen jalka on vetovoiman aiheuttama jännitys, joka voi johtua joko käyttökuormasta tai yleisemmin hitsauksesta, kylmämuovauksesta tai muovauksesta syntyvästä jäännösjännityksestä; hitsausalueen läheisyydessä olevat jäännösjännitykset voivat lähestyä materiaalin myötörajaa ilman mitään ulkoista kuormaa. Toinen jalka on kloridipitoinen ympäristö, ja kynnysarvo voi olla yllättävän alhainen, koska kloridit kertyvät saostumien alle, rakojen sisään ja eristeen alle, kun vesi haihtuu. Kolmas jalka on lämpötila; alttius kasvaa jyrkästi noin 60 asteen Celsius-asteikolla yläpuolella, mikä selittää, miksi kuumat putket, höyrylämmitettyjä putkia ja lämmöneristetyssä tilassa olevat laitteet ovat tyypillisiä vauriokohtia. Kun kaikki kolme tekijää ovat läsnä, halkeamat alkavat pisteistä tai pinnan virheistä ja leviävät ohuina, haarautuvina, usein transgranulaarisina verkostoina, jotka voivat läpäistä seinän viikoissa. Koska pinta ei yleensä näytä melkein lainkaan yleistä korroosiota, CSCC ei useinkaan anna näkyvää varoitusmerkkiä läpikuultavan vuodon tai äkillisen rikkoutumisen esiintymisestä, ja juuri tämä tekee siitä niin vaarallisen painekäytössä.

Miksi austeniittiset laadut ovat alttiita
304L:n ja 316L:n alttius johtuu niiden täysin austeniittisesta, pintakeskisestä kuutiomaisesta rakenteesta ja nikkeli­sisällöstä, joka on noin 8–12 prosenttia. Kokemus ja laboratoriotiedot osoittavat, että austeniittiset ruostumattomat teräkset ovat erityisen alttiita CSCC:lle juuri tällä keskitasoisella nikkeli­sisällöllä, jolloin passiivinen kalvo hajoaa paikallisesti ja halkeama löytää katkeamaton austeniittinen reitti seurattavakseen. Yksifasisen rakenteen vuoksi halkeaman kerran alkaessa metallurgista esteitä sen hidastamiseen ei ole, joten vioittuminen tendenssiä tapahtua nopeasti ja antaa vähän varoituksia. Molybdeeni, kuten 316L:ssä, parantaa pienten reikien kestävyyttä ja viivästää hieman halkeamien syntymistä, mutta se ei muuta perustavanlaatuisen austeniittisen alttiuden luonnetta, mikä selittää, miksi 316L halkeaa edelleen lämpimässä kloridiympäristössä.

Taulukko: Suhteellinen CSCC-käyttäytyminen

Miksi duplex-teräkset ovat kestäviä
Kaksifaasiset ruostumattomat teräkset kestävät kloridien aiheuttamaa stressikorrosiorakentumaa (CSCC), koska niiden rakenteesta noin puolet on ferriittiä, joka on tilakeskuksinen kuutiomainen ja perinteisesti paljon kestävämpi kloridirakentumaa kuin austeniitti. Kaksifaasisessa mikrorakenteessa halkeama, joka alkaa austeniittisaarekkeesta, törmää pian ferriittihyrrään, joka pysäyttää sen tai ohjaa sen pois, joten jatkuva etenemisreitti, joka tuhoaa 316L-teräksen, ei yksinkertaisesti ole olemassa. Kaksifaasisten laadun pienempi nikkeli- ja suurempi kromi- sekä molybdeenipitoisuus tuottavat myös vakuummaan passiivikalvon. Käytännön seuraus on merkittävä hyppäys lämpötilassa ja kloridipitoisuudessa, joissa halkeamia ei vielä esiinny: kun 316L-terästä voidaan käyttää vain kohtalaisissa lämpötiloissa kloridiympäristössä, 2205- ja 2507-teräkset mahdollistavat turvallisen käytön huomattavasti korkeammilla lämpötiloilla, mikä tekee niistä standardipäivityksen kuumalle merivedelle, rannikko- eli brackish-veteen ja kloridiprosessilinjoihin. Kaksifaasisten terästen kestävyys ei ole rajaton; erittäin korkeissa lämpötiloissa ja kloridipitoisuuksissa jopa kaksifaasisteräkset voivat lopulta halkeilla, mutta kynnys on nostettu kymmeniin asteikkoihin, mikä yleensä riittää siirtämään sovelluksen kroonisesta vioittumisvaarasta turvalliselle toiminta-alueelle.

Kynnysolosuhteet ja riskin tunnistaminen
Yhtä yleispätevää kynnystä ei ole, mutta hyödyllisiä suuntaviivoja on olemassa. Austeniittisilla teräksillä 304 ja 316 CSCC:n (kloridien aiheuttama halkeilu) riski nousee voimakkaasti noin 60 asteen Celsiusasteikolla, kun kloridit ja vetojännitys ovat molemmat läsnä; alempiin lämpötiloihin näitä laadukkaita teräksiä käytetään yleisesti kloridiympäristöissä hyväksyttävällä luotettavuudella. Tunnettu erikoistapaus on korroosio eristeen alla, jossa sadevesi, joka kuljettaa klorideja, kostuttaa lämpimän putkistojärjestelmän eristettä, haihtuu ja konsentroi klorideja useita kertoja suuremmaksi pinnan tasolla kuin koko tilavuudessa – tämä aiheuttaa halkeamia putkistoihin, jotka prosessikemiallisesti tarkasteltuina olisivat turvallisia. Näiden olosuhteiden – kuumien pintojen, eristeen, rakojen, haihtumalla tapahtuvan konsentroitumisen ja jäljelle jäävän hitsausjännityksen – tunnistaminen on ensimmäinen askel vaurioiden ehkäisemiseksi.

Ennaltapääkevät strategiat
Tehokas estotoimi vaikuttaa yhteen tai useampaan mekanismin osaan. Luotettavin toimi on laadun parantaminen: 316L-teräksen korvaaminen 2205- tai 2507-teräksellä poistaa metallurgisen alttiuden ympäristön hallinnan sijaan, ja se on standardiratkaisu kuumille kloridikuormituksille. Silloin, kun laatu on kiinteä, jännityksen pienentäminen auttaa: hitsauksen jälkeinen liuotuslämmitys tai jännitysten poistohoito alentaa jäännösjännitystä, ja suunnittelumuutokset, jotka välttävät jännityskeskittymiä, vähentävät ajavan voiman vaikutusta. Ympäristön hallinta on kolmas tie: pinnan kloridipitoisuuden pitäminen alhaisena, kloridien kertymiskohtien, kuten rakojen ja virtauksettomien alueiden, poistaminen, veden poistoon soveltuvien eristysjärjestelmien ja pinnoitteiden valinta sekä lämpötilan pitäminen alttiuden kynnystasoa alempana, jos mahdollista. Valmistustekniset yksityiskohdat ovat myös tärkeitä, koska upotettu rauta, hitsauspurskeet ja karkeat pinnat luovat aloituskohtia; passivoiminen ja happokäsittely valmistuksen jälkeen palauttavat puhtaan ja yhtenäisen passiivikalvon sekä poistavat vapaan raudan, joka muuten aiheuttaisi pientä kulumaa ja halkeamia. Toimitetun materiaalin varmistaminen positiivisella materiaalitunnistuksella, kemiallisilla ja mekaanisilla sekä korroosiotesteillä vahvistaa, että asennettu putki on todella määriteltyä korroosionkestävää laatua. Yhdistämällä oikea laatu, hallittu jännitys ja hallittu ympäristö CSCC muuttuu ennakoitavasta vaarasta hyvin tunnettuun ja vältettävissä olevaan vikaantumismuotoon.

Usein kysytyt kysymykset
K: Millä lämpötilalla 316L on altis kloridien aiheuttamalle jännityskorroosiolle (SCC)?
V: Riski kasvaa voimakkaasti noin 60 asteen celsiusasteikolla yläpuolella, kun klorideja ja vetovoimaa esiintyy samanaikaisesti; alapuolella austeniittiset laadut ovat laajalti käytössä kloridipitoisissa sovelluksissa.
K: Miksi duplex-teräs kestää halkeamia paremmin kuin 316L?
V: Sen mikrorakenne koostuu noin puolestak ferritistä, joka on luonnostaan vastustuskykyinen kloridihalkeamille ja katkaisee jatkuvan austeniittisen rakenteen, joka mahdollistaa halkeamien etenemisen 316L:ssä.

Kohtaako kloridijännityskorroosioriskin? Päivitä putkesi duplex- tai superduplex-putkiksi Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.:stä. Puh. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/