תסיסה בחריצים בפלדת אל חלד: סיבות, בחירת דרגה ומניעת תכנון

תהליך הקורוזיה בפצעים הוא התקפה מקומית בתוך שברים סגורים מדי כדי לאפשר את ריענון החמצן, והוא בדרך כלל מתחיל ברמת כלורידים נמוכה יותר ובטמפרטורה נמוכה יותר מאשר קורוזיה על פני שטח פתוח. ההגנה הטובה ביותר שלכם דורשת שילוב של דרגת פלדה עם אחוז מולייבדן גבוה יותר ועיצוב ללא פצעים: בחרו את הדרגה 316L במקום 304L בשירות קל של כלורידים, עלו לפלדת דו-פазית 2205 או דו-פازית על-מעולה 2507 בסביבת מים מלוחים או מלחים, ותוכננו כך שלא ייווצרו שברים צרים מתחת לחצמי איטום, משקעים ושכבות זיהום שבהן סרט הניקיון האינертיאלי אינו מסוגל לשקם עצמו. בכל מערכת המכילה כלורידים, הבחירה המשולבת של הסוג המетאלי והגאומטריה תמנע כשלים רבים יותר מאשר בחירת הסוג המטאלי לבדו.

המנגנון: מחסור בחמצן וחומציות
נירוסטה מתנגדת קורוזיה מכיוון שפילם חמצוני פסיבי דק עשיר בכרום מתחדש תמיד במקום בו יש חמצן. בתוך סדק האספקה שלו נחתכת. הפתוחה מתנהגת כמו תא מיקרוסקופי סטגננטי: החמצן הנלכד שם נצרך כדי לשמור על הסרט הפסיבי ולא ניתן להחליפו באמצעות דיפוזיה מהנוזל הסICY. המתכת בתוך הסדק הופכת אנודית יחסית למשטח הגלוי החופשי מחוץ לסדק, אשר נשאר קתודי ועשיר בחמצן.

ככל שהמתכת מתמוססת בתוך החריץ, יוני מתכת חיוביים נצטברים ויוני כלור migrate פנימה כדי לאזן את המטען. כלורי המתכות הללו עוברים הידרוליזה ויוצרים חומצה כלורית, מה שמביא לירידה ב-pH המקומי לטווח של 1–2, גם כאשר הפתרון הכללי נמצא קרוב לנייטרלי. האזור המוחמצת והעשיר בכלור הזה מפריע ליצירת השכבה ההגנתית ומעודד את ההתנגדות באופן מחזורי עצמאי. התוצאה היא חדירה עמוקה, לעתים קרובות חבוייה, מתחת לחלק שנראה נקי מבחוץ, ולכן קורוזיה בחריצים היא אחת הסיבות המובילות לקפיצות בלתי צפויות בחלקים מחוברים באמצעות ציריות ומיסבים.

CCT לעומת CPT: למה חריצים מורידים את הסף
שני מדדי מעבדה מדריכים את בחירת הדרגה. טמפרטורת החור החרجة (CPT) היא הטמפרטורה שמעליה מתחילת חורים על פני שטח פתוח בבדיקה הסטנדרטית של כלוריד ברזל לפי ASTM G48. טמפרטורת הקרס החריגה (CCT) היא אותו סף, אך עם פורם קרסי מוגדר המוחזק על הדגימה. עבור סגסוגת נתונה, ה-CCT תמיד נמוכה בהרבה מה-CPT, בדרך כלל ב-15–25 מעלות צלזיוס. במילים פשוטות, קרס מאפשר להחליק תהליכי קורוזיה בתנאים שבהם אותה סגסוגת הייתה עמידה על פני שטח חשוף.

הדירוג שמאחורי זה מבוסס על מספר התנגדות לחורים (PREN), המחושב כך: PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. מוליבדנום וחנקן מגבילים את ההתנגדות באופן חד, ולכן רמת המוליבדנום היא המנוף הפרקטי לשירות שבו יש סיכון לקרסים. יש לתייחס לערכים מפורסמים של CPT כאל אופטימיסטיים למקרים של ציוד עם איטמים או מזוהם, ומומלץ להשתמש במידע מסוג CCT ככל שניתן להשיגו.

מהיכן באים הקרסים
סדקיות נוצרות לעיתים רחוקות בכוונה. המקורות הנפוצים שלהן הם פנים של חתיכות איטום וטבעות O, חיבורים מושראים, טבעות תמיכה וחוסר חדירה מלאה של הלחיצה, פערים בין צינור ללוח הצינורות, חיבורי חפיפה, והצד התחתון של מחזיקים, תומכות ותומכי צינורות. באותה מידה מזיקות סדקיות שנוצרות במהלך הפעלה: שכבות סלע ומשקעים מינרליים, סרטים ביולוגיים וצמיחה ימית, ומשקעים מוצקים באזורים עם זרימה נמוכה או ענפים מתים. התקפה מתחת למשקע או מתחת לצמיחה מתנהגת בדיוק כמו סדקית ידועה, מרוכזת כלורידים וגורמת לחוסר חמצן על פני המתכת מתחת למשקע.

גם שאריות ייצור נחשבות למקור. חלקיקים של ברזל המוזרמים מכלי פלדת פחמן, נקודות רוטב מהلحיצה, ושכבה צבעונית שנשארת לאחר הלחיצה – כולן נותנות לתקיעות מקום להתחיל. טיהור ופסיבציה לאחר הייצור מסירים את הברזל החופשי ומוחזרים שכבת פסיביות אחידה, מה שמעלים באופן מדיד את התנגדות הסדקיות בעולם האמיתי.

בחירת דרגה לפי תוכן המוליבדן
המסלול הבהיר ביותר ליציבות גבוהה יותר בפני קורוזיה בחריצים הוא הוספת מוליבדנום, בתמיכת חנקן בדרגות הדופלקס. בטבלה שלהלן מוצגים ערכים מוערכים של טמפרטורת נקודת הקורוזיה (CPT) על פני שטח פתוח ודירוג איכותני של הסיכון לקורוזיה בחריצים כדי לסייע בבחירת החומר; יש לקרוא אותם כהנחיות השוותיות בלבד, ולא כתחלות לעיצוב עבור נוזל מסוים.

למצב סביבתי ומים נמוכי כלורידים, 304L מתאימה בדרך כלל. עם כניסת כלורידים, חום או צמתים מוגaskets, 316L היא הבחירה ההגיונית המינימלית ו-317L מהווה שדרוג קל. עבור מים ימיים, מים מיוצרים, תמיסות בלק או מלח, הדפלקס 2205 והסופר דפלקס 2507 מספקים את השוליים שלא ניתנים להשגה בדרגות האוסטניטיות. ונקיאנג מספקת את כל אלה בצורת צינורות רציפים ומלוחצים, בהתאם לתקנים ASTM A312, A213, A269, A790 ו-A928, עם תעודות בדיקת חומר לפי EN 10204 3.1 או 3.2, ואימות PREN זמין upon request.

עיצוב למניעת סדקים
שדרוגי סגסוגת הולכים לאיבוד אם הגאומטריה עדיין תורמת לזרימה עצבנית, ולכן התנהגות טובה מתחילה בשלב התכנון. העדיפו חיבורים מלאים של צלעות (full-penetration butt welds) על פני חיבורי פלנגות עם אטמים וחיבורי חפיפה (lap joints) ככל האפשר, דרשו את השיפוץ החלק של החיבורים, והימנעו מחישוקי תמיכה (backing rings) שיוצרים פער בשורש החיבור. אטמו או חברו בהלחמה רציפה את הצד התחתון של התמיכות והחיבורים במקום להשאיר פערים חלקיים מחוברים רק בנקודות (tack-welded lap crevices). ציינו אטמים ואורות-טבעת (O-rings) שיכולים לשבת באופן מלא, והשתמשו בפניות איטום שמתמודדות טוב עם פערים.

מצד הפעלה, שמרו על זרימה גבוהה כדי למנוע שקיעה, הסירו קטעי צינור מתים (dead legs), ותוכננו את המערכת כך שתתרוקן לחלוטין, כדי שלא יתרכזו כלורידים במהלך עצירות. ניקוי שמוביל להסרת קרום סלע (scale) וקרום ביולוגי (biofilm) מפריע למתקפה מתחת לקרום, וביצוע בדיקות שגרתיות בפניות פלנגות, קצות צינורות ונקודות מגע עם תמיכות מאפשר לזהות כתמים ראשוניים לפני שהם גורמים לקולב.

מסקנות פרקטיות
תהליך הקורוזיה בחריצים הוא צפוי וניתן למניעה. זכרו שחריצים, שקעים וצמיגות יוצרים תאים חסרי חמצן ומוחמצים שתקפו מתחת לטמפרטורת המרבית המותרת על פני השטח הפתוח. דרגו את סגסוגות המועמדות לפי כמות המוליבדנום וה- PREN שלהן, השתמשו במידע בסגנון CCT במקום רק ב-CPT עבור רכיבי איטום, ותוכננו את המפרקים והתומכים כך שייפתחו את הנוזל ולא יאחזו אותו. הדרגה הנכונה, עיצוב ללא חריצים ופסיבציה מתאימה לאחר הרכבה יחד יספקו צינורות נירוסטה שיעמדו עשרות שנים בשירות עם כלורידים.

שאלות נפוצות
ש: למה קורוזיה בחריצים מתחילה בטמפרטורה נמוכה יותר מאשר קורוזיה בצקיק?
ת: חריץ מבודד את החמצן הדרוש לשקם את הסרט הפסיבי ומאפשר לחומרים כמו כלורידים וחומציות להתמקד בתוך החריץ, ולכן ההתקפה מתחילה בתנאים מתונים יותר מאשר קורוזיה על פני שטח פתוח, כפי שמופיע בטמפרטורת החריץ הקריטית שהיא נמוכה בהרבה מטמפרטורת הצקיק הקריטית.
ש: האם 316L מספיק כדי לעצור קורוזיה בחריצים במימי ים?
א: בדרך כלל לא. 316L, שמכיל כ-2.1% מוליבדנום, נוטה לתקיפה בפינות סגורות במים ימיים חמים ובתנאי איטום או תוספות; דו-פלקסי 2205 או דו-פלקסי מתקדם 2507 מספקים את הערך המינימלי הנדרש של מוליבדנום וחנקן לשירות מהימן במים ימיים.

דברו עם ונציאנג על בחירת דרגות עמידות לפגימות בפינות ועל עיצוב צינורות ללא פגימות בפינות: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/