Chlorido įtempimo korozinio skilimo reiškinys: kodėl 316L skilinėja, o dvifazės plienai atsparūs

Chlorido stresinė korozinė skilimo reišmė (CSCC) įvyksta, kai susiklosto trys sąlygos: nuolatinė tempiamoji įranga, chloridai ir temperatūra virš maždaug 60 laipsnių Celsijaus. Šiomis sąlygomis standartiniai austenitiniai plienai, pvz., 304L ir 316L, gali staiga ir katastrofiškai suskilti, net jei paviršius rodo tik nedidelę bendrą koroziją, tuo tarpu dvifaziai plienai, pvz., 2205 ir 2507, bei visiškai feritiniai nerūdijantys plienai yra daug atsparesni skilimui. Pagrindinis veiksnys – mikrostruktūra: 316L nuolatinė austenitinė fazė yra intriziškai pažeidžiama, o dvifazė dvifazio plieno struktūra nutraukia skilimo plitimą.

Trišakė mechanizmo schema
CSCC dažnai apibūdinama kaip tris kojas turintis kėdė, ir pašalinus bet kurią iš jų, įtrūkimai neatsiranda. Pirmoji koja – tempimo įtempis, kuris gali būti sukeltas naudojimo apkrova arba, dažniausiai, likutinis įtempis, įsitraukęs dėl suvirinimo, šalto lenkimo ar formavimo; šalia suvirinimo esantys likutiniai įtempiai be jokios išorinės apkrovos gali artėti prie medžiagos takumo ribos. Antroji koja – chloridų turinti aplinka, o šio slenksčio reikšmė gali būti netikėtai maža, nes chloridai koncentruojasi po nuosėdomis, plyšiuose ir izoliacija, kai vanduo garuojasi. Trečioji koja – temperatūra; pažeidžiamumas staigiai didėja virš maždaug 60 laipsnių Celsijaus, todėl karštos vamzdynų sistemos, garu užšildomos linijos ir šilumine izoliacija aptraukta įranga yra tipiški gedimų vietos. Kai visi trys veiksniai yra vienu metu, įtrūkimai prasideda nuo duobučių ar paviršiaus defektų ir plinta kaip smulkūs, šakojantys, dažnai tarpgrandiniai tinklai, kurie per kelias savaites gali prasiskverbti per sienelę. Kadangi paviršius paprastai beveik nepasireiškia bendru korozijos poveikiu, CSCC dažnai neįspėja apie galimą pervertinimą ar staigų plyšimą, kol neatsiranda per sienelę prasiskverbusi nuotėkė ar staigus plyšimas, todėl ji yra tokia pavojinga esant slėgio sąlygoms.

Kodėl austenitinės rūšys yra pažeidžiamos
304L ir 316L pažeidžiamumas kyla iš jų visiškai austenitinės, centruotos kubo struktūros bei nikelio kiekio (apytiksliai 8–12 procentų). Patirtis ir laboratoriniai duomenys rodo, kad austenitiniai nerūdijantys plienai yra labiausiai pažeidžiami CSCC būtent šiame tarpiniame nikelio kiekyje, kai pasyvioji plėvelė vietomis suskyla ir įtrūkis randą nepertrauktą austenitinę kelią, kuriuo gali plisti. Kadangi čia yra viena nuolatinė fazė, įtrūkis, prasidėjęs viename taške, neturi jokios metalurginės kliūties, kuri sulėtintų jo plitimą, todėl gedimai dažnai įvyksta staiga ir beveik nepateikia įspėjamųjų požymių. Molibdenas, kaip 316L sudėtyje, pagerina atsparumą duobutėms ir šiek tiek vėlina įtrūkių pradžią, tačiau jis nekeičia pagrindinės austenitinės pažeidžiamybės – todėl 316L vis dar įtrūksta šiltuose chloridų aplinkose.

Lentelė: Santykinis CSCC elgesys

Kodėl dvifaziai plienai atsparūs
Dviejų fazių nerūdijančiosios plieno rūšys atsparios chloridų sukeltai šiluminės įtempimo korozijai (CSCC), nes maždaug pusė jų struktūros sudaryta iš ferito, kuris turi kubo formos gardelę su atomu centre ir iš esmės yra žymiai atsparesnis chloridų sukeltam skilimui nei austenitas. Dviejų fazių mikrostruktūroje įtrūkis, prasidedantis austenito saloje, greitai pasiekia ferito grūdelį, kuris sustabdo arba nukreipia įtrūkį, todėl tolygaus skilimo kelias, kuris lemia 316L gedimą, tiesiog neegzistuoja. Dviejų fazių plieno rūšys taip pat turi mažesnį niklio, bet didesnį chromo ir molibdeno kiekį, dėl ko susidaro stabilesnė pasyvi plėvelė. Praktinis rezultatas – reikšmingas temperatūros ir chloridų koncentracijos padidėjimas, kuriuos galima leisti prieš prasidedant skilimui: tuo metu, kai 316L gali būti naudojamas tik nedidelėms temperatūroms chloridų aplinkoje, 2205 ir 2507 leidžia saugiai veikti žymiai aukštesnėmis temperatūromis, todėl jie yra standartinis naujinimas karštam jūros vandeniui, šulčiam vandeniui ir technologinėms linijoms su chloridais. Dviejų fazių plieno atsparumas nėra begalinis; labai aukštose temperatūrose ir chloridų koncentracijose net dviejų fazių rūšys galiausiai gali suskilti, tačiau šis ribos taškas pakyla dešimtis laipsnių, dažniausiai užtenka, kad taikymas būtų perkeltas iš nuolatinio gedimo rizikos zonos į saugaus veikimo ribas.

Slankstymo sąlygos ir rizikos atpažinimas
Nėra vienos universaliai taikomos slankstymo ribos, tačiau yra naudingų nurodymų. Austenitinėms 304 ir 316 lyginėms medžiagoms CSCC rizika staigiai didėja virš maždaug 60 laipsnių Celsijaus, kai vienu metu yra chloridų ir tempimo įtempimų; žemesnėse temperatūrose šios lyginės medžiagos dažnai naudojamos chloridų aplinkoje su priimtina patikimumo laipsniu. Žinoma ypatinga atvejis – korozija po izoliacija: lietaus vanduo, nešantis chloridus, prasiskverbia į šiltų vamzdžių izoliaciją, išgaruoja ir koncentruoja chloridus kelis kartus virš bendros koncentracijos ties metalo paviršiumi, todėl suskyla linijos, kurias vien tik technologinės medžiagų sudėties duomenys laikytų saugioms. Šių sąlygų – karštų paviršių, izoliacijos, plyšių, garavimo būdu koncentruojamų medžiagų ir likutinio suvirinimo įtempimo – atpažinimas yra pirmasis žingsnis link verslo nutraukimo prevencijos.

Prevencijos strategijos
Veiksminga prevencija veikia vieną ar daugiau mechanizmo etapų. Patikimiausias būdas – tai lygio pakėlimas: pakeitus 316L į 2205 arba 2507 pašalinama metalurginė jautrumo priežastis, o ne tik valdoma aplinka; tai yra standartinis sprendimas karštos chloridų aplinkos sąlygomis. Kai naudojamojo plieno lygis negali būti pakeistas, padeda sumažinti tempimo įtempį: po suvirinimo tirpimo kaitinimas arba įtempio nušalinimo apdorojimas sumažina likutinius įtempius, o konstrukcijos pakeitimai, kurie išvengia įtempio koncentracijos vietų, mažina varomąją jėgą. Trečiasis būdas – aplinkos kontrolė: palaikyti paviršiaus chloridų kiekį žemą, pašalinti plyšius ir nejudančias zonas, kuriose chloridai kaupiasi, pasirinkti izoliacijos sistemas ir dengtukus, kurie nubloškia vandenį, bei laikyti temperatūrą žemiau jautrumo slenksčio, jei tai įmanoma. Taip pat svarbūs gamybos detalės, nes įstrigę geležies dalelės, suvirinimo šliužai ir grublėtas paviršius sukuria pradinius defektų susidarymo taškus; pasyvinimas ir rūgštinis valymas po gamybos atkuria švarų, vienodą pasyvią plėvelę ir pašalina laisvąją geležį, kuri kitaip sukeltų duobuotą koroziją ir įtrūkimus. Teigiamos medžiagos identifikavimo, cheminės sudėties, mechaninių ir korozinės bandymų procedūros patvirtina, kad sumontuoti vamzdžiai tikrai atitinka nurodytą atsparųjį lygį. Su deramu lygiu, kontroliuojamu įtempiu ir tvarkoma aplinka CSCC (chloridų sukelta šiluminė korozinė įtrūkimų deformacija) iš netikėtos grėsmės virsta gerai suprantama ir išvengiama gedimo rūšimi.

Dažniausiai užduodami klausimai
K: Prie kokios temperatūros 316L tampa pažeidžiama chloridų SCC?
A: Rizika staigiai didėja virš maždaug 60 laipsnių Celsijaus, kai vienu metu yra chloridų ir tempimo įtempimų; žemiau šios temperatūros austenitinės rūšys plačiai naudojamos chloridų aplinkoje.
K: Kodėl dvifazė (duplex) atspariau skilimui nei 316L?
A: Jos mikrostruktūra sudaryta maždaug iš pusės ferito, kuris intriziškai atsparus chloridų skilimui ir nutraukia nuolatinę austenitinę kelią, leidžiančią įtrūkimams plisti 316L.

Susidurėte su chloridų tempimo korozijos rizika? Atnaujinkite į dvifazį (duplex) arba superdvifazį (super duplex) vamzdį iš „Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.“. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/