Šiluminė korozija nerūdijančiojo plieno medžiagoje: priežastys, lygių parinkimas ir konstrukciniai prevencijos būdai

Šiluminė korozija – tai lokalizuota ataka uždarose plyšyse, kuriose nepakanka deguonies papildymo; ji dažniausiai prasideda žemesniame chloridų kiekyje ir žemesnėje temperatūroje nei duobutės korozija atvirame paviršiuje. Geriausia apsauga – aukštesnio molibdeno turinčios medžiagos naudojimas kartu su šilumų neturinčia konstrukcija: švelniuose chloridų sąlygose vietoj 304L pasirinkite 316L, jūros vandenyje ar druskingame vandenyje – dvigubą 2205 arba superdvigubą 2507, o taip pat suprojektuokite taip, kad nebūtų siaurų plyšių po sandarinimo tarpikliais, nuosėdomis ir užteršimais, kuriose neįmanoma atstatyti pasyviosios plėvelės. Bet kurioje chloridų turinčioje sistemoje kartu nurodant lygį ir geometriją išvengiama daugiau gedimų nei vien tik tinkamo lygio pasirinkimas.

Mechanizmas: deguonies trūkumas ir rūgštėjimas
Nerūdijantis plienas atsparus korozijai, nes plonas, chromo turtingas pasyvus oksidinis plėvelės sluoksnis nuolat atsinaujina visose vietose, kur yra deguonies. Į plyšį patekusi deguonies tiekimo galimybė nutrunka. Šis tarpas veikia kaip nejudantis mikroelementas: deguonis, įstrigęs jo viduje, sunaudojamas palaikant pasyvią plėvelę ir negali būti papildytas difuzijos būdu iš aplinkinės skysčio masės. Metalas plyšyje tampa anodiniu lyginant su laisvai eksponuota paviršiaus dalimi išorėje, kuri lieka katodine ir gerai aprūpinta deguonimi.

Kai metalas tirpsta plyšyje, teigiamieji metalo jonai kaupiasi, o chlorido jonai migruoja į vidų, kad išlygintų krūvį. Šie metalo chloridai hidrolizuojasi, gamindami druskos rūgštį ir sumažindami vietinį pH iki 1–2, net kai bendrojo skysčio pH yra arti neutralaus. Ši rūgštinė, chloridais turtinga aplinka sunaikina pasyvumą ir palaiko puolimą savireguliuojančiu ciklu. Rezultatas – gilus, dažnai paslėptas įsiskverbimas po dalimi, kuri iš išorės atrodo švari, todėl plyšių korozija yra viena pagrindinių netikėtų perverimų priežasčių sujungtuose flanšuotuose ir tarpinėmis jungtyse.

CCT prieš CPT: Kodėl plyšiai žemina slenkstį
Dvi laboratorinės charakteristikos nukreipia į vertinimą. Kritinė įbrėžimo temperatūra (CPT) – tai temperatūra, virš kurios prasideda įbrėžimai atvirame paviršiuje standartinio geležies chlorido bandyme pagal ASTM G48. Kritinė plyšio temperatūra (CCT) – tai ta pati riba, tačiau su apibrėžtu plyšio sukėlėju, pritvirtintu prie bandinio. Tam tikram lydinys CCT visada žymiai žemesnė už CPT, dažniausiai 15–25 laipsnių Celsijaus. Paprasčiausiai tariant, plyšys leidžia korozijai prasidėti sąlygomis, kurioms tas pats lydinys būtų atsparus atvirame paviršiuje.

Šis rikiavimas grindžiamas įbrėžimų atsparumo ekvivalentiniu skaičiumi (PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N). Molibdenas ir azotas ryškiai padidina atsparumą, todėl praktiškai molibdeno kiekis yra pagrindinis veiksnys, kai naudojama aplinkoje, kurioje gali susidaryti plyšiai. Paskelbtas CPT reikšmes reikėtų laikyti pernelyg optimistiškomis sandarinamųjų ar užterštų įrenginių atveju, o visur, kur įmanoma, reikėtų remtis CCT tipo duomenimis.

Kaip atsiranda plyšiai
Švaros retai būna sąmoningai sukurtos. Paprastai jos atsiranda dėl sandarinančiųjų žiedų ir O-žiedų pasodinimo paviršių, sriegtinių jungčių, atraminės žiedų ir nepilnai suvirintų siūlių, vamzdžių ir vamzdynų plokštumų tarpų, persidengiančių jungčių bei spaustukų, laikiklių ir vamzdynų atramų apačioje. Taip pat labai žalingos yra eksploatacijos metu susidarančios švaros: skalės ir mineralų nuosėdos, bioplėvelės ir jūros užteršimas bei nusėdę kietieji dalelės mažo debito ar „numirusiuose“ vamzdynų ruožuose. Po nuosėdų ir po užteršimo korozija veikia tiksliai taip pat kaip dirbtinė švara, koncentruodama chloridus ir apriboydama deguonies patekimą į metalą po nuosėdomis.

Taip pat reikšmės turi gamybos likučiai. Geležies dalelės, perneštos nuo anglies plieno įrankių, suvirinimo iššokėliai ir po suvirinimo likę šiluminiai pajuodinimai suteikia korozijai pradžios tašką. Po gamybos atliekamas rūgštinis valymas ir pasyvinimas, kurie pašalina laisvąją geležį ir atkuria vienodą pasyviąją sluoksnį, o tai matomai padidina realiojo pasaulio švarų atsparumą.

Plienų rūšių parinkimas pagal molibdeno kiekį
Aiškiausias kelias į didesnį plyšių atsparumą – daugiau molibdeno, kurį dvigubojo struktūros (duplex) lygiuose papildo azotas. Žemiau pateiktoje lentelėje nurodytos apytikslės atvirų paviršių CPT vertės ir kokybinė plyšių rizikos įvertinimo skalė, padedanti pasirinkti tinkamiausią medžiagą; šios vertės turi būti suprantamos kaip palyginamasis orientyras, o ne kaip konkrečios skysčio projektavimo ribos.

Aplinkos temperatūroje esančiam mažo chlorido kiekio vandeniui dažniausiai tinka 304L. Kai atsiranda chloridai, šiluma arba sandarinamos jungtys, racionalus pradinis pasirinkimas yra 316L, o 317L – nedidelė žingsnio į priekį alternatyva. Jūros vandeniui, išgautam vandeniui bei balinimo tirpalų ar druskos tirpalų grandinėms duplex 2205 ir super duplex 2507 suteikia atsparumo rezervą, kurio negali užtikrinti austenitiniai lyginiai. „Wenqiang“ tiekia visus šiuos lyginius be siūlės ir su siūle pagal ASTM A312, A213, A269, A790 ir A928 standartus, kartu pateikdama EN 10204 3.1 arba 3.2 medžiagos bandomųjų sertifikatus ir PREN patvirtinimą – jį galima užsakyti papildomai.

Projektuoti taip, kad būtų išvengta plyšių
Lydiniai patobulinimai lieka nepanaudoti, jei geometrija vis dar sukuria vietą stovinčiai skysčiui, todėl geriausios praktikos prasideda piešimo lentelėje. Ten, kur įmanoma, teikiamas pirmenybė visiškos penetracijos siūlėms vietoj tarpinėmis sandarinamų flančų ir persidengiančių jungčių, siūlės išlyginamos šlifuojant, o atsarginiai žiedai, paliekantys šaknies tarpą, vengiami. Vietoje laikinai suvirintų persidengiančių plyšių, atraminės konstrukcijos ir prietaisai sandarinami arba nuolat suvirinami iš apačios. Nurodomos tarpinės ir O-žiedai, kurie pilnai įsitvirtina, taip pat naudojamos plyšiams atsparios sandarinimo paviršiai.

Eksploatuojant sistemą, srautas palaikomas aukštame lygyje, kad būtų išvengta nuosėdų susidarymo, pašalinami „numirę“ vamzdžių šakos ir projektuojama visiškai išsivėžti, kad chloridai negalėtų koncentruotis sustabdymo metu. Nuosėdų ir bioplėvelės šalinimas valymo metu nutraukia koroziją po nuosėdomis, o reguliarus flančų paviršių, vamzdelių galų ir atramų kontaktų tikrinimas leidžia laiku pastebėti pradinius dėmėjimus prieš jų perveriantį poveikį. Tais atvejais, kai plyšio išvengti tikrai neįmanoma, kompensuojama perkeliama į aukštesnę molibdeno klasės kategoriją.

Praktiniai išvados
Šiluminė korozija yra numanoma ir išvengiama. Prisiminkite, kad plyšiai, nuosėdos ir užterštumas sukuria rūgštinę, deguonies neturinčią aplinką, kuri puola žemiau atviros paviršiaus temperatūros ribų. Įvertinkite potencialias lydinių rūšis pagal molibdeno kiekį ir PREN reikšmę, naudokite CCT tipo duomenis vietoj vien tik CPT duomenų sandarinėms detalėms ir projektuokite jungtis bei atramas taip, kad skysčiai būtų nuslinkę, o ne kaupiamasi. Tinkama lydinio rūšis, beplyšių konstrukcija ir tinkama po gamybos pasyvinimo procedūra kartu užtikrina nerūdijančiosios plieno vamzdynų ilgaamžiškumą šlapioje aplinkoje, kurioje yra chloridų.

Dažniausiai užduodami klausimai
K: Kodėl šiluminė korozija prasideda žemesnėje temperatūroje nei duobutinė korozija?
A: Šiluminė korozija atsiranda dėl to, kad plyšys apriboja deguonies tiekimą, kuris būtinas pasyviojo plėvelės atstatymui, o chloridai ir rūgštis susikaupia plyšyje, todėl korozinis poveikis prasideda palankesniomis sąlygomis nei atviros paviršiaus duobutinė korozija, kas atsispindi kritinėje šiluminės korozijos temperatūroje, kuri yra žymiai žemesnė už kritinę duobutinės korozijos temperatūrą.
K: Ar 316L pakanka, kad būtų sustabdyta šiluminė korozija jūros vandenyje?
A: Paprastai ne. Turėdama apie 2,1 % molibdeno, 316L yra linkusi į plyšių koroziją šiltoje jūros vandenyje bei po sandarinimais ar nuosėdomis; dvigubosios struktūros 2205 arba superdvigubosios struktūros 2507 lyginimo medžiagos užtikrina reikiamą molibdeno ir azoto kiekį patikimam naudojimui jūros vandenyje.

Susisiekite su Wenqiang dėl plyšiams atsparių lyginimo medžiagų parinkimo ir plyšiams neturinčių vamzdynų projektavimo: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/