Spraugu korozija nerūsējošajā tēraudā: cēloņi, kvalitātes izvēle un konstrukcijas profilakse

Spraugu korozija ir lokalizēts uzbrukums slēgtās spraugās, kurās nav pietiekami daudz skābekļa, lai to papildinātu, un tā parasti sākas zemākā hlorīdu koncentrācijā un zemākā temperatūrā nekā atklātā virsmā notiekošā punktveida korozija. Jūsu labākā aizsardzība ir augstāka molibdēna saturu nodrošinoša sakausējuma kvalitāte kombinācijā ar spraugu brīvu konstrukciju: mierīgos hlorīdu apstākļos izvēlieties 316L vietoj 304L, jūras ūdenī vai sālsūdenī pārejiet uz divfāžu sakausējumu 2205 vai superdivfāžu sakausējumu 2507 un novērsiet ciešās spraugas zem blīvēm, nogulsnēm un piesārņojumiem, kur pasīvā kārtiņa nevar pašreparēties. Jebkurā hlorīdus saturošā sistēmā gan sakausējuma, gan ģeometrijas specifikācija kopā novērsīs daudz vairāk bojājumu nekā vienīgi sakausējuma izvēle.

Mehānisms: skābekļa trūkums un skābinošanās
Nerūsējošais tērauds ir korozijai izturīgs, jo tajā veidojas plāns, hroma bagāts pasīvais oksīda kārtiņa, kas pastāvīgi atjaunojas tur, kur ir klāt skālēris. Šaurā spraugā šī skālēris piegāde tiek pārtraukta. Sprauga darbojas kā nekustīga mikrošūna: skālēris, kas tur ir iekļuvis, tiek patērēts pasīvās kārtiņas uzturēšanai un nevar tikt papildināts ar difūziju no apkārtējā šķidruma. Metāls spraugas iekšienē kļūst anodisks salīdzinājumā ar brīvi izvietoto virsmu ārpus spraugas, kas paliek katodiska un labi piesātināta ar skālēri.

Kad metāls šķīst spraugā, pozitīvie metāla joni uzkrājas, un hlorīda joni pārvietojas iekšā, lai izlīdzinātu lādiņu. Šie metāla hlorīdi hidrolizējas, veidojot sālsskābi un samazinot vietējo pH līmeni līdz 1–2, pat ja vispārējā šķidruma pH ir tuvu neitrālam. Šis skābais, hlorīdiem bagātais apgabals iznīcina pasīvās plāksnītes aizsardzību un veicina koroziju pašatbalstītā ciklā. Rezultātā rodas dziļa, bieži slēpta ieeja zem detaļas, kuras ārējā virsma izskatās tīra, un tāpēc spraugu korozija ir viena no galvenajām negaidītu caurumu cēlonēm savienojumos ar flančiem un blīvēm.

CCT pret CPT: Kāpēc spraugas pazemina slieksni
Divi laboratorijas rādītāji nosaka kvalitātes izvēli. Kritiskā caurumveida korozijas temperatūra (CPT) ir temperatūra, virs kuras caurumveida korozija sākas atvērtā virsmā standarta dzelzs hlorīda testā saskaņā ar ASTM G48. Kritiskā spraugas temperatūra (CCT) ir tā pati robežvērtība, bet ar noteiktu spraugas veidotāju, kas piestiprināts pie parauga. Dotam sakausējumam CCT vienmēr ir ievērojami zemāka par CPT, parasti par 15–25 grādiem pēc Celsija. Vienkārši sakot, sprauga ļauj korozijai sākties apstākļos, kurus tas pats sakausējums neuzrādītu uz atklātas virsmas.

Šajā klasifikācijā tiek izmantots caurumveida korozijas pretestības ekvivalents (PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N). Molibdēns un slāpeklis stipri paaugstina pretestību, tāpēc molibdēna saturs ir praktiskais regulēšanas elements lietojumiem, kur pastāv spraugas veidošanās risks. Publicētās CPT vērtības jāuzskata par optimistiskām blīvētai vai piesārņotai aprīkojumam un, ja iespējams, jāizmanto CCT tipa dati.

No kurienes rodas spraugas
Šķelnes parasti nav iecerotas. Parastie to avoti ir blīvējumu un O-formas gredzenu pievienošanas virsmas, vītņotas savienojumi, atbalsta gredzeni un nepilnīgi izvirzīti metinājumi, caurulīšu un caurulīšu plākšņu spraugas, pārklājošie savienojumi un skavu, stiprinājumu un cauruļu balstu apakšpuse. Tikpat kaitīgas ir arī ekspluatācijas laikā veidojošās šķelnes: mēroga un minerālu nogulsnes, bioplēves un jūras piesārņojums, kā arī nosēdušies cietie daļiņas zema plūsmas vai aizturēšanas zonās. Nogulšņu un piesārņojuma zemāk esošais uzbrukums rīkojas tieši tāpat kā ražotā šķelne, koncentrējot hlorīdus un liekot metālam trūkt skābekļa nogulšņu zemāk.

Arī ražošanas atkritumi ir būtiski. Dzelzs daļiņas, kas ir nobrauktas no oglekļa tērauda rīkiem, metināšanas šķidruma pilieni un pēcmetināšanas siltuma krāsas tonis visi nodrošina korozijai vietu, kur sākties. Pēc ražošanas skābju apstrāde un pasīvā slāņa veidošana noņem brīvo dzelzi un atjauno vienmērīgu pasīvo slāni, kas mērāmi paaugstina reālās pasaules šķelņu izturību.

Klases izvēle pēc molibdēna saturu
Skaidrākais ceļš uz augstāku spraugu izturību ir vairāk molibdēna, ko dubultās kvalitātēs atbalsta slāpeklis. Zemāk esošajā tabulā norādītas aptuvenas atklātās virsmas CPT vērtības un kvalitatīva spraugu riska klasifikācija, lai palīdzētu izvēlēties materiālu; šīs vērtības jāuzskata kā salīdzinoša norāde, nevis kā projektēšanas ierobežojumi konkrētam šķidrumam.

Vidējai temperatūrai un zemām hlorīdu koncentrācijām ūdenī parasti pietiek ar 304L. Ja ūdenī parādās hlorīdi, paaugstinās temperatūra vai tiek izmantotas blīvējuma savienojumu sistēmas, tad racionāls pamats ir 316L, bet 317L ir neliels uzlabojums. Jūras ūdenim, ražotajam ūdenim un balinātāja vai sālsšķīduma cauruļvadiem duplex 2205 un super duplex 2507 nodrošina drošības rezervi, kuru austēnītiskās sakausējumu kategorijas nevar nodrošināt. Wenqiang piegādā visus šos materiālus gan bezšuvju, gan metinātu veidā atbilstoši standartiem ASTM A312, A213, A269, A790 un A928, ar EN 10204 3.1 vai 3.2 materiālu testa sertifikātiem un PREN verifikāciju pēc pieprasījuma.

Projektēšana, lai izvairītos no spraugām
Sakausu uzlabojumi paliek bez vērtības, ja ģeometrija joprojām notur stagnējošo šķidrumu, tāpēc laba prakse sākas jau zīmējumu galdā. Vienmēr, kad iespējams, izvēlieties pilnīgas penetrācijas savienojumus (butt welds) vietā gaisnes blīvētajiem flančiem un pārklājošajiem savienojumiem (lap joints), metinājuma šuves izgludiniet, un izvairieties no atbalsta gredzeniem, kas atstāj saknes spraugu. Atbalsta un piestiprinājumu apakšpusi noslēdziet vai nepārtraukti sametiniet, nevis atstājiet tikai punktveida metinājuma (tack-welded) pārklājošas spraugas. Norādiet blīves un O-formas gredzenus, kas pilnībā piegulst, un izmantojiet blīvēšanas virsmas, kas izturīgas pret spraugām.

Darbības laikā uzturiet augstu plūsmas ātrumu, lai novērstu nogulsnēšanos, noņemiet mirušās zarus (dead legs) un projektējiet sistēmu tā, lai tā pilnībā iztukšotos, lai hlorīdi nevarētu koncentrēties apstāšanās laikā. Tīrīšana, lai noņemtu mēslus un bioplēvi, pārtrauc koroziju zem nogulsnēm, un regulāra flanču virsmu, cauruļu galu un atbalsta kontaktu pārbaude ļauj ieraudzīt agrīnus piesārņojumus pirms tie izveido caurumus. Tur, kur sprauga patiešām nav iespējams izvairīties, kompensējiet to, pārejot uz augstāku molibdēna saturu materiālos.

Praktiski secinājumi
Spraugu korozija ir paredzama un novēršama. Atcerieties, ka spraugas, nogulsnes un piesārņojums rada skābīgus, ar skābekli nabadzīgus elementus, kas ietekmē materiālu zem atklātās virsmas temperatūras robežām. Novērtējiet potenciālos sakausējumus pēc molibdēna saturu un PREN vērtībām, izmantojiet CCT veida datus, nevis tikai CPT datus hermētiskiem savienojumiem, un projektējiet savienojumus un balstus tā, lai šķidrums notektu, nevis kumulētos. Pareizais sakausējuma veids, bezspraugu konstrukcija un pareiza pēcpārstrādes pasivācija kopā nodrošina nerūsējošā tērauda cauruļvadu, kas ilgst desmitiem gadu hlorīdu saturošā vidē.

Bieži uzdotie jautājumi
J: Kāpēc spraugu korozija sākas zemākā temperatūrā nekā rievu korozija?
A: Sprauga bloķē skābekli, kas nepieciešams pasīvās plēves atjaunošanai, un ļauj hlorīdiem un skābēm koncentrēties spraugā, tāpēc korozija sākas mīkstākos apstākļos nekā atklātās virsmas rievu korozija, ko atspoguļo kritiskā spraugu temperatūra, kas ir ievērojami zemāka par kritisko rievu temperatūru.
J: Vai 316L ir pietiekams, lai apturētu spraugu koroziju jūras ūdenī?
A: Parasti nē. Ar aptuveni 2,1 % molibdēna 316L ir uzņēmīgs spraugu korozijai siltā jūras ūdenī un zem blīvējumiem vai nogulsnēm; divfāzu tērauds 2205 vai superdivfāzu tērauds 2507 nodrošina nepieciešamo molibdēna un slāpekļa rezervi uzticamai jūras ūdens lietošanai.

Piesakieties Vencianam, lai apspriestu spraugām izturīgu materiālu izvēli un bezspraugu cauruļvadu projektēšanu: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/