Korózia v štrbinách v nehrdzavejúcej ocele: príčiny, výber značky a návrhové opatrenia na jej prevenciu

Korózia v štrbinách je lokálny útok vo vnútri uzavretých medzier, ktoré sú príliš úzke na to, aby sa v nich udržovala dostatočná hladina kyslíka; zvyčajne začína pri nižšej koncentrácii chloridov a nižšej teplote ako bodová korózia na otvorenom povrchu. Najlepšou ochranou je kombinácia značky s vyšším obsahom molybdénu a konštrukcie bez štrbín: v mierne chloridových prostrediach uprednostnite 316L pred 304L, v morskej vode alebo riedkej solnej vode prejdite na duplexnú oceľ 2205 alebo superduplexnú oceľ 2507 a navrhujte tak, aby sa eliminovali úzke medzery pod tesniacimi kruhmi, usadeninami a znečisteniami, kde sa pasívna vrstva nedokáže obnoviť. V akomkoľvek prostredí obsahujúcom chloridy spoločné špecifikovanie zliatiny a geometrie zabráni výrazne viacerým poruchám, než len samotný výber zliatiny.

Mechanizmus: vyčerpanie kyslíka a zakyslenie
Nerezová oceľ odoláva korózii, pretože tenká pasívna oxidová vrstva bohatá na chróm sa neustále obnovuje všade tam, kde je prítomný kyslík. V trhline sa tento prísun preruší. Medzera pôsobí ako stacionárna mikrobunka: kyslík zachytený v nej sa spotrebuje na udržiavanie pasívnej vrstvy a nedá sa doplniť difúziou z objemovej tekutiny. Kov vo vnútri trhliny sa stáva anódou v porovnaní s voľne vystaveným povrchom mimo trhliny, ktorý zostáva katódou a dobre okysličený.

Keď sa kov rozpúšťa v medzere, hromadia sa kladné ióny kovu a do medzery migrujú chloridové ióny, aby vyvážili náboj. Tieto kovové chloridy sa hydrolyzujú, čím vzniká kyselina chlorovodíková a lokálny pH sa zníži na 1–2, aj keď je pH objemovej tekutiny blízko neutrálnej. Táto zakyslená, chlóridmi obohatená oblasť ničí pasivitu a podporuje útok v sebapretrvávajúcom cykle. Výsledkom je hlboké, často skryté prienikanie pod časťou, ktorá zvonka vyzerá čisto, a preto je korózia v škárach jednou z hlavných príčin neočakávaných prienikov v prírubových a tesniacich spojoch.

CCT vs. CPT: Prečo škáry znížia prahovú hodnotu
Dve laboratórne metriky určujú výber triedy materiálu. Kritická teplota vzniku jamkovania (CPT) je teplota, nad ktorou sa začína jamkovanie na otvorenej povrchovej ploche v štandardnom teste chloridom železitým podľa ASTM G48. Kritická teplota vzniku kĺbov (CCT) je rovnaká hranica, avšak s definovaným kĺbovým tvorcom priskrutkovaným k skúšobnému vzorku. Pre danú zliatinu je CCT vždy výrazne nižšia ako CPT, zvyčajne o 15–25 °C. Jednoducho povedané, kĺbový priestor umožňuje začiatok korózie za podmienok, pri ktorých by rovnaká zliatina na voľnom povrchu koróziu odolala.

Poradie v rámci tejto klasifikácie vychádza z čísla ekvivalentného odolnosti proti jamkovaniu (PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N). Molybdén a dusík výrazne zvyšujú odolnosť, preto je obsah molybdénu praktickým faktorom pri aplikáciách, kde hrozí vznik kĺbov. Publikované hodnoty CPT považujte za optimistické pre vybavenie s tesniacimi páskami alebo znečistené komponenty a vždy uprednostňujte údaje typu CCT, ak sú k dispozícii.

Zdroje vzniku kĺbov
Štrbiny zvyčajne nevznikajú úmyselne. Bežnými príčinami sú tesniace plochy tesniacich kruhov a O-krúžkov, závitové spojenia, podložky a neúplné pretavenie pri zváraní, medzery medzi rúrkou a rúrkovou doskou, prekryvné spoje a spodná strana svorkov, konzól a podpôr potrubia. Rovnako škodlivé sú štrbiny, ktoré vznikajú počas prevádzky: usadeniny a minerálne usadeniny, biologické povlaky a morské znečistenie, ako aj usadené tuhé látky v oblastiach s nízkym prietokom alebo mŕtvymi vetvami. Útok pod usadeninami a pod znečistením sa správa presne ako umelá štrbina – koncentruje chloridy a odoberá kovu kyslík pod usadeninou.

Do tejto kategórie patria aj odpadky vzniknuté pri výrobe. Železné častice rozotreté nástrojmi z uhlíkovej ocele, rozstrek zvárania a farba vyvolaná teplom po zváraní poskytujú korózii miesto, kde môže začať. Odstránenie voľného železa a obnovenie rovnomerného pasívneho vrstvy pomocou piklovania a pasivácie po výrobe zvýši odolnosť proti štrbinovej korózii v reálnych podmienkach merateľným spôsobom.

Výber triedy podľa obsahu molybdénu
Najjasnejšia cesta k vyššej odolnosti voči štrbinovým koróziam je zvýšenie obsahu molybdénu, ktoré v dvojfázových zliatinách podporuje dusík. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené približné hodnoty teploty kritického bodu pre štrbinovú koróziu (CPT) na otvorenom povrchu a kvalitatívne hodnotenie rizika štrbinovej korózie, ktoré má pomôcť pri výbere materiálu; tieto údaje treba chápať ako porovnávacie orientačné údaje, nie ako návrhové limity pre konkrétnu kvapalinu.

Pre okolitú teplotu a vodu s nízkym obsahom chloridov je zvyčajne vhodná oceľ triedy 304L. Ak sa do situácie dostanú chloridy, vyššia teplota alebo spojenia s tesniacimi tesniacimi pásikmi, potom je rozumným východiskovým riešením oceľ 316L a o niečo lepšou voľbou je 317L. Pre aplikácie s morskou vodou, produkovanou vodou a okruhmi s chlórovou vodou alebo soľným roztokom poskytujú duplexné ocele 2205 a super duplex 2507 bezpečnostnú rezervu, ktorú austenitické zliatiny nedokážu ponúknuť. Wenqiang dodáva všetky tieto materiály v bezševovom aj zváranom vyhotovení podľa noriem ASTM A312, A213, A269, A790 a A928, vrátane skúšobných osvedčení materiálu EN 10204 3.1 alebo 3.2 a overenia PREN na požiadanie.

Návrh na zabránenie štrbín
Zliatiny vyššej kvality sú zbytočné, ak geometria stále spôsobuje zadržiavanie nehybného média, preto sa správna prax začína už na náčrtnom prkne. Kde je to možné, uprednostňujte zvárané švíny s úplným prienikom pred tesnenými prírubami a prekrytými spojmi, zvárané švíny dôkladne odstráňte brúsením a vyhýbajte sa podložkám, ktoré nechávajú medzeru v koreni švínu. Spodnú stranu podpôr a upevnení tesnite alebo zvárajte nepretržite namiesto toho, aby ste nechávali len dočasne privarené prekryté švíny s medzerami. Špecifikujte tesniace dosky a O-krúžky, ktoré sa úplne zabedia, a používajte tesniace plochy odolné voči vzniku medzier.

Z hľadiska prevádzky udržiavajte dostatočný prietok, aby sa zabránilo usadzovaniu, odstráňte mŕtve vetvy potrubia a navrhujte systém tak, aby bol úplne vypustiteľný – tým sa zabráni koncentrácii chloridov počas vypnutia. Čistenie na odstránenie vodného kameňa a biologických vrstiev prerušuje koróziu pod usadeninami a pravidelná kontrola tesniacich plôch prírub, koncov rúrok a miest kontaktu s podporami umožňuje včasnú detekciu zafarbenia ešte pred tým, ako vzniknú dierky. Ak sa medzera skutočne nedá vyhnúť, kompenzujte to zvýšením obsahu molybdénu v zliatine.

Praktické závery
Korózia v trhlinách je predvídateľná a predchádzateľná. Nezabudnite, že medzery, usadeniny a znečistenia vytvárajú kyslé, chudobné na kyslík články, ktoré útočia pri teplotách výrazne nižších ako sú teplotné limity pre koróziu na otvorenej povrchovej ploche. Triedte potenciálne zliatiny podľa obsahu molybdénu a indexu PREN, pri skrutkovom spojení používajte údaje typu CCT namiesto samotného CPT a konštrukčne navrhujte spoje a podpery tak, aby kvapaliny odtekali, nie aby sa v nich hromadili. Správna trieda materiálu, konštrukcia bez trhlín a správna pasivácia po výrobe spoločne zabezpečia, že nehrdzavejúca oceľová potrubná sústava vydrží desiatky rokov v prostredí s vysokým obsahom chloridov.

Často kladené otázky
Otázka: Prečo sa korózia v trhlinách začína pri nižšej teplote ako bodová korózia?
Odpoveď: Trhlina znemožňuje prísun kyslíka potrebného na obnovu pasívnej vrstvy a umožňuje sa v nej koncentrovať chloridy a kyseliny, preto začína útok za miernejších podmienok ako bodová korózia na otvorenom povrchu – čo sa prejavuje kritickou teplotou korózie v trhlinách, ktorá je výrazne nižšia ako kritická teplota bodovej korózie.
Otázka: Je 316L dostatočná na zastavenie korózie v trhlinách v morskej vode?
A: Zvyčajne nie. Ocel 316L s približne 2,1 % molybdénu je náchylná na štrbinovú koróziu v teplej morskej vode a pod tesniacimi kruhmi alebo usadeninami; dvojfázové ocele 2205 alebo superdvojfázové ocele 2507 poskytujú potrebný obsah molybdénu a dusíka pre spoľahlivý prevádzkový výkon v morskej vode.

Porozprávajte sa s Wenqiangom o výbere odolných značiek proti štrbinovej korózii a návrhu potrubí bez štrbín: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/