PREN vysvetlené: Radenie tried nerezovej ocele podľa odolnosti voči bodovému koróznemu poškodeniu

Číslo ekvivalentnej odolnosti voči bodovému koróznemu poškodeniu, alebo PREN, radí triedy nerezovej ocele podľa ich odolnosti voči chloridovému bodovému koróznemu poškodeniu pomocou vzorca PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N. Na tejto stupnici sa štandardná oceľ 304 nachádza približne pri hodnote 18, 316L pri 24, duplexná oceľ 2205 pri 35 a superduplexná oceľ 2507 pri 43. Vyššia hodnota PREN znamená, že zliatina vydrží teplejšie prostredie s vyšším obsahom chloridov, než začne lokálne bodové korózne poškodenie. Ako prvý orientačný ukazovateľ na porovnávanie tried je to najužitočnejšie číslo, ak poznáte jeho obmedzenia.

Čo vzorec v skutočnosti váži
Každý člen rovnice PREN odráža, aký vplyv má daný prvok na zabránenie rozpadu pasívnej vrstvy. Chróm je základom koróziou odolného správania sa; na vytvorenie ochrannej vrstvy oxidu chrómu je potrebné aspoň približne 10,5 hmotnostného percenta a každé ďalšie percento ju posilňuje. Molybdén má koeficient 3,3, pretože vzhľadom na jednotku hmotnosti je výrazne účinnejší ako chróm pri opätovnom pasivovaní a stabilizácii jamkového koroziu po útoku chloridov. Dusík má najväčší koeficient, 16, pretože aj malé množstvá výrazne zvyšujú odolnosť voči jamkovej korózii a súčasne zvyšujú pevnosť; preto sú moderné vysokovýkonné triedy úmyselne legované dusíkom. Alternatívna forma rovnice, niekedy označovaná ako PREN16 alebo PREW, obsahuje navyše člen pre wolfrám, avšak trojprvková forma je priemyselným štandardom. Niektoré zdroje používajú pre dusík koeficient 30 namiesto 16 u vysokej legovanej triedy, preto pred vyvodzovaním záverov overte, ktorý koeficient sa používa v publikovanej hodnote PREN.

Poradie bežných tried
Ak sa tento vzorec použije na typické stredne rozsiahle chemické zloženia, výsledkom je jasná hierarchia. Ocel triedy 304 s približne 18 až 20 percentným obsahom chrómu a bez úmyselného pridaného molybdénu dosahuje hodnotu PREN približne 18 až 20. Ocel triedy 316L s približne 16 až 18 percentným obsahom chrómu a 2 až 3 percentným obsahom molybdénu dosahuje hodnotu PREN približne 24 až 26; práve prítomnosť molybdénu je dôvodom, prečo sa 316L stala štandardnou voľbou pre mierne námorné prostredie a mnohé chemické aplikácie. Duplexová ocel 2205 s približne 22 percentným obsahom chrómu, 3 percentným obsahom molybdénu a 0,17 percentným obsahom dusíka dosahuje hodnotu PREN približne 35. Superduplexová ocel 2507 s približne 25 percentným obsahom chrómu, 4 percentným obsahom molybdénu a 0,28 percentným obsahom dusíka dosahuje hodnotu PREN približne 43 a tým definuje hranicu superduplexových ocelí ako hodnoty PREN vyššie než 40.

Tabuľka: Chemické zloženie a približná hodnota PREN

Kedy je hodnota PREN skutočne rozhodujúca
PREN sa stáva rozhodujúcou veličinou všade tam, kde zlyhanie spôsobujú chloridy a lokálna korózia namiesto rovnomernej straty kovu. Morská voda, sladkovodno-slaničná voda, produkovaná voda, soľ na odtápanie ľadu, bieliace prostriedky a chlorované technologické prúdy, ako aj pobrežné atmosféry, napádajú pasívnu vrstvu na izolovaných miestach a vytvárajú jamky, ktoré môžu prebíť stenu, pričom okolitý povrch stále vyzerá lesklý. Dve súvisiace myšlienky transformujú PREN na limitné hodnoty pre prevádzku. Kritická teplota vzniku jamiek (CPT) je najnižšia teplota, pri ktorej sa v definovanej chloridovej kvapaline tvoria stabilné jamky; táto hodnota úzko koreluje s PREN: u značky 316L môže byť CPT v štandardných testoch približne 15 až 25 °C, u značky 2205 približne 35 až 45 °C a u značky 2507 nad 55 až 70 °C. Keď navrhovateľ pozná prevádzkovú teplotu a úroveň chloridov, porovnanie PREN a CPT medzi kandidátskymi značkami rýchlo zužuje výber a vylúči zárodočný materiál, ktorý by v prevádzke podliehal jamkovej korózii. Riziká sú reálne: jediná jamka v tlakovom potrubí môže spôsobiť výpadok celého procesu, kontamináciu výrobku a náklady, ktoré výrazne presahujú rozdiel v cene medzi značkami – preto sa výber založený na PREN považuje za riadenie rizík, nie za detail nákupného rozhodnutia.

Hranice jediného čísla
PREN je nástroj na hodnotenie, nie úplný prediktor korózie, a považovať ho za záruku vedie k zlyhaniu. Vypočíta sa z nominálneho alebo lyžicového zloženia a ignoruje mikroštruktúru, ktorú skutočne dostanete. Duplexná trieda s korektnou hodnotou PREN môže stále vykazovať zlý výkon, ak bolo riešenie žíhanie nedostatočné a vysrážal sa sigma fáza, pretože intermetalické fázy odoberajú chróm a molybdén z okolitej matrice bez ohľadu na priemerné zloženie. Zvárané spoje sú ďalším „slepým miestom“: zóny ovplyvnené teplom a nezmiešaný zvárací kov môžu mať lokálne zloženia a štruktúry, ktoré sa začínajú bodovo korodovať skôr ako základný kov, a preto sa korózne skúšky podľa ASTM A923 alebo G48 vykonávajú na hotových výrobkoch. PREN nič nehovorí o štrbinovej korózii, ktorá začína pri nižších teplotách ako bodová korózia na otvorenom povrchu, ani o napäťovo-koróznom trhnutí, všeobecnom kyselinovom útoku alebo erózii. Nepokrýva povrchovú úpravu, zabudované železné kontaminanty ani usadeniny, ktoré koncentrujú chloridy pod vrstvou oxidov.

Zodpovedné využívanie PREN pri výbere
Praktický pracovný postup spočíva v použití indexu PREN na prvotné posúdenie, následne potvrdenie pomocou servisných údajov a testovania. Začnite priradením indexu PREN k prostrediu: pre nízkochloridové vnútorné aplikácie je ekonomickou voľbou materiál 304; pre mierne námorné podmienky a všeobecné chemické aplikácie sa najčastejšie používa materiál 316L; pri vyšších teplotách alebo vyššej koncentrácii chloridov sa prejdite na materiál 2205; pre aplikácie v morskej vode alebo v extrémnych chloridových podmienkach na mori zvoľte materiál 2507. Potom overte, či dodaný materiál má správnu mikroštruktúru prostredníctvom metalografickej analýzy a merania obsahu feritu, potvrďte chemické zloženie identifikáciou materiálu (PMI) a vlhkou chemickou analýzou a v prípadoch kritických aplikácií vyžadujte laboratórne testy odolnosti voči bodovému alebo štrbinovému koróznemu poškodeniu na skutočnej tepelnej dávke a postupe zvárania. Je výhodné uviesť predpokladanú koncentráciu chloridov a maximálnu teplotu kovu v technickej špecifikácii, pretože stupeň materiálu, ktorý je v danej celkovej koncentrácii chloridov bezpečný, môže napriek tomu zlyhať v miestach, kde dochádza k lokálnej koncentrácii chloridov v dôsledku vyparovania, usadzovania alebo v štrbinách. Ak sa index PREN používa týmto spôsobom, ide o efektívny, fyzikálne zdôvodnený nástroj na výber vhodného materiálového stupňa, pričom experimentálne výsledky potvrdzujú, že konkrétna rúrka vydrží dané prevádzkové podmienky.

Často kladené otázky
Q: Je vyššia hodnota PREN vždy lepšia?
A: Áno, pokiaľ ide o odolnosť voči chloridovému bodkovému koroziu, avšak značky s vyššou hodnotou PREN sú drahšie a ťažšie spracovateľné, preto je potrebné hodnotu PREN prispôsobiť skutočnej expozícii chloridom a teplote namiesto nadmerného špecifikovania.
Q: Zohľadňuje PREN aj koroziu v štrbinách alebo napäťovú koróziu?
A: Nie. PREN hodnotí len odolnosť proti bodkovej korózii na otvorenom povrchu; koroziu v štrbinách, napäťovú koróziu a všeobecný kyselinový útok je potrebné posúdiť a otestovať osobitne.

Neviete, ktorá trieda PREN je vhodná pre váš prostredie s obsahom chloridov? Spoločnosť Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. vám poskytne poradenstvo a dodá materiály od triedy 304 po 2507. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/