Korozija v razpokah pri nerjavnem jeklu: vzroki, izbor razreda in načrtovanje za preprečevanje

Korozija v razpokah je lokalizirano napadanje znotraj zaprtih rež, ki so preozke za oskrbo z kisikom, in se običajno začne pri nižji koncentraciji kloridov in nižji temperaturi kot pikasta korozija na odprti površini. Najboljša zaščita temelji na kombinaciji razreda z višjo vsebino molibdena in oblikovanja brez razpok: v pogojih z nizko koncentracijo kloridov izberite 316L namesto 304L, v morski vodi ali slani vodi pa nadgradite na dvojni razred 2205 ali superdvojni razred 2507 ter izognite se ozkim režam pod tesnilnimi obroči, usedlinami in umazanijo, kjer pasivni sloj ne more sam popraviti poškodb. V vsakem sistemu, ki vsebuje kloride, hkratna specifikacija zlitine in geometrije prepreči znatno več odpovedi kot izključno izbiro zlitine.

Mejanizem: izčrpavanje kisika in zakisljanje
Nerjavnega jekla ne poje korozija, ker tanka, bogata z kromom pasivna oksidna plast neprestano nastaja na novem tam, kjer je prisoten kisik. V razpoki pa je oskrba z kisikom prekinjena. Razpoka deluje kot mirujoča mikrocelica: kisik, ujet znotraj nje, se porabi za ohranjanje pasivne plasti in ga ni mogoče nadomestiti z difuzijo iz obsežnejše tekočine. Kovina znotraj razpoke postane anodna v primerjavi z prostimi, svobodno izpostavljenimi površinami zunaj, ki ostanejo katodne in dobro oskrbljene z kisikom.

Ko se kovina raztaplja znotraj reži, se nabirajo pozitivni kovinski ioni, hloridni ioni pa migrirajo noter, da uravnotežijo naboj. Ti kovinski kloridi hidrolizirajo in s tem tvorijo klorovodikovo kislino, kar lokalno pH zniža na 1–2, celo kadar je pH osnovne tekočine blizu nevtralnega. Ta zakisana, hloridno bogata cona uniči pasivnost in pospešuje napad v samoodržujočem se zanki. Rezultat je globoka, pogosto skrita penetracija pod delom, ki izven izgleda čist, zato je korozija v režah eden najpogostejših vzrokov nepričakovanih prebojev v pritiskanih spojih z flanči in tesnilnimi obroči.

CCT nasproti CPT: Zakaj reže znižujejo prag
Izbor ustreznega jekla določata dva laboratorijska kazalca. Kritična temperatura za nastanek jam (CPT) je temperatura, nad katero se v standardnem preskusu z železovim kloridom po ASTM G48 začnejo tvoriti jame na odprti površini. Kritična temperatura za nastanek jam v tesnilnih režah (CCT) predstavlja isto mejo, vendar pri preskusu z določenim tesnilnim elementom, ki je pritrjen na preskusni vzorec. Za dani litinski material je CCT vedno znatno nižja od CPT, običajno za 15–25 stopinj Celzija. Preprosto povedano: tesnilna reža omogoča začetek korozije v pogojih, pri katerih bi isti material na izpostavljeni površini ostal nepoškodovan.

Razvrstitev temelji na številki ekvivalentne odpornosti proti jamastemu razgradnje (PREN), ki jo izračunamo po formuli: PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N. Molibden in dušik močno povečata odpornost, zato je v praksi vsebinsko pomembna vsebnost molibdena za uporabo v okoljih, kjer je možna korozija v tesnilnih režah. Objavljene vrednosti CPT naj se obravnavajo kot optimistične za opremo z tesnili ali onesnaženo površino; kadar le je mogoče, naj se namesto njih uporabljajo podatki tipa CCT.

Kako nastanejo tesnilne reže
Razpoke redko nastanejo namerno. Običajni viri so površine za namestitev tesnil in O-obročkov, navojna priključka, podložni obroči ter nepopolno zvarjene spojine, reža med cevjo in cevnim listom, prekrivne spojine ter spodnja stran sponk, nosilcev in cevnih podpor. Enako škodljive so tiste razpoke, ki se oblikujejo v obratovanju: usedline in mineralne usedline, bioplenke ter morski biooblog in usedlini v območjih z nizkim pretokom ali mrtvimi vejami. Napad pod usedlino in pod biooblogom poteka natančno kot izdelana razpoka – koncentrira kloride in omejuje dostop kisika do kovine pod usedlino.

Tudi ostanki iz izdelave štejejo. Železne delce, ki jih razmazujejo orodja iz ogljikove jeklene pločevine, varilni razprški in toplotni ton, ki ostane po varjenju, omogočajo začetek korozije. Pikeljenje in pasivacija po izdelavi odstranita prosti železo in obnovita enotni pasivni sloj, kar merljivo poveča odpornost proti razpokam v dejanskih pogojih.

Izbira razreda glede na vsebino molibdena
Najjasnejša pot do višje odpornosti proti razpokam je večja vsebnost molibdena, ki jo v dvojnih jeklenih razredih podpira dušik. Spodnja tabela prikazuje približne vrednosti CPT na odprti površini in kvalitativno uvrstitev tveganja za nastanek razpok za usmerjanje izbire; te vrednosti naj se berejo kot primerjalni vodniki, ne pa kot konstrukcijske meje za določeno tekočino.

Za okoljsko temperaturo in vodo z nizko vsebino kloridov je običajno primerna jeklena različica 304L. Ko pride do prisotnosti kloridov, toplote ali tesnilnih spojev, postane 316L smiselna izhodiščna različica, 317L pa skromen napredek naprej. Za morsko vodo, proizvedeno vodo ter cevi za belilno tekočino ali raztopino soli zagotavljata duploks 2205 in super duploks 2507 varnostni rezervi, ki jih avstenitne različice ne morejo ponuditi. Wenqiang dobavlja vse te različice v brezšivni in varjeni izvedbi v skladu s standardi ASTM A312, A213, A269, A790 in A928 ter z materialnimi preskusnimi potrdili EN 10204 3.1 ali 3.2; preverjanje PREN je na zahtevo na voljo.

Načrtovanje za izogibanje tesnim režam
Nadgradnje iz zlitin so brez vrednosti, če geometrija še vedno ujame mirujočo tekočino, zato se dobra praksa začne že na risalni mizi. Kjer je mogoče, predlagajte varjenje s polnim prepenjanjem namesto tesnilnih prirubnic in prekrivnih spojev, varilne šve izravnajte z brušenjem in se izogibajte podložnim obročem, ki pustijo koreninski razmik. Spodnjo stran nosilcev in priključkov tesnite ali stalno varite, namesto da bi pustili le privarjene prekrivne reže. Določite tesnila in O-obročke, ki se popolnoma prilegajo, ter uporabite tesnilne površine, odporne proti nastanku rež.

Na operativni strani ohranjajte visok pretok, da preprečite usedanje, odstranite mrtve veje in načrtujte sistem za popolno izpraznjevanje, da se kloridi med izklopi ne morejo koncentrirati. Čiščenje za odstranitev naplakin in bioplenk prekine napad pod naplakami, redni pregledi tesnilnih površin prirubnic, konцов cevi in stičnih površin nosilcev pa omogočajo zgodnje zaznavanje obarvanja, preden pride do prebojev. Kjer se reža resnično ne da izogniti, kompenzirajte z uporabo materialov z višjo vsebnostjo molibdena.

Praktični zaključki
Korozija v razpokah je napovedljiva in preprečljiva. Spomnite se, da razpoke, usedline in umazanije ustvarjajo zakislene, kisikovo oskubljene celice, ki napadajo pri temperaturah, ki so znatno nižje od meja za odprte površine. Uvrstite kandidate za zlitine po vsebini molibdena in vrednosti PREN, za opremo z tesnilnimi obroči uporabite podatke v slogu CCT namesto le CPT, konstrukcijsko pa izvedite spoje in nosilce tako, da odpeljejo tekočino namesto da jo zadržijo. Prava različica jekla, konstrukcija brez razpok in ustrezna pasivacija po izdelavi skupaj zagotavljajo nerjavnih cevi, ki trajajo desetletja v storitvah z visoko vsebino kloridov.

Pogosta vprašanja
V: Zakaj se korozija v razpokah začne pri nižji temperaturi kot pikasta korozija?
O: Razpoka prekine dotok kisika, potrebnega za obnovo pasivne plasti, hkrati pa omogoča koncentracijo kloridov in kislin znotraj razpoke, zato napad začne pri manj zahtevnih pogojih kot pikasta korozija na odprtih površinah, kar se odraža v kritični temperaturi za korozijo v razpokah, ki je znatno nižja od kritične temperature za pikasto korozijo.
V: Ali je 316L dovolj za preprečevanje korozije v razpokah v morski vodi?
A: Običajno ne. Zaradi približno 2,1 % molibdena je jeklo 316L nagnjeno k razpokovanju v topli morski vodi ter pod tesnilnimi obroči ali usedlinami; dvojno jeklo 2205 ali nadmerno dvojno jeklo 2507 zagotavljata ustrezno vsebino molibdena in dušika za zanesljivo uporabo v morski vodi.

Pogovorite se z Wenqiangom o izbiri odpornih proti razpokovanju jeklenih razredov in načrtovanju cevnih sistemov brez razpok: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/