Nerūsējošā tērauda punktveida korozija — cēloņi, mehānisms, PREN, CPT un profilakse

Lejupielādējiet aprakstu pdf formātā

Punktveida korozija ir viena no bīstamākajām nerūsējošā tērauda, ​​dupleksa tērauda, ​​superdupleksa tērauda un niķeļa sakausējumu lokalizētās korozijas formām. Atšķirībā no vienmērīgas korozijas, tā neizraisa vienmērīgus materiāla zudumus pa visu virsmu, bet attīstās lokāli, radot ieplakas, kas pazīstamas kā korozijas bedres.
Punktveida defekts var parādīties kā neliels caurums, kas redzams uz virsmas, savukārt zem tā var veidoties daudz lielāki bojājumi. Tas var likt detaļai izskatīties veselai, pat ja tās vietējais biezums jau ir ievērojami samazinājies. Ārkārtējos gadījumos tas var izraisīt cauruļu, tvertņu, siltummaiņu un citu sistēmas komponentu perforāciju.
Vissvarīgākā punktveida korozijas iezīme ir ļoti dziļu, lokālu bojājumu iespējamība ar relatīvi nelielu visas detaļas masas zudumu.

Kas ir punktveida korozija?

Punktveida korozija, kas pazīstama arī kā punktveida korozija, ir lokāla korozijas forma, kas galvenokārt rodas metālos un sakausējumos, ko aizsargā pasīvs slānis.
Nerūsējošā tērauda gadījumā korozijas izturība rodas, pateicoties ļoti plānam hroma bagātu oksīdu slānim uz virsmas. Šis slānis atdala metālu no apkārtējās vides un atbilstošos apstākļos var pārveidoties.
Tomēr, ja pasīvais slānis tiek lokāli novājināts vai pārdurts, var sākties metāla lokāla izšķīšana. Šajā ziņā īpaši bīstami ir hlorīda joni Cl^-.

Kur pastāv punktveida korozijas risks?

Punktveida korozija var rasties vidēs, kas cita starpā satur:

• jūras ūdens,
• iesāļš ūdens,
• tehnoloģiskie sālījumi,
• nātrija un kalcija hlorīdi,
• hlorīdus saturoši tehnoloģiskie ūdeņi,
• baseina ūdens,
• dezinfekcijas un tīrīšanas līdzekļi, kas satur hlorīdus,
• mitru sāls nogulsnes,
• citi halogenīdi.

Kā rodas korozijas punktveida veidošanās?

Bedru veidošanās ir elektroķīmisks process. To var vienkāršot vairākos posmos.

1. Pasīvā slāņa vājināšanās

Pasīvo slāni lokāli var vājināt ar:

• hlorīda joni,
• nemetāliski ieslēgumi,
• mehāniski bojājumi,
• skrambas,
• virsmas piesārņojums,
• mērogs,
• metināšanas krāsas maiņa,
• nepareiza virsmas sagatavošana,
• lokālas mikrostruktūras nehomogenitātes.

2. Lokālā pasivācijas sadalījums

Kad pasīvais slānis ir lokāli bojāts, atsegtais metāls sāk izšķīst. Šī zona kļūst par anodu, bet liela daļa atlikušās virsmas paliek pasīva un uzvedas katodiski.
Tiek radīts nelabvēlīgs izkārtojums: ļoti maza anodiskā virsma mijiedarbojas ar lielu katodisko virsmu. Rezultātā lokālās metāla izšķīšanas ātrums var būt ļoti augsts.

3. Bedres iekšpuses paskābināšana

Metālam izšķīstot, bedrē veidojas metāla joni. Notiekošās hidrolīzes reakcijas izraisa pH līmeņa pazemināšanos.
Tāpēc vide bedres iekšpusē kļūst skābāka nekā vide ap tērauda virsmu.

4. Hlorīdu koncentrācijas palielināšanās

Hlorīda joni migrē attīstošajā bedrē, vēl vairāk palielinot vides agresivitāti bedrē.
Lokālais risinājums tiek izveidots, izmantojot:

• augsta hlorīdu koncentrācija,
• zems pH līmenis,
• ierobežota piekļuve skābeklim,
• apstākļi, kas apgrūtina pasīvā slāņa atjaunošanu.

5. Pašpietiekama bedrīšu veidošanās

Kad ir sasniegti pareizie apstākļi, process var kļūt autokatalītisks. Tas nozīmē, ka bedrē notiekošās reakcijas izraisa turpmāku vides pasliktināšanos un paātrina koroziju.

Procesa diagramma:

hlorīdi un pasīvā slāņa vājināšanās
↓
metāla lokāla izšķīšana
↓
metāla jonu koncentrācijas palielināšanās
↓
pH kritums
↓
Cl jonu pieplūdums^-
↓
grūtības atkārtotā pasivācijā
↓
bedrīšu tālāka attīstība

Kāpēc hlorīdi ir tik bīstami?

Hlorīda joni ir vieni no svarīgākajiem faktoriem, kas izraisa nerūsējošā tērauda pasīvā slāņa lokālu iznīcināšanu.
Tomēr hlorīdu klātbūtne vien automātiski nenozīmē korozijas rašanos. Risks ir atkarīgs arī no:

• hlorīda koncentrācija,
• temperatūra,
• pH
• elektroķīmiskais potenciāls,
• oksidētāju klātbūtne,
• materiāla veids,
• virsmas stāvoklis,
• elementu struktūra,
• iedarbības laiks.

Tāpēc apgalvojums, ka konkrētais tērauds ir "hlorīdu izturīgs", nenorādot vides temperatūru un koncentrāciju, ir pārāk vienkāršots.

Temperatūras ietekme uz punktveida koroziju

Temperatūra ir viens no svarīgākajiem parametriem, kas ietekmē punktveida veidošanās sākšanās risku.
Pieaugot temperatūrai, pasīvā slāņa izturība pret bojājumiem hlorīdu vidē parasti samazinās. Materiāls, kas var darboties bez punktveida korozijas noteiktā šķīdumā 20 °C temperatūrā, var nesaglabāt šo izturību 60 °C vai 80 °C temperatūrā.
Šī attiecība tiek izmantota, nosakot CPT – kritiskā bedrīšu veidošanās temperatūra.

CPT – kritiskā punktveida korozijas temperatūra

CPT ir kritiskā punktveida korozijas temperatūra, kas noteikta īpašos testa apstākļos.
Jo augstāka ir CPT vērtība, jo lielāka ir materiāla izturība pret punktveida korozijas sākšanos izmantotajā testa vidē.
Tomēr CPT nav absolūta materiāla konstante. Rezultāts ir atkarīgs, cita starpā, no testa metodes, šķīduma sastāva, virsmas stāvokļa, parauga ģeometrijas un parauga sagatavošanas metodes.

Vairāk par CPT

pH ietekme

PH līmeņa pazemināšana var palielināt punktveida korozijas risku, īpaši vidē, kas satur hlorīdus.
Kombinācija:
augsta hlorīdu koncentrācija + augsta temperatūra + zems pH līmenis.
Šādos apstākļos standarta austenīta tēraudi var būt nepietiekami, un var būt nepieciešami dupleksa, superdupleksa, 6Mo superaustenīta tēraudi vai niķeļa sakausējumi.

PREN un punktveida korozijas izturība

Nerūsējošā tērauda izturības pret punktveida koroziju sākotnējai salīdzināšanai tiek izmantots PREN indekss — punktveida korozijas izturības ekvivalentais skaitlis.
Visbiežāk izmantotais vienādojums ir:
PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
Jo augstāka ir PREN vērtība, jo lielāka parasti ir tērauda izturība pret punktveida korozijas sākšanos hlorīdu vidē.

PREN jāuzskata par salīdzinošu parametru. Tas tieši neņem vērā virsmas kvalitāti, metinājumus, mikrostruktūru, detaļu ģeometriju vai faktiskos ekspluatācijas apstākļus.
Vairāk par PREN

Izvēlēto sugu rezistences salīdzinājums

Norādītās PREN vērtības ir indikatīvas. Faktiskā vērtība ir atkarīga no konkrētās kausējuma ķīmiskā sastāva un izmantotās aprēķina metodes.

Kāpēc 316L tērauds var ciest no punktveida korozijas?

AISI 316L tērauds bieži tiek raksturots kā tērauds ar paaugstinātu izturību pret hlorīdu vidi. Tas galvenokārt ir saistīts ar molibdēna pievienošanu.
Tomēr tas nenozīmē pilnīgu izturību pret jūras ūdeni vai jebkuru vidi, kas satur hlorīdus.
316L tērauda punktveida korozijas risku cita starpā palielina:

• augsta temperatūra,
• augsta hlorīdu koncentrācija,
• ūdens iztvaikošana un sāls koncentrācija,
• barotnes stagnācija,
• apmetnes,
• plaisas,
• neattīrītas metinājuma šuves,
• virsmas piesārņojums ar dzelzs daļiņām.

Punktveida korozija un spraugu korozija

Punktveida korozija un spraugu korozija ir lokalizētas korozijas veidi, taču tās nav viena un tā pati parādība.

CCT – kritiskā spraugu korozijas temperatūra

CCT – kritiskā spraugu temperatūra ir kritiskā temperatūra, kurā noteiktos testa apstākļos var rasties spraugu korozija.
Tāpat kā CPT, arī CCT jāinterpretē tikai saistībā ar izmantoto testa metodi.

Virsmas stāvokļa ietekme

Tērauda virsmas stāvoklim ir būtiska ietekme uz izturību pret punktveida korozijas sākšanos.
Risku palielina, cita starpā:

• dziļas skrambas,
• kaļķakmens atlikumi,
• termiskā krāsas maiņa,
• piesārņojums ar oglekļa tērauda daļiņām,
• abrazīvu materiālu atliekas,
• augsts virsmas raupjums,
• nepareizi iztīrītas metinājuma šuves.

Gluda, tīra un pareizi sagatavota virsma parasti ir izturīgāka pret lokālas korozijas sākšanos.

Punktveida korozija pēc metināšanas

Metināšana var lokāli samazināt nerūsējošā tērauda izturību pret koroziju, ja process tiek veikts vai pabeigts nepareizi.
Īpaši svarīgi ir:

• karstuma skartā zona,
• metināšanas krāsas maiņa,
• oksīda skala,
• mikrostruktūras izmaiņas,
• nepiemērots papildu materiāls,
• nepareiza gāzes aizsardzība,
• nepietiekama virsmas tīrīšana pēc metināšanas.

Augstas izturības tērauda markas izvēle vien negarantē gatavās konstrukcijas izturību, ja metinājumi un virsma ir izgatavoti nepareizi.

ASTM G48 – punktveida un plaisu korozijas tests

Viens no visbiežāk izmantotajiem standartiem nerūsējošā tērauda un saistīto sakausējumu izturības pret punktveida un plaisu koroziju laboratorijas testēšanai ir ASTM G48.
Standarts aptver sešas testa metodes, kurās izmanto agresīvus dzelzs hlorīda šķīdumus.

ASTM G48 testi galvenokārt paredzēti, lai salīdzinātu materiālu izturību konkrētos laboratorijas apstākļos. Rezultātus nevajadzētu uzskatīt par tiešu materiāla izturības prognozi jebkurā reālā instalācijā.

ASTM G150

Kritiskā punktveida korozijas temperatūra tiek izmantota arī, lai noteiktu ASTM G150.
Šī ir elektroķīmiskā metode, kurā izmanto nātrija hlorīda šķīdumu un kontrolētu potenciālu. CPT rezultāti, kas iegūti, izmantojot ASTM G150 metodi, var atšķirties no rezultātiem, kas iegūti, izmantojot ASTM G48 metodi.
Tāpēc CPT vērtības, kas noteiktas ar dažādām testa metodēm, nevajadzētu tieši salīdzināt.

PREN, CPT un CCT – atšķirības

Kur visbiežāk rodas punktveida korozija?

Kā samazināt punktveida korozijas risku?

Pareizās sugas izvēle

Tērauda marka jāizvēlas, pamatojoties uz faktisko hlorīdu koncentrāciju, temperatūru, pH līmeni un citiem vides komponentiem. Termins "nerūsējošais tērauds" nenozīmē vienādu izturības līmeni visām markām.

Temperatūras kontrole

Izvēloties materiālu, ir svarīgi ņemt vērā ne tikai normālo darba temperatūru, bet arī maksimālo temperatūru iedarbināšanas, tīrīšanas un bojājumu laikā.

Hlorīda koncentrācijas kontrole

Vietēja sāls koncentrācijas palielināšanās iespējamība šādu iemeslu dēļ:

• ūdens iztvaikošana,
• virsmas žāvēšana,
• barotnes stagnācija,
• lokālā apkure,
• nogulumu veidošanās.

Stagnācijas novēršana

Instalācijas projektam jāierobežo mirušās telpas un vietas, kur var atrasties agresīvas vielas.

Ierobežojošās nepilnības

Jāsamazina savienojumu un ģeometrijas, kas rada ciešas spraugas zem blīvēm, paplāksnēm un nogulsnēm.

Pareiza metināšana

Jāizmanto pareizs pildmateriāls, metināšanas parametri un atbilstoša gāzes aizsardzība.

Virsmu tīrīšana pēc metināšanas

Termiskās krāsas izmaiņas un kaļķakmens jānoņem, izmantojot atbilstošas ​​metodes. Atkarībā no pielietojuma, izmantotās metodes ir kodināšana un pasivēšana.

Izvairīšanās no oglekļa tērauda piesārņojuma

Oglekļa tēraudam paredzētos instrumentus un abrazīvus nedrīkst izmantot nerūsējošā tērauda apstrādei bez iepriekšējas pārbaudes.

Regulāra tīrīšana

Nogulumu noņemšana samazina iespēju veidot lokālas zonas ar paaugstinātu hlorīdu koncentrāciju un samazinātu skābekļa pieejamību.

Svarīgākie faktori, kas ietekmē punktveida koroziju

Kā izvēlēties materiālu punktveida korozijas novēršanai?

Viegli agresīvā vidē var būt pietiekami standarta austenīta tēraudi, piemēram, 304L vai 316L.
Augstākās hlorīdu koncentrācijās un augstākās temperatūrās tiek izmantoti materiāli ar augstāku hroma, molibdēna un slāpekļa saturu, piemēram:

• 904L / 1.4539,
• duplekss 2205 / 1.4462,
• superduplekss 2507 / 1.4410,
• 254 SMO / 1.4547,
• Sakausējums 926 / 1.4529,
• AL-6XN / UNS N08367.

Īpaši agresīvā vidē tiek izmantoti arī niķeļa sakausējumi, tostarp 625. sakausējums, 825. sakausējums, C-276. sakausējums, 22. sakausējums un 59. sakausējums.
Tomēr tas nenozīmē, ka materiāls ar augstāku PREN automātiski ir labāks jebkurā vidē. PREN galvenokārt apraksta uzņēmību pret lokālu iedarbību, kas saistīta ar pasivāciju un hlorīdiem, bet neņem vērā visus korozijas mehānismus vai visu ķīmisko komponentu ietekmi.

summēšana

Punktveida korozija ir lokalizēta korozijas forma, kas var izraisīt detaļas strauju perforāciju, neskatoties uz nelieliem kopējiem materiāla zudumiem.
Svarīgākie faktori, kas veicina bedrīšu veidošanos, ir šādi:

• hlorīdi,
• augsta temperatūra,
• zems pH līmenis,
• nogulsnes un barotnes stagnācija,
• būvniecības spraugas,
• bojāta vai piesārņota virsma,
• nepareizi izgatavotas un iztīrītas metinājuma šuves.

Dažādu klašu izturību sākotnēji var salīdzināt, izmantojot PREN indeksu, savukārt laboratorijas izturību pret lokālu korozijas ierosināšanu nosaka, cita starpā, ar CPT un CCT, kā arī testiem saskaņā ar ASTM G48 un ASTM G150.
Pareizai materiāla izvēlei jāņem vērā PREN, temperatūra, hlorīdu saturs, pH, vides ķīmiskais sastāvs, virsmas stāvoklis, metināšanas un uzstādīšanas projekts.

Korozija var notikt dažādos mehānismos atkarībā no materiāla, vides un ekspluatācijas apstākļiem. Uzziniet par citiem korozijas veidiem:

Tērauda un metālu korozijas veidi

Vienmērīga tērauda un metālu korozija
Nerūsējošā tērauda punktveida korozija
Nerūsējošā tērauda spraugu korozija
Nerūsējošā tērauda starpkristālu korozija
Sprieguma korozijas plaisāšana SCC
Galvaniskā korozija
Erozīvā korozija
Kavitācijas korozija
Korozijas nogurums
Fretējoša korozija
Mikrobioloģiskās korozijas minimālā inhibīcija (MIC)
Augstas temperatūras korozija

Korozijas iedalījums atkarībā no vides

Jūras korozija – tērauda un metālu korozija jūras ūdenī
Atmosfēras korozija
Grunts korozija
Korozija saldūdenī un rūpnieciskajā ūdenī
Korozija hlorīdu vidē
Korozija skābā vidē
Korozija sārmainā vidē
Korozija gāzēs un izplūdes gāzēs
Korozija kanalizācijas un kanalizācijas sistēmās
Korozija ķīmiskajā un naftas ķīmijas vidē

Saistītās tēmas

CPT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā punktveida korozijas temperatūra
PREN – nerūsējošā tērauda punktveida korozijas izturības indekss
CCT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā spraugu korozijas temperatūra