E-SHOP-BG.eu

Парадокс – неръждаема стомана, а ръждясва, какво е това язвена корозия?

Ръждясва ли неръждаемата стомана? За съжаление, неутешителният отговор на този на пръв поглед парадоксален въпрос е: „Да, разбира се“. В практиката са известни множество случаи, при които взаимодействието на съдържаща хлорни йони агресивна среда с аустенитна неръждаема стомана е довело до бързо аварийно пробиване на тръбопроводи или тръби в топлообменни апарати, именно зарази язвена корозия.

Язвена корозия на неръждаемата стомана

В следващите редове ще ви разкажем за механизмите и факторите, които пораждат най-често срещания при аустенитните и дуплекс стомани вид корозия – язвена корозия (Pitting Corrosion). Ще разгедаме и тясно свързаната с нея корозия под напрежение (Stress Corrosion Cracking).
Язвена корозия – това е коректното наименование на български език. Независимо, че много автори просто изписват на кирилица английския термин Pitting Corrosion се проявява под формата на язви с различна форма и размери. Основната причина за възникване на язвена корозия при неръждаемите стомани са съдържащите се в дадена агресивна среда хлорни йони. Тези йони се имплантират в защитния оксиден (пасивиращ) слой и го пробиват.

Най-типичният пример за такава агресивна среда е морската вода. По този начин се открива незащитена метална повърхност и именно в тези точки по-късно се образуват характерните язви. Установено е, че такава язвена корозия не зависи от структурата (напр. от границите на зърната). А също така не се влияе от термичната обработка на стоманата. Съществува обаче пряка връзка между температура и язвена корозия. При по-високи температури пасивиращият слой се пробива по-лесно.

Какви са предподставките за възникване на язвена корозия на неръждаемата стомана?

Както вече споменахме, за развитието на нежеланата язвена корозия определящо значение има концентрацията на хлорни йони. Например при морската вода ситуацията се утежнява от сравнително голямото количество на съдържащия се в нея неразтворен кислород. Засега няма установени и експериментално потвърдени гранични стойности на количеството хлорни йони, които инициират язвена корозия и това затруднява противодействието срещу нея. В наши дни срещу агресивното действие на хлорните йони спрямо конвенционалните неръждаеми стомани се противодейства или чрез използване на стомани с високо съдържание на никел. Такива са напр. „Инконел 600“, „Инконел 690“, „Инкалой 800“ и др., или стомани, легирани с молибден. Последното се счита за един от най-сигурните начини за противодействие срещу нежеланата язвена корозия.
В международната инженерна практика за количествено изразяване на резистентността на аустенитни неръждаеми стомани към язвена корозия, се използва коефициентът PREN.

На английски език Pitting Resistance Equivalent Number. Този коефициент отчита съдържанието в стоманата на елементите хром, молибден и азот. PREN се дефинира по следния начин:
PREN = Cr + 3,3 Mo + 16 N
където Cr, Mo и N – процентното съдържание на тези елементи в съответната стомана. Коефициентът PREN е полезен при сравняване на различни стомани, но всички автори подчертават, че той не може да бъде използван за определяне или „предсказване“ дали дадена стомана ще бъде атакувана или не от язвената корозия. Условно се счита, че PREN=23 представлява условна граница, над която съответния материал е резистентен към язвена корозия, но тази стойност може да бъде използвана само като ориентир. Например за стомана AISI 304 (1.4301) PREN е в граници 17,5 ÷ 20,8; за стомана AISI 316 (1.4401) стойностите са в интервала 23,1 ÷ 28,5, дуплекс стоманата AISI 2202 (1.4062) PREN има стойност 26,5 и т.н.

Корозия под напрежение на неръждаеми стомани

През последните години се появиха и навлязоха в практиката т. нар. супер аустенитни (super austenitics) и супер дуплекс (super duplex) стомани. Това са стомани с PREN>40, произвеждани от фирми като Avesta Shefield, Outokumpu Ltd., ArcelorMittal Stainless UK и др.
Когато по повърхността на стоманата действат опънови напрежения, тази язвена корозия води до образуване на пукнатини или до т. нар. крекинг-корозия (корозия под напрежение). Счита се, че при нея решаващи са не опъновите напрежения, а еластичната или пластична деформация, която, достигнала определена минимална стойност, предизвиква непрекъсната скорост на удължаване на материала.

Решаващо значение има и променливата деформация, създавана от променливи напрежения. При крекинг-корозията пукнатините се развиват транскристално и както при споменатата  язвена корозия, не се влияят от термична обработка. Само в много редки случаи, когато стоманата е екстремно склонна към междукристална корозия, пукнатините се разпространяват междукристално.

Известно е, че при крекинг-корозията скоростта на разпространение на пукнатините може да достигне екстремно високи стойности – напр. в концентрирани разтвори на CaCl2 са измерени стойности до 10 мм/час. Поради тази причина много често изделията от химически устойчиви стомани се подлагат на отгряване за снемане на напреженията (които могат да произхождат от сравнително ограничена по обем студена пластична деформация). Така се избягва тяхната концентрация по повърхността на стоманата. Както и при язвената корозия, при крекинг-корозията образуването на пукнатините се ускорява от наличието на кислород в разтвора.

Изводи относно корозията при на неръждаемите стомани

От изложената дотук информация можем да заключим, че язвената корозия и крекинг-корозията представляват сериозна опасност за тръбопроводи, съдове под налягане, ядрени реактори и др., работещи в агресивна среда, съдържаща хлоридни йони. В практиката се използват различни методи за защита. Но нито един не дава пълна гаранция. Неръждаемите стомани, независимо от гордото си название, понякога губят битката срещу язвена корозия. Също така и твърденията, че отстраняване на язвена корозия чрез шлайфане с шлифовъчни дискове ще възстанови качествата на стоманата също не са коректни. Правилното решение е подходящ избор на неръждаема стомана резистентна на конкретната агресивна среда.