Roostevaba terase söövitav korrosioon: temperatuuri- ja kontsentratsioonipiirangud

Standardsed austeniitsed roostevabad terased, nagu 304 ja 316, taluvad üldiselt söövitavat (NaOH) rünnakut kuni umbes 50% kontsentratsiooniga ja ligikaudu 93 kraadi (199 kraadi F), kuid kõrgemal temperatuuril muutuvad nad haavatavaks nii ebastabiilse passiivsuse kui ka söövitava pinge korrosioonipragude (CSCC) suhtes - ja mida rohkem on vaja kaustilisi aineid, enne ronimise algust lahjendada. pragunemine on endiselt võimalik nii nõrkades lahustes kui 1% NaOH üle ligikaudu 200 kraadi (392 kraadi F). Üle 300 kraadi (572 kraadi F) võib austeniitse roostevaba terase söövitav pragunemine tekkida üsna kiiresti, mis on punkt, kus enamik spetsifikatsioone nõuavad üleminekut niklisulamile.

Naatriumhüdroksiid (seebikivi) on üks enim kasutatavaid tööstuskemikaale -, mida leidub tselluloosi- ja paberitöötlemisel, alumiiniumoksiidi rafineerimisel, kemikaalide tootmisel ja puhastussüsteemides - ning see kujutab endast korrosiooniohtu, mis jätab insenerid tähelepanuta, kuna see ei käitu happena. Selles artiklis sätestatakse temperatuuri- ja kontsentratsioonipiirid, mis reguleerivad roostevaba terase söövitava pingekorrosiooni pragunemist, selgitatakse, miks lävi liigub sõltuvalt kontsentratsioonist, ja selgitatakse välja, kus niklisulamid on õige materjali valik.

Mis on söövitava stressikorrosiooni lõhenemine ja kuidas see erineb kloriidi SCC-st?

Söövitav SCC on selge pragunemismehhanism, mida juhivad kuumad kontsentreeritud hüdroksiidilahused, mis ründavad pingestatud metallipinda - erinevalt kloriidioonidest, ei põhjusta seda üldse kloriidioonid ja nende kahe vältimiseks on vaja kasutada täiesti erinevaid sulamistrateegiaid.

Nii söövitav SCC kui ka kloriid SCC nõuavad sama kolme koostisosa koos esinemiseks: tundlik sulam, tõmbepinged (keevitusest, vormimisest või töökoormusest) ja piisavalt agressiivne keskkond. Kui need lahknevad, on keskkond ise. Kloriidi SCC-d juhivad passiivset kilet ründavad kloriidioonid, tavaliselt peaaegu -neutraalses kuni happelises, hapnikku-sisaldavas vees.

Söövitavat SCC-d juhivad tugevalt leeliselised hüdroksiidi lahused - naatriumhüdroksiid (NaOH), kaaliumhüdroksiid (KOH) või kaltsiumhüdroksiid - ning see muutub ohuks just kõrgel temperatuuril ja kontsentratsioonil, mida tuntakse ajalooliselt kaustilise rabedusena, kui see esmakordselt tuvastati neetitud katla kestades. Kuna sõidukeemia on olemuselt vastupidine, ei lahenda kloriidiprobleemi lahendamiseks valitud sulamiuuendus automaatselt söövitavat probleemi ja vastupidi, - materjalivalik tuleb sobitada konkreetse keskkonnaga.

Millisel temperatuuril ja kontsentratsioonil algab söövitav SCC tavalises roostevabas terases?

304 ja 316 roostevaba teras püsivad üldiselt hästi NaOH-s kuni umbes 50% kontsentratsiooniga ja ligikaudu 93 kraadi juures (199 kraadi F); sellest temperatuurist kõrgemal väheneb nii üldine korrosioonikindlus kui ka pragunemiskindlus ning täpne pragunemislävi nihkub sõltuvalt sellest, kui kontsentreeritud söövitus tegelikult on.

Tööstuslikud korrosiooniandmed näitavad standardse austeniitse roostevaba terase praktilise kasutuslagi umbes 50% NaOH kontsentratsiooniga ja umbes 93 kraadi (199 ° F). Sellest temperatuurist kõrgemal muutub roostevabale terasele korrosioonikindlust andev passiivne kile ebastabiilseks, avades ukse nii kiirendatud üldisele korrosioonile kui ka söövitavale pingekorrosioonile. Eraldi teatatud tööstusliku kasutuse piirangud asetavad austeniitse roostevaba terase praktilise söövituse piiri umbes 70–90 kraadi juurde, kusjuures 300{9}}seeria klasside pragunemine on dokumenteeritud ka üle 100 kraadi - näitajad, mis on üldjoontes kooskõlas ~93 kraadi künnisega ja peegeldavad erinevaid reaalseid taimseid, nähtavaid pinge- ja puhitustasemeid. tingimused.

Miks nõuab madalam NaOH kontsentratsioon metalli lõhenemiseks kõrgemat temperatuuri?

Kontsentratsioon ja temperatuur kompenseerivad pragunemise piiril üksteisega - lahjendatud söövitavad lahused vajavad pragunemise käivitamiseks palju kõrgemat temperatuuri kui kontsentreeritud lahused, mistõttu on temperatuuri-kontsentratsioonikõver, mitte üks arv, õige viis riskile mõelda.

Kui NaOH kontsentratsioon on alla umbes 15%, tõuseb sensibiliseerimata roostevaba terase purustamiseks vajalik temperatuur oluliselt. Nii madalal kontsentratsioonil kui ligikaudu 1% NaOH-d ilmneb pragunemise tendents tavaliselt alles siis, kui temperatuur ületab umbes 200 kraadi (392 kraadi F). Temperatuuri tõustes kiireneb reaktsioon järsult: üle ligikaudu 300 kraadi (572 kraadi F) võib austeniitse roostevaba terase söövitav pragunemine toimuda üsna kiiresti.

See pöördvõrdeline seos - madalam kontsentratsioon, mis nõuab kõrgemat temperatuuri ja vastupidi - on täpselt põhjus, miks söövitav SCC risk on temperatuuri-versus-kontsentratsiooni diagrammil õigesti esitatud piirikõverana, mitte ühekordse läbimise/tõrke lävena. Protsess, mis tundub madala kontsentratsiooni ja mõõduka temperatuuri korral ohutu, võib sattuda riskiterritooriumile, kui kumbki muutuja suureneb, isegi mõõdukalt.

Kas sensibiliseerimine muudab roostevaba terase söövitavale pragunemisele vastuvõtlikumaks?

Jah, - sensibiliseerimine, kroomkarbiidide moodustumine terade piiridel ebaõigest kuumtöötlemisest või aeglasest-jahutusega keevitusest, alandab tõhusat pragunemisläve, luues kroomi-vaesestatud rajad, mille mööda võivad söövitavad rünnakud koonduda.

Sensibiliseerimine tekib siis, kui roostevaba terast hoitakse või jahutatakse aeglaselt umbes 425–870 kraadi ulatuses, võimaldades kroomil ühineda süsinikuga ja sadestuda kroomkarbiididena piki terade piire. See kahandab kohapeal kroomi vahetult naabermetallis, õõnestades passiivset kilet just seal, kus kipuvad tekkima praod.

Kuigi aluse pragunemise mehhanism töötab ka tundlikul materjalil, on sensibiliseerimine laialdaselt tunnustatud kui tegur, mis nihutab temperatuuri-kontsentratsiooni piiri vales suunas - veel üks põhjus madala süsinikusisaldusega ("L" klassi) või stabiliseeritud roostevaba teras, ja õigesti teostatud keevisõmbluse kuumtöötluse järgsed-kuumtöötlusseadmed on levinud nõuded kaustilise hoolduse korral.

Kas dupleks- või super{0}}austeniitse roostevaba teras on usaldusväärne versiooniuuendus 304/316?

Kõrgema -legeeritud roostevaba terase klassid, nagu 904L ja 6% molübdeeni super-austeniidi perekond, pakuvad agressiivses töös üldiselt oluliselt paremat vastupidavust kui 304/316, kuid söövitav pragunemiskindlus ei skaleeru sulami sisuga samamoodi, nagu seda teeb punkttakistus konkreetses keskkonnas siiski -.

Kloriidiga -käiva pragunemise ja täppide tekitamise korral suurendab suurem nikli- ja molübdeenisisaldus usaldusväärselt rohkem vastupidavust ning see muster on austeniitsete klasside puhul hästi dokumenteeritud. Söövitavad keskkonnad käituvad erinevalt: mõned uuringud näitavad, et molübdeenisisaldus, mis on väga kasulik kloriidide rünnaku vastu, ei pruugi olla kasulik nikli -sulami söövituskindluse osas, samas kui kroom jääb suure söövitava kontsentratsiooni korral üldiselt soodsaks. See tähendab, et kvaliteediklass valiti puhtalt seetõttu, et see toimis hästi kloriidide - 904L, 6Mo super-austeniidi või nikli-molübdeenisulami - vastu, ei tohiks eeldada, et see parandaks proportsionaalselt söövitavat teenust, kontrollimata andmeid hüdroksiidikeskkonna, mitte kloriidi keskkonna kohta.

Millal peaksid niklisulamid roostevaba terase söövitamiseks asendama?

Niklisulamid muutuvad standardseks valikuks, kui töötingimused ületavad roostevaba terase praktilise lagi - ligikaudu üle 50% NaOH kontsentratsiooni koos temperatuuriga üle umbes 93 kraadi või mis tahes teenusega, mille puhul eeldatakse püsivat kokkupuudet ligikaudu 100 kraadi juures -, kus kaubanduslikult puhas nikkel pakub rühma suurimat varu.

Niklisulamite üldine muster on selge isegi siis, kui täpsed arvud varieeruvad olenevalt allikast: kõrgem niklisisaldus on korrelatsioonis madalama üldise korrosioonikiirusega ja suurema vastupidavusega söövitavale rünnakule, mistõttu kaubanduslikult puhas nikkel - ei ole roostevaba teras ja mitte tingimata kõige tugevamalt legeeritud niklisulam - on sageli kõige raskemate teenuste võrdlusmaterjal.

Kas sulam 600 on tegelikult söövitava pragunemise suhtes immuunne?

Ükski - Alloy 600 ei talu söövitust palju paremini kui roostevaba teras ja seda kasutatakse laialdaselt kuumade leevitamise teenustes, kuid see pole immuunne ning dokumenteeritud laboratoorsed ja välijuhtumid näitavad, et see võib praguneda temperatuuri, kontsentratsiooni ja kokkupuuteaja piisavalt tugeval kombinatsioonil.

See on oluline nüanss kõigile, kes eeldavad, et niklisulami uuendamine kõrvaldab söövitava pragunemise ohu täielikult. Katsetingimustes on näidatud, et sulam 600 praguneb õhuvabas 10% NaOH lahuses temperatuuril 315 kraadi (600 kraadi F) ja tööstuslikud kogemused kinnitavad, et pärast pikaajalist kasutust võivad sulam 600 kuumas söövitavas keskkonnas ikkagi pragusid tekitada, kuigi see ületab oluliselt roostevaba terast.

Sulami 600 pragunemiskäitumist on seostatud ka elektrokeemilise potentsiaaliga, kusjuures maksimaalne vastuvõtlikkus on täheldatud potentsiaalidel, mis on ligikaudu 200 mV positiivsemad kui materjali loomulik korrosioonipotentsiaal -, mis tähendab, et elektrokeemilist potentsiaali mõjutavad protsessitingimused, mitte ainult temperatuur ja kontsentratsioon, võivad mõjutada pragunemise algust. Uuemad sulamid, nagu sulam Alloy 690, mis sisaldab oluliselt rohkem kroomi, on kasutusele võetud mõnedes kõige nõudlikumates söövitavates ja kõrgetemperatuurilistes{5}}teenustes, et parandada Alloy 600 pikaajalist-jõudlust.

Kas peale temperatuuri ja kontsentratsiooni mõjutavad söövitava SCC riski ka muud tegurid?

Jah, - ladestused, galvaaniline sidestus, rakendatud elektrokeemiline potentsiaal ja keevitamisel tekkiv jääkpinge nihutavad efektiivset pragunemisläve, mistõttu tekivad tegelikud söövitavad SCC tõrked sageli tingimustes, mis on leebemad, kui laboritemperatuuri{2}}kontsentratsiooni diagrammid üksi ennustavad.

Ladestused ja praod: poorsed ladestused (nagu magnetiit aurugeneraatori teenistuses) võivad söövitavad ained lokaalselt kontsentreerida ja tekitada galvaanilise sideme, mis nihutab niklisulami elektrokeemilise potentsiaali pragunemistundlikule-alale, isegi kui lahus tundub mahe.

Rakendatud elektrokeemiline potentsiaal: sulami 600 pragunemistundlikkus saavutab oma korrosioonipotentsiaaliga võrreldes maksimumi konkreetse potentsiaalivahemiku juures, mis tähendab, et protsessi keemia, mis ei ole lihtne kontsentratsioon ja temperatuur, võib olla oluline.

Jääkpinge: keevitamine, külmvormimine ja ebapiisav pinge leevendamine suurendavad kohalikku tõmbepinget, mida söövitav SCC peab käivitama -, selle pinge vähendamine õige keevitusjärgse-kuumtöötluse abil vähendab riski sõltumata materjali valikust.

Saasteained: on teatatud, et sellised liigid nagu pliioksiid ja naatriumtiosulfaat kiirendavad söövitavat pragunemist, samas kui teised, sealhulgas titaandioksiid, on näidanud mõnes niklisulami süsteemis pärssivat toimet.

Mida peaksid insenerid tegema, et hallata SCC söövitavat riski praktikas?

Sobitage sulam tegeliku töötemperatuuri -kontsentratsioonikombinatsiooniga (mitte ainult nominaalse konstruktsioonipunktiga), vähendage keevitamise jääkpingeid ja vältige eeldust, et ükski sulam -, sealhulgas niklisulamid - on tingimusteta immuunne.

Joonistage tegelik protsessi tööpiirkond -, sealhulgas käivitus-, häire- ja kontsentratsioonimuutused, mitte ainult nominaalsed püsioleku-tingimused - ja kandidaatsulami temperatuuri-kontsentratsiooni pragunemise piirid.

Sensibiliseerimisega-seotud riski vähendamiseks määrake madala-süsinikusisaldusega või stabiliseeritud klassid ja õigesti teostatud keevitus-järgne kuumtöötlus, kus keevitatud roostevaba teras puutub kokku püsivalt söövitava ainega.

Käsitlege kloriidikindluse jaoks väljatöötatud andmeid kui{0}}kaustilisele teenusele ülekantavaid; enne täiendamist kontrollige sulami toimivust söövitavate -katseandmete põhjal, tuginedes ainult löögikindluse mandaatidele.

Teenuste puhul, mille NaOH sisaldus on üle ligikaudu 50% ja 93 kraadi või mis tahes pidev kokkupuude temperatuuril üle 100 kraadi, hinnake niklisulamiid, selle asemel, et jätkata roostevaba terase surumist üle selle dokumenteeritud hoolduse ülemmäära.

Isegi pärast niklisulami valimist võtke arvesse sademe moodustumise tingimusi-, galvaanilist sidet ja elektrokeemilist potentsiaali konkreetses süsteemis, kuna on näidatud, et need tegurid kutsuvad esile pragunemise väljaspool "ohutut" tsooni, mida soovitavad ainult temperatuur ja kontsentratsioon.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on roostevaba terase 316 maksimaalne temperatuur seebikivi teenuses?

Ligikaudu 93 kraadi (199 kraadi F) on laialdaselt tsiteeritud standardse austeniitse roostevaba terase üldine kasutuslagi NaOH-s kuni umbes 50% kontsentratsiooniga; sellest kõrgemal temperatuuril suureneb nii üldine korrosiooni- kui ka pragunemise oht.

Kas lahjendatud NaOH lahustes võib tekkida söövitav korrosioonipragu?

Jah, kuid see nõuab palju kõrgemat temperatuuri. Umbes 1% NaOH-ga lahjendatud lahuste pragunemise tendentsi on teatatud üle umbes 200 kraadi (392 kraadi F), mis on tunduvalt kõrgem kui enamik roostevabast terasest leevitamise teenust tegelikult töötab.

Kas söövitav SCC on sama mis kloriidi pingekorrosioonipragunemine?

Ei. Need on erinevad mehhanismid, mida juhivad ühel juhul erineva keemilise koostisega - kloriidioonid, teisel juhul kuumad kontsentreeritud hüdroksiidilahused - ja sulam, mis on valitud ühele vastupidavaks, ei pea automaatselt teisele vastu.

Kas kaubanduslikult puhas nikkel on söövitava pragunemise suhtes immuunne?

See pakub tavaliste tehniliste sulamite seas kõige laiemat vastupidavust, mida saab kasutada isegi sulanud veevabas NaOH-s temperatuuril kuni ligikaudu 538 kraadi, kuid allikad erinevad selle poolest, kas see jääb veidi vastuvõtlikuks üle 300 kraadi või on praktiliselt immuunne, seega ei tohiks seda käsitleda tingimusteta pragunemiskindlana iga äärmusliku stsenaariumi korral.

Miks Alloy 600 mõnikord söövitavas hoolduses mõraneb, hoolimata sellest, et see on soovitatav uuendus?

Alloy 600 ületab oluliselt roostevabast terasest kuumas söövitavas keskkonnas, kuid see ei ole immuunne - dokumenteeritud juhtumid näitavad pragunemist pärast pikaajalist kokkupuudet ja spetsiifilistes elektrokeemilistes tingimustes, eriti kõrgel temperatuuril ja kontsentratsioonil.