Mis on korrosioon ja kuidas seda vältida

Punkkorrosioon on üks ohtlikumaid ja petlikumaid materjalide lagunemise vorme inseneritöös. Erinevalt pinnaroostest, mida on lihtne näha, ründab see ühest mikroskoopilisest punktist, puurides sügavale metalli, jättes suurema osa pinnast puutumata. Selleks ajaks, kui süvend on palja silmaga nähtav, võib see olla juba piisavalt sügavale tunginud, et põhjustada konstruktsiooni purunemist, rõhu leket või katastroofilist riket. See on vastutav ebaproportsionaalselt suure osa korrosiooniga-seotud tööstusõnnetuste, torujuhtmete rikete ja komponentide asendamise eest kogu maailmas.

Selles artiklis selgitatakse, mis on punktkorrosioon, miks see juhtub, millised materjalid on kõige haavatavamad, kuidas mõõta vastupidavust teaduslike vahenditega, nagu PREN-indeks, ja -, mis kõige tähtsam, - kuidas seda ennetada nutika materjalivaliku, disaini ja hoolduse abil.

Mis on punktkorrosioon?

Punkkorrosioon on elektrokeemilise rünnaku lokaalne vorm, mille käigus moodustuvad väikesed õõnsused -, mida nimetatakse aukudeks - ja tungivad metallpinda. Kui üldine korrosioon levib ühtlaselt üle pinna ning seda on suhteliselt lihtne jälgida ja ennustada, siis täppide moodustumine on koondunud pisikestesse kohtadesse, mille läbimõõt on sageli väiksem kui 1 mm, kuid potentsiaalselt mitme millimeetri sügavusel materjali sees.

Mõelge sellele järgmiselt: kujutage ette kahte stsenaariumi, kus vesi kahjustab puitpõrandat. Esimesel korral muutub kogu põrandapind niiskeks ja paisub ühtlaselt - näete probleemi kohe. Teises mädaneb üks peidetud torutilk puitu aeglaselt ühest kohast allapoole, jättes ülejäänud põranda täiesti korralikuks kuni päevani, mil teie jalg sellest läbi läheb. Punktkorrosioon on teine ​​stsenaarium ja see on palju ohtlikum.

Kuidas Pitting algab: passiivne filmi jaotus

Enamik korrosioonikindlaid -metalle -, sealhulgas roostevaba teras ja niklisulamid - on kaitstud õhukese nähtamatu oksiidikihiga, mida nimetatakse passiivkileks. Roostevaba terase puhul on see kile peamiselt kroomoksiid (Cr₂O3), vaid mõne nanomeetri paksune, kuid erakordselt tõhus, et takistada hapniku ja niiskuse jõudmist alloleva metallini.

Punktide eemaldamine algab siis, kui see passiivne kile on lokaalselt katki. Rikkumise käivitavad tavaliselt agressiivsed ioonid -, kõige sagedamini soolase vee kloriidioonid (Cl⁻), -jääsulatussoolad või tööstuskemikaalid. Kloriidiioonid on väikesed, väga liikuvad ja keemiliselt agressiivsed. Nad ründavad passiivset kilet eelistatavalt nõrkades kohtades: pinnakriimud, lisandid (pisikesed lisandite osakesed metallis), terade piiride ristumiskohad või jääkpingega alad.

Kui passiivne kile mingis punktis laguneb, moodustub elektrokeemiline rakk. Kaevu sees olev paljas metall muutub anoodiks (kus metall lahustub), samas kui ümbritsev terve pind muutub katoodiks. Süvend on nüüd isemajandav: sees olev keemia muutub üha happelisemaks ja kloriidi-rikkamaks, kiirendades metallide lahustumist, samas kui ümbritseval pinnal olev passiivne kile pärsib aktiivselt korrosioonikiirust kõikjal mujal. Seetõttu kasvavad kaevud allapoole, mitte väljapoole.

Kaevu arengu kolm etappi

Algatamine: Passiivkile laguneb nõrgas kohas. Nähtavaid kahjustusi veel pole. Sõltuvalt keskkonnast ja materjalist võib kestus olla päevadest kuni aastateni.

Paljundamine: Kasvab aktiivne süvend. Metall lahustub süvendis kiireneva kiirusega. Süvend võib olla peidetud korrosioonitoote korgi alla, muutes visuaalse tuvastamise keeruliseks.

Läbitung: süvend saavutab kogu seinapaksuse, põhjustades läbiva-ava, lekke või konstruktsiooni rikke. Surve all olevates süsteemides on see katastroofiline rike.

Miks korrosioon on oluline: hind

Punkkorrosioon ei ole ainult laborikontseptsioon -, see on kallis, ohtlik ja laialt levinud tööstusprobleem. 2016. aasta NACE Internationali (nüüd AMPP) uuringus hinnati korrosiooni ülemaailmseks aastaseks kuluks 2,5 triljonit USA dollarit, mis moodustab ligikaudu 3,4% maailma SKTst. Punktide tekitamine ja lokaalne korrosioon moodustavad sellest kogusummast märkimisväärse osa.

Tabel 1 --Punktkorrosiooni tegelik mõju maailmas tööstuse järgi

Allikad: NACE International Cost of Corrosion Study (2016); USA FHWA korrosiooniaruanne; USAF-i korrosiooni ennetamise ja kontrolli programmi andmed.

Millised metallid on süvendite tekke suhtes kõige haavatavamad?

Peaaegu iga passiivne metall võib õigetes - või pigem valedes - tingimustes süvendada. Peamine muutuja on passiivse kile stabiilsus konkreetses keskkonnas. Allolev tabel reastab levinumaid tehnilisi metalle ja sulamid nende lööbekindluse järgi, alates kõige haavatavamast kuni kõige vastupidavamani.

Tabel 2 - Levinud tehniliste materjalide haavatavuse tuvastamine

PREN=%Cr + 3.3(×%Mo) + 16(×%N). *Titanium kasutab teistsugust korrosioonimehhanismi ja PREN ei ole otseselt rakendatav. PREN Suurem või võrdne 40 on mereveeteenuse üldine lävi.

PREN-indeksi mõistmine: teie löögikindluse tulemuskaart

PREN) on kõige laialdasemalt kasutatav üksik{0}}arvuindeks roostevaba terase ja niklisulamite punktide tekitamise takistuse võrdlemiseks. See destilleerib sulamite keeruka keemia üheks punktiks, võimaldades inseneridel enne üksikasjalikuma testimise läbiviimist materjalid kiiresti järjestada.

PREN valem

Iga PREN-i valemis sisalduv element annab erinevalt panuse punktide purunemise vastupanu. Kroom moodustab esmase passiivse kile. Molübdeeni kaal on 3,3 korda suurem kui kroomil, kuna see stabiliseerib passiivset kilet kloriidikeskkonnas märkimisväärse efektiivsusega - molübdeenisisalduse 1% suurenemine parandab vastupidavust täppide tekkele ligikaudu kolm korda rohkem kui kroomi 1% suurenemine. Lämmastikku kaalutakse 16 korda, mistõttu on see kaaluühiku kohta kõige võimsam PREN-võimendi, mistõttu lisavad superdupleks- ja superausteniitsed roostevabad terased teadlikult lämmastikku.

Tabel 3 - Kuidas legeerivad elemendid aitavad kaasa torkekindlusele

PREN Suurem või võrdne 40: tööstusharu üldine lävi merevee kahjustuskindluse osas. PREN Suurem või võrdne 25: minimaalselt soovitatav sooja kloriidi keskkonna jaoks. PREN<20: Avoid in any chloride-containing service.

Keskkonnategurid, mis käivitavad ja kiirendavad aukude teket

Materjali valik on vaid pool punktide määramise võrrandist. Keskkond määrab, kas süvendid algavad ja kui kiiresti see edeneb. Allolevas tabelis on ära toodud peamised keskkonnamuutujad ja nende mõju löögiriskile.

Tabel 4 - Punktkorrosiooniriski mõjutavad keskkonnategurid

Kuidas vältida täppide korrosiooni

Punktkorrosioon on peaaegu alati välditav, kui projekti õiges etapis võetakse õiged meetmed. Ennetus toimib viiel kihil: materjali valik, pinna ettevalmistamine, projekteerimine, töökontroll ja seire. Kõige tõhusamad ennetusprogrammid kasutavad kõiki viit kihti korraga.

1. kiht: materjali valik - Sobitage PREN keskkonnaga

Ainus kõige tõhusam aukude ennetamise strateegia on piisava PREN-iga materjali valimine kavandatud teenuse kloriidikontsentratsiooni ja temperatuuri jaoks. Allolev tabel annab juhised materjalide valimiseks keskkonna järgi.

Tabel 5 - Soovitatav materjal keskkonna ja kloriiditaseme järgi

2. kiht: pinna ettevalmistamine - Kaitske passiivkilet

Suurepärase sulamikeemiaga roostevabast terasest komponent võib siiski süvendada, kui selle pind on saastunud või kahjustatud. Kõik roostevabast terasest tooted, mis puutuvad kokku kloriidi-sisaldava keskkonnaga, peavad saama minimaalselt järgmised pinnatöötlused:

Söötmine: töötlemine happelahusega (tavaliselt lämmastik/vesinikfluoriidhape või sidrunhape), et lahustada pinna rauasaaste, keeviskatlakivi ja keevitamisel tekkiv kuumus. Marineerimine eemaldab passiivsed kiledefektid, mis toimivad süvendi initsiatsioonikohtadena.

Passiveerimine: kokkupuude oksüdeeriva happega (tavaliselt lämmastikhape vastavalt ASTM A967 või sidrunhape vastavalt ASTM A967), et reformida ja paksendada passiivset oksiidkilet ühtlaselt pärast peitsimist või mehaanilist tööd.

Pinna viimistlus: siledamatel pindadel (madalam Ra) on vähem mikro{0}}pragusid ja need on vähem altid kloriidi adhesioonile. 2B või BA viimistlus on söövitava hoolduse jaoks minimaalne; a No. 4 või elektropoleeritud viimistlus on eelistatud-kõrge riskiga rakenduste jaoks.

Vältige rauaga saastumist: roostevabast terasest pindadel ei tohi kunagi kasutada süsinikterasest tööriistu, harju ega lihvkettaid. Sisseehitatud rauaosakesed loovad galvaanilised rakud, mis algatavad punktide tekke.

3. kiht: kujundage - kõrvaldage praod ja seisvad tsoonid

Lõhekorrosioonil ja täppidel on sama elektrokeemiline mootor. Hea projekteerimistava välistab geomeetrilised tingimused, mis kontsentreerivad kloriide ja kahandavad hapnikku:

Täpsustage täis{0}}läbivööga põkk-keevisõmblused, mitte aga pragusid tekitavad vuugid või lõikeõmblused.

Tühjendage kõik anumad täielikult; disain, et vedelik ei seisaks, kui süsteemid on tühikäigul. Seisvad kloriidilahused kontsentreeruvad aja jooksul.

Määrake PTFE-st, kummist või sulamist tihendid, mis vastavad äärikuga materjali korrosioonikindlusele. Tavalised kiudtihendid võivad kontsentreerida kloriide.

Vältige roostevabast terasest liitmike keermestamist süsinikterasest korpusesse. Disain ääriku- või põkk-keevisühenduste jaoks, kus esineb aukude tekkimise oht.

Seiskumise ja kloriidide kontsentratsiooni vältimiseks hoidke kõigis vedelikku{1}}kandvates torudes minimaalsed voolukiirused üle 0,5 m/s.

4. kiht: töö juhtimine - Halda keemiat

Kontrollida kloriidi kontsentratsiooni protsessi voogudes; vajadusel kasutage ioonivahetust, pöördosmoosi või lahjendamist.

Võimaluse korral hoidke veesüsteemides pH üle 7,0. Kui töötavat pH-d ei ole võimalik säilitada, lisage korrosiooniinhibiitoreid.

Piirake töötemperatuur alla määratud sulami kriitilise punktide tekke temperatuuri (CPT). Iga 10-kraadine tõus CPT-st kiirendab dramaatiliselt kaevu teket.

Loputage ja kuivatage süsteeme nende kasutusest kõrvaldamisel. Seiskumise ajal seisvad kloriidilahused põhjustavad rohkem kahju kui pidev töö.

5. kiht: jälgimine - Tuvasta enne, kui on liiga hilja

Ultraheli testimine (TÜ): mõõdab seina paksust väljastpoolt; tuvastab süvendi sügavuse ilma tootega kokku puutumata. Kõige kuluefektiivsem{1}}rutiinne jälgimismeetod.

Elektrokeemilise müra (EN) analüüs: tuvastab aktiivsete süvendite tekitatud kõikuvad elektrokeemilised signaalid. Kasulik tundlike süsteemide-reaalajas jälgimiseks.

Pöörisvoolu testimine (ECT): tõhus õhukese{0}}seinaga torude ja korpuse-ja -toru soojusvahetite aukude tuvastamiseks ilma süsteemi tühjendamata.

Visuaalne + endoskoopiline kontroll: efektiivne ligipääsetavate pindade puhul; mida piiravad keerukas geomeetrias

Viis levinumat korrosiooniviga

Korduma kippuvad küsimused

Need on küsimused, mida insenerid, hooldusmeeskonnad ja hankejuhid punktkorrosiooniga tegelemisel kõige sagedamini küsivad.

K: Kuidas punktkorrosioon välja näeb?

V: Punktid ilmnevad väikeste, eraldiseisvate aukude või õõnsustena metallpinnal, mida sageli ümbritseb rooste või korrosiooniprodukt. Süvendid võivad ulatuda mikroskoopilistest (ilma suurenduseta raskesti nähtavad) kuni mitme millimeetrise läbimõõduni. Roostevabast terasest ümbritsev pind tundub sageli täiesti kahjustamata, mis muudab täppide tekke visuaalselt petlikuks. Kaevu sees on metallpind kare ja ebakorrapärane, lokaalselt madala pH-ga (sageli pH 2–3) ja kõrge kloriidikontsentratsiooniga.

K: Kas punktkorrosioon on sama mis rooste?

V: Ei, kuigi need on omavahel seotud. Rooste on teatud tüüpi üldine korrosioon, mis esineb süsinikterasel ja tekitab raudoksiidi (Fe₂O₃), mille tunneb ära selle oranži-pruuni värvi järgi. Punktide tekitamine on lokaalne rünnak, mis võib tekkida passiivsetele metallidele, nagu roostevaba teras, alumiinium ja niklisulamid, mis traditsioonilises mõttes ei roosteta. Roostevabast terasest komponendil võivad tekkida aktiivsed lohud, mille pinnal ei ole näha oranži roostet -, mis muudab täkkeid ohtlikumaks ja raskemini tuvastatavaks kui üldine roostetamine.

K: Mis on kriitiline aukude temperatuur (CPT)?

V: kriitiline täppide tekke temperatuur (CPT) on temperatuur, millest kõrgemal hakkab sulam standardiseeritud kloriidi katselahuses auke tekkima. See on sulami iseloomustuse põhiparameeter. Näiteks SS 316L CPT on merevee tingimustes umbes 15–18 kraadi, samas kui super duplex 2507 CPT on üle 50 kraadi ja Inconel 625 CPT üle 100 kraadi. Materjali valimisel peab CPT ületama maksimaalset kasutustemperatuuri sobiva ohutusvaruga.

K: Kas punktkorrosiooni saab parandada?

V: Pinna väiksemaid täkkeid saab mõnikord kõrvaldada lihvimise, uuesti{0}}keevitamise või elektropoleerimisega, millele järgneb passiveerimine. Kuid-seina või ulatusliku sisemise aukude tõttu on tavaliselt vaja komponente välja vahetada. Survetorustikus on igasugune läbi-seinaava koodi mittevastavus-, mis nõuab viivitamatut tegutsemist. Ennetamine on alati kuluefektiivsem- kui remont: 6-tollise roostevabast terasest toruosa, mis on kahjustatud aukudega, võib ennetava hoolduse käigus maksta 50–200 dollarit; sama rike, mis põhjustab hädaseiskamist, võib olenevalt protsessist maksta 100 000 kuni 10 miljonit dollarit.

K: Kas värv või kate takistab roostevaba terase plekkide tekkimist?

V: Roostevabale terasele ei kasutata tavaliselt täppide tekke vältimiseks kaitsekatteid, kuna õige kvaliteedi valimisel pole need enamikes kasutustingimustes vajalikud. Teatud väliskeskkondades (maetud ehitised, veealused avamerekomponendid, väga agressiivne tööstuskeskkond) võib aga kõrge -PREN-i roostevaba terase või niklisulami kombinatsioon koos kaitsekatte ja/või katoodkaitsega olla optimaalne tehniline lahendus. Roostevaba terase pinnakatete puhul on oht, et mis tahes kattedefekt (puhkus) koondab katoodkaitsevoolu ja võib mõnes konfiguratsioonis defektikohas korrosiooni tegelikult kiirendada.

Järeldus

Punkkorrosioon on petlik, ohtlik ja kulukas, - kuid see on ka etteaimatav ja ennetatav. Teadus on hästi välja kujunenud, takistuse mõõtmise vahendid (PREN, CPT testimine, elektrokeemiline hindamine) on laialdaselt kättesaadavad ja ennetusmeetmed on tõestatud. Lõhe projekti, mis kannatab tõrgeteta, ja projekti vahel, mis seda ei tee, on peaaegu alati lünk materjali spetsifikatsioonis, pinnatöötluses või projekteerimispraktikas - mitte lünk inseneriteadmistes.

Põhisõnum on lihtne: valige oma keskkonna jaoks piisava PREN-iga materjal, kaitske selle passiivset kilet korraliku peitsimise ja passiveerimisega, kõrvaldage oma disainis praod ja paigalseisvad tsoonid ning jälgige varajasi rünnaku märke. Need sammud, mida rakendatakse järjepidevalt, kõrvaldavad praktiliselt punktkorrosiooni kui rikkerežiimi kogu süsteemi kogu kasutusea jooksul.

Roostevaba terase ja niklisulamite rakenduste puhul on õige klassi valik kõige võimsam üksiktoiming, mida insener saab teha. SS 304 versioonile SS 316L uuendamine nõrgas kloriidikeskkonnas või alatesSS 316Ljuurdedupleks 2205raskes keskkonnas maksab murdosa ühest planeerimata seiskamisest. See investeering tasub end ära mitmekordselt ära hoitud hoolduse, ennetatud rikete ja kaitstud maine näol.