Korozja wżerowa to miejscowa forma niszczenia, w której ochronna pasywna warstwa ulega lokalnemu zerwaniu w punktowych miejscach i tworzą się małe, głębokie ubytki, podczas gdy otaczająca powierzchnia pozostaje jasna i pozornie nienaruszona. Najczęściej wiąże się to z atakiem jonów chlorkowych na stale nierdzewne, stopy aluminium i inne metale pasywne, i jest niebezpieczna nieproporcjonalnie do ilości utraconego metalu.
Stopy pasywne, takie jak stal nierdzewna, zawdzięczają odporność korozyjną cienkiej, bogatej w chrom warstwie tlenkowej o grubości zaledwie kilku nanometrów. Wżerowanie zaczyna się, gdy ta warstwa miejscowo zawodzi, zwykle przy wtrąceniu, zadrapaniu lub w punkcie bogatym w chlorki, odsłaniając maleńki obszar gołego metalu w kontakcie z elektrolitem.
Ten odsłonięty punkt staje się małą, silnie aktywną anodą otoczoną dużą, pasywną katodą. W efekcie powstaje wąski wżer, który rośnie w głąb ściany, podczas gdy większość powierzchni pozostaje nienaruszona.
Wewnątrz rosnącego wżeru zachodzą reakcje chemiczne utrzymujące proces samodzielnie, stąd nazywa się go autokatalitycznym. Metal rozpuszcza się u podstawy wżeru, gdy M przechodzi w M(n+) oraz elektrony. Te kationy ulegają hydrolizie z wodą, uwalniając jony wodorowe i obniżając lokalne pH w kierunku silnie kwaśnych wartości.
Aby zrównoważyć dodatni ładunek, jony chlorkowe przemieszczają się do wnętrza wżeru, koncentrując się tam. Niskie pH i wysokie stężenie chlorków utrzymują metal u podstawy wżeru w stanie aktywnego rozpuszczania i uniemożliwiają ponowne utworzenie warstwy pasywnej, dzięki czemu wżer pogłębia się sam. Zasłonięta geometria ogranicza dyfuzję, zatrzymując agresywny elektrolit.
Ta zamknięta pętla kwasowej chemii jest ściśle związana z korozją szczelinową , która wykorzystuje tę samą zasadę zamkniętej komórki pod uszczelkami, osadami i zakładkami.
Element może stracić znikomy ułamek całkowitej masy i mimo to ulec awarii wskutek wżerowania, ponieważ uszkodzenia koncentrują się w kilku głębokich punktach zamiast rozkładać równomiernie. Pojedynczy wżer może przebić ściankę rury lub denko zbiornika i spowodować przeciek, podczas gdy pomiar korozji ogólnej wciąż wskaże stop jako zdrowy.
Wżery są także koncentratorami naprężeń i są częstym miejscem inicjacji pęknięć korozyjno-naprężeniowych oraz pęknięć zmęczeniowych. Ponieważ są małe na powierzchni i często ukryte przez produkty korozji, łatwo je przeoczyć przy pobieżnej inspekcji.
Pitting Resistance Equivalent Number, czyli PREN, ocenia wewnętrzną odporność stopu na wżerowanie na podstawie jego składu. Powszechnie używana forma to PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N, przy czym wszystkie wartości wyrażone są w procentach wagowych. Chrom buduje warstwę pasywną, molibden stabilizuje ją względem chlorków, a azot wzmacnia oba efekty. Wyższe PREN oznacza, że stop toleruje większe stężenie chlorków i wyższą temperaturę zanim zacznie się wżerowanie. PREN jest wskazówką porównawczą, a nie absolutnym limitem eksploatacyjnym, ponieważ pomija wykończenie powierzchni, wtrącenia i specyficzne środowisko.
| Stop (typ) | Cr % | Mo % | N % | Przybliżony PREN |
|---|---|---|---|---|
| 304 austenityczna | 18.0 | 0.0 | 0.05 | ~19 |
| 316 austenityczna | 17.0 | 2.1 | 0.05 | ~25 |
| 2205 duplex | 22.0 | 3.0 | 0.17 | ~35 |
| 254 SMO (6Mo austenityczna) | 20.0 | 6.1 | 0.20 | ~43 |
To, czy wżery się zainicjują i będą propagować, zależy od metalu, elektrolitu i lokalnej geometrii działających razem. Poniższa tabela podsumowuje główne dźwignie i ich wpływ na ryzyko.
| Czynnik | Wpływ na ryzyko wżerowania |
|---|---|
| Stężenie chlorków | Wyższe stężenie chlorków gwałtownie zwiększa ryzyko; główne agresywne jony |
| Temperatura | Ryzyko rośnie wraz z temperaturą powyżej krytycznej temperatury wżerowania stopu |
| PREN stopu (Cr, Mo, N) | Wyższy PREN podnosi próg inicjacji, zmniejszając ryzyko |
| Stagnacja / niski przepływ | Strefy stagnacji pozwalają na koncentrację chlorków i osadów, zwiększając ryzyko |
| Osady na powierzchni i chropowatość | Szczeliny pod nalotem i chropowate wykończenia zatrzymują elektrolit, zwiększając ryzyko |
| Potencjał utleniający (np. jony ferryczne, chlor) | Podnosi potencjał powyżej progu wżerowania, zwiększając ryzyko |
| pH | Niższe pH w masie zmniejsza odporność; silne kwasy poszerzają zakres wżerowania |
Ponieważ wżery są małe i ukryte, wykrywanie opiera się na dokładnej inspekcji wzrokowej przy dobrym oświetleniu i powiększeniu, badaniach penetracyjnych barwnikiem dla wżerów przerywających powierzchnię oraz pomiarach grubości ścianki rur i zbiorników metodami prądów wirowych lub ultradźwiękowymi.
Głębokość wżeru ma większe znaczenie niż ich liczba, więc przydatne są przyrządy i odwzorowania (replicy), które ilościowo określają głębokość. Testy elektrochemiczne, takie jak cykliczna polaryzacja potencjodynamiczna, mierzą w warunkach laboratoryjnych potencjał zapoczątkowania wżerowania materiału.
Potwierdzenie, że zainstalowany materiał ma określoną klasę przez pozytywną identyfikację materiału , wykrywa częstą usterkę polegającą na przypadkowej podmianie na stop o niższym PREN.
Zapobieganie zaczyna się od doboru stopu: wybierz PREN z zapasem ponad przewidywane stężenie chlorków i zakres temperatur pracy, i określ krytyczną temperaturę wżerowania dla obciążeń wymagających wysokiej niezawodności. Projektuj tak, aby eliminować stagnację, stosuj układy samoodpływowe, odpowiednią prędkość przepływu i brak martwych odgałęzień.
Utrzymuj powierzchnie czyste i wolne od osadów chlorków, zanieczyszczeń żelazem oraz odbarwień termicznych spawów, ponieważ trawienie i pasywacja przywracają warstwę pasywną. Kontroluj chemię wody, aby ograniczyć chlorki i substancje utleniające, oraz stosuj ochronę katodową tam, gdzie powłoka lub konstrukcja podziemna ją uzasadniają.
Usystematyzowane interwały inspekcji zamieniają te działania w program utrzymania, a nie jednorazowy zabieg. Fabrico pomaga zespołom niezawodności zaplanować kontrole chlorków, przeglądy grubości i rundy inspekcyjne, aby wżerowanie było wykrywane wcześnie; możesz zarezerwować demo Fabrico , aby zobaczyć przebieg pracy.
Stal nierdzewna opiera odporność na warstwie tlenkowej pasywnej, a nie na bezwładności metalu. Jony chlorkowe mogą miejscowo przerwać tę warstwę, a gdy odsłonięty zostanie goły metal, kwaśna, bogata w chlorki chemia we wnętrzu wżeru uniemożliwia ponowne utworzenie warstwy, więc atak koncentruje się w tym punkcie.
To zależy od środowiska. Standardowa 316 o PREN około 25 radzi sobie z łagodnymi warunkami chlorkowymi, duplex 2205 przy około 35 nadaje się do bardziej agresywnych wód, a gatunki 6Mo powyżej 40 są stosowane w wodach morskich. PREN jest rankingiem porównawczym, więc zawsze dopasowuj go do rzeczywistego poziomu chlorków i temperatury.
Korozja ogólna usuwa metal w miarę równomiernie i jest łatwa do zmierzenia oraz przewidzenia. Wżerowanie usuwa bardzo mało metalu łącznie, ale koncentruje go w głębokich, wąskich jamach, które mogą przebić ściankę, więc element może ulec awarii, podczas gdy ogólne odczyty grubości nadal wyglądają akceptowalnie.
Tak. Wżery działają jako koncentratory naprężeń i są częstymi miejscami inicjacji pęknięć korozyjno-naprężeniowych oraz pęknięć zmęczeniowych. Kontrola wżerowania zmniejsza zatem także ryzyko tych nagłych uszkodzeń przez pęknięcie.
Zaloguj
Blog
