Коррозия ям и трещин в нержавеющей стали: причины и профилактика

Нержавеющая сталь определяется по своей коррозионной стойкости,но термин "нержавеющая" описывает семейство сплавов с различной степенью устойчивости, а не материал, который устойчив к коррозии при любых условияхДвумя наиболее значимыми локальными механизмами коррозии, влияющими на использование нержавеющей стали, являются:Коррозия с помощью ямикоррозия трещинОба являются формами локализованной атаки, которые могут вызвать отказ компонента с относительно небольшой общую потерю металла,что затрудняет их обнаружение при визуальном осмотре и потенциально опаснее, чем равномерная коррозия, который прогрессирует предсказуемо и заметно.

Оборудование из нержавеющей стали, устанавливаемое в среде, содержащей хлорид, воздействие прибрежной атмосферы, химическая обработка, системы морской воды,или даже в помещенных бассейнах могут развиться коррозия ям или трещин, несмотря на соответствие требованиям химического состава и механических свойств указанного классаЭто связано с тем, что на локальную коррозию влияет не только состав сплава, но иконцентрация хлорида, температура, pH, доступность кислорода, состояние поверхности и геометрия компонента.Правильный выбор качества необходим, но может быть недостаточным – дизайн, изготовление и техническое обслуживание одинаково важны.

1Быстрое сравнение: проходка в ямах против коррозии трещин

Ключевое понимание:Скважина - это прежде всего взаимодействие материала и окружающей среды пассивная пленка не работает, когда сопротивление скважины сплава недостаточно для уровня хлорида и температуры. Crevice corrosion is a geometry-driven problem — even grades with adequate pitting resistance on exposed surfaces can suffer attack within a crevice where the local environment becomes more aggressive than the bulk environmentЭто различие имеет прямые последствия для выбора класса и практики проектирования.

2- Что такое коррозия в ямах?

Коррозия ям - это форма чрезвычайно локализованной атаки, которая приводит к небольшим полости или ям на поверхности нержавеющей стали.самовосстанавливающийся поверхностный слой, который придает нержавеющей стали ее коррозионную стойкость, локально нарушается и не может репассивироваться из-за присутствия агрессивных ионов, чаще всего хлориды.

Как начинается и распространяется питтинг

1. Пассивная пленка:Ионы хлорида (Cl−) адсорбируются на пассивную пленку в слабых точках, включая границы зерна, поверхностные царапины или области местного изменения состава и нарушают слой оксида.
2. Запуск ямы:После того, как пассивная пленка локально проникает, открытый базовый металл становится анодическим относительно окружающей пассивной поверхности, которая остается катодной.Это создает небольшой анод / большой катод гальванической ячейки, концентрируя коррозионный ток на месте скважины.
3. Распространение в яме:В яме металлическое растворение высвобождает положительно заряженные ионы металла.производство соляной кислоты и снижение рН внутри ямы до значений до 1 ‰ 2Эта кислотная, высокохлоридная среда предотвращает репассивацию и ускоряет растворение металла - автокаталитический процесс, который приводит к углублению ямы.
4. Последствия неисправности:Одна яма может проникать через стенку трубы или оболочку резервуара, вызывая утечку или отказ, в то время как окружающая поверхность выглядит практически нетронутой.Это делает отщепление более опасным, чем равномерная коррозия, где истончение стенки происходит постепенно и обнаруживается измерением толщины.

Факторы, влияющие на коррозию

• Концентрация хлорида:Даже низкие концентрации хлорида могут вызвать высыпание, если нержавеющая сталь не имеет достаточной стойкости к высыпанию при температуре.
• Температура:Критическая температура свертывания (CPT) - это температура, выше которой начинается свертывание для данного класса и хлоридной среды.Качество, которое устойчиво к свертыванию при температуре окружающей среды, может свертываться при температуре 50 °C в той же концентрации хлорида..
• pH:В условиях низкого рН повышается риск возникновения ям, что затрудняет репассивацию.
• Стагнационные условия:Условия застоя или низкого потока позволяют агрессивным ионам концентрироваться на поверхности и предотвращать разбавление местной химической структуры ямы, увеличивая риск попадания в ямы по сравнению с условиями потока.

PREN: количественная мера сопротивления отверстию

Эквивалентное число сопротивления коррозии (PREN) обеспечивает сравнительную меру устойчивости нержавеющей стали к коррозии сопротивления коррозии на основе ее состава сплава:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Хром (Cr) формирует пассивную пленку. Молибден (Mo) стабилизирует пассивную пленку и улучшает ее устойчивость к хлоридам.Азот (N) особенно эффективен в улучшении сопротивления отверстиям, что отражается в его высоком коэффициенте 16.

Приблизительные значения PREN для общих классов:

• 304/304L:PREN ~ 18 20
• 316/316L:PREN ~ 24 26 Улучшенная устойчивость к хлоридам от ~ 2% Mo; стандарт для воздействия прибрежной и морской атмосферы.
• Дуплекс 2205:PREN ~ 34 36 Хорошая устойчивость к хлоридам; подходит для морской воды и многих химических сред.
• Супер дуплекс 2507:PREN ~40 43

Практическое использование PREN в сфере закупок:PREN помогает сравнить относительную прочность различных классов, но это руководство, а не гарантия безкоррозионного обслуживания.Фактическое сопротивление в конкретном применении зависит от концентрации хлорида.PREN следует использовать в качестве инструмента скрининга для узкого выбора класса, после чего проводится оценка по конкретным условиям эксплуатации.

3Что такое коррозия трещин?

Коррозия трещин - это локальное нападение, которое происходит в узких, защищенных пространствах, где местная среда может стать значительно более агрессивной, чем массовая среда за пределами трещины.Он более коварный, чем ямки, потому что он атакует нержавеющую сталь в местах, которые скрыты от визуального осмотра под уплотнениями, внутри болтовых соединений, под отложениями и в проемах фланцев и могут влиять на классы, которые будут сопротивляться пробиванию на открытых поверхностях в той же среде.

Механизм коррозии трещин

1. Ослабление кислорода:В узком промежутке ограниченный объем электролита исчерпывается растворенным кислородом, поскольку нормальная катодическая реакция (редукция кислорода) потребляет доступный кислород.Внутренняя часть трещины исчерпывается кислородом по сравнению с внешней., создавая кислородную концентрацию.
2. Окисление:Растворение металла внутри трещины высвобождает ионы металла, которые гидролизируются, производя ионы водорода и понижая pH.Ограниченная геометрия не позволяет кислому раствору смешиваться с электролитом, и рН внутри трещины может упасть до 1 ‰ 2.
3. Миграция хлорида:Для поддержания нейтральности заряда ионы хлорида (Cl−) из сыпучего электролита мигрируют в щель, еще больше концентрируя агрессивную среду в ограниченном пространстве.
4. Автокаталитическое распространение:Сочетание низкого рН и высокой концентрации хлорида внутри трещины предотвращает репассивацию поверхности из нержавеющей стали.Атака продолжает распространяться до тех пор, пока геометрия трещины поддерживает дифференциальную среду между внутренней и внешней.

Общие места трещин в оборудовании из нержавеющей стали

• Под уплотнениями и уплотнениями на фланцевых соединениях
• Сцепления с болтами, где поверхности сцепления не связаны металлургическим способом
• Поверхности фланцев, особенно на участке уплотнения сидений
• Под поверхностными отложениями, чешуйкой или загрязнением. Форма, иногда называемая коррозией под отложениями
• Сварные перекрытия, частичные сварки с проникновением и сварные соединения
• Проводные соединения и интерфейсы крепежных устройств
• Застойные водопроводные ловушки, создаваемые плохой конструкцией дренажа

Важные аспекты закупок и проектирования:Даже высокие сорта сплавов с высокими значениями PREN, такие как супер-дуплекс 2507,может испытывать коррозию трещин, если геометрия трещин достаточно плотная и окружающая среда достаточно агрессивна (высокий уровень хлорида), повышенная температура). The critical crevice corrosion temperature (CCCT) for a given grade is typically lower than its critical pitting temperature (CPT) — meaning crevice corrosion initiates more readily than pitting for the same material and bulk environmentИменно поэтому предотвращение коррозии трещин является в первую очередь ответственностью за проектирование и изготовление, а не только проблемой выбора материала.

4Скважина против коррозии трещин: ключевые различия

Практическое различие для закупок:Скважины обрабатываются в первую очередь путем выбора класса ∙ выбирать класс с адекватным PREN для концентрации хлорида и температуры рабочей среды.Коррозия трещин устраняется как путем выбора класса, так и путем проектирования. По возможности исключить геометрию трещин, а если трещины неизбежны (пластыри с уплотнениями, болтовые соединения), укажите класс с достаточной коррозионной стойкостью трещин для условий эксплуатации.как бы консервативным он ни был., не может компенсировать конструкцию, которая создает агрессивные условия трещины.

5. Нержавеющая сталь и локальная коррозионная устойчивость

Различные сорта нержавеющей стали предлагают все более высокую устойчивость к коррозии от пробоев и трещин, в первую очередь благодаря увеличению содержания молибдена и азота.Выбор подходящего сорта предполагает соответствие коррозионной стойкости сплава ожидаемой концентрации хлорида, температура и степень тяжести трещин в рабочей среде:

Руководство по вопросам закупок:Ни один класс нержавеющей стали не является универсально коррозионно устойчивым. Правильный класс - тот, который имеет достаточно PREN для ожидаемой концентрации хлорида и максимальной температуры работы,рассматривать наличие условий трещин в конструкцииСверхспецифицированный класс (например, супер-дуплекс 2507 для внутреннего применения) добавляет затраты без пользы для безопасности.304 для прибрежной установки) создает риск коррозии, который может потребовать дорогостоящего ремонта или замены.Выбор класса должен основываться на конкретных условиях окружающей среды, а не на стандартной спецификации.

6Методы профилактики: материал, конструкция и изготовление

Предотвращение коррозии ям и трещин требует комплексного подхода, охватывающего выбор материала, проектирование оборудования, а также методы изготовления и технического обслуживания.Превосходство в одной области не компенсирует слабость в другой.

Выбор материала

• Выберите класс по PREN относительно хлоридной среды:Высокие классы PREN обеспечивают большую устойчивость как к коррозии ям, так и к коррозии трещин.и pH рабочей среды.
• Учитывайте температуру при выборе класса:Степень, которая работает адекватно при температуре окружающей среды, может быть скважиной или подвергаться атаке трещины при 4060 °C в той же среде хлорида.Допустимый уровень хлорида для данного сорта уменьшается с увеличением температуры.
• С низким содержанием углерода (304L, 316L) для сварных изделий:Низкоуглеродные сорта уменьшают риск сенсибилизации (выпадания карбида хрома) в зоне, подверженной тепловому воздействию сварки.что создаст локализованные области с истощением хрома, подверженные межзернистой коррозии, в дополнение к выделению.

Усовершенствования конструкции

• Устраните ненужные трещины:Используйте сварные соединения в предпочтении к болтовым фланцам, когда это возможно.
• Конструкция для дренажа:Избегайте горизонтальных поверхностей, мертвых ног и ячеек, где вода, содержащая хлорид, может накапливаться и концентрироваться в результате испарения.
• Выберите материалы уплотнений и конструкции сидений:Неабсорбирующие материалы уплотнителей уменьшают объем электролита, застрявшего на интерфейсе уплотнитель-металл.
• Избегайте стагнации потока:Сохранять достаточную скорость потока в трубопроводах и сосудах, чтобы предотвратить накопление хлоридсодержащих отложений на поверхностях из нержавеющей стали.

Изготовление и обслуживание

• Правильная практика сварки:Используйте квалифицированные методы сварки с соответствующим металлическим наполнителем, контролем теплового ввода и защитой от инертного газа.Удалить тепловой оттенок сварки(слой цветного оксида, прилегающий к сваркам) путем маринования, поскольку истощенный хромом слой под тепловым оттенком восприимчив к локальной коррозии.
• Огурцы и пассивация после изготовления:Химическое маринование убирает чешую сварки, тепловой оттенок и загрязнители поверхности.Оба они необходимы для устойчивости к коррозии в оборудовании из нержавеющей стали.
• Очистка поверхности:Регулярно очищать поверхность от отложений, загрязнений и остатков, содержащих хлорид.
• Инспекционная программа:Для критической службы периодический осмотр мест, склонных к трещинам (фланги, зоны уплотнений) и визуальный осмотр появления ям на открытых поверхностях позволяют ранне обнаружить отказ до его возникновения.

Наиболее эффективная стратегия профилактики сочетает в себе все три элемента: правильный уровень для окружающей среды, дизайн, который минимизирует трещины и стагнацию,и методы изготовления и обслуживания, которые сохраняют пассивную пленкуВысокий уровень PREN, указанный в конструкции, полной застойных трещин без послеварной обработки поверхности, не является раствором коррозии, это риск коррозии, приобретенный по высокой цене.

7Частые ошибки при покупке

1Выбор 304/304L для хлоридных сред.304 не содержит молибдена и имеет низкий PREN (~ 18 ‰ 20 ‰), что делает его восприимчивым к коррозии ям и трещин в среде, содержащей хлориды, включая прибрежную атмосферу, воздействие солей для размораживания,и многие промышленные процессовые жидкостиДля любого применения с известным воздействием хлорида следует оценить 316/316L или более высокий класс сплава.

2При условии, что 316/316L сможет выдерживать любые условия морской воды.316L обеспечивает хорошую устойчивость к воздействию прибрежной атмосферы, но может подвергаться коррозии трещин в теплых, застойных условиях морской воды, особенно в промежутках фланца, под уплотнениями,и в других геометрических трещинахДля погруженного морского водоснабжения или применения в зонах разлива следует оценить двойник 2205 или супер-двойник 2507.

3- игнорирование рисков, связанных с конструкцией трещин при определении класса материала.Указывание высокого сорта сплава в конструкции, которая создает тяжелые условия трещин (плохо спроектированные фланцы, застойные карманы, натянутые соединения в процессной жидкости), возможно, не предотвратит коррозию трещин.Выбор материала и обзор конструкции должны проходить одновременноНе последовательно.

4Выбор класса на основе стоимости материала без оценки риска коррозии.Разница в стоимости между 304L и 316L для данного компонента невелика по сравнению с стоимостью преждевременного отказа, замены и простоя.Выбор класса, основанный исключительно на наименьшей стоимости материала, что приводит к отказу от коррозии, является ложной экономией.

5Не указано, какая обработка поверхности после изготовления.Тепловой оттенок сварки на нержавеющую сталь не является косметическим.Следует уточнить, что послесварка и пассивация должны быть включены в объем изготовления оборудования из нержавеющей стали для коррозионной эксплуатации..

6- Удаление сертификации материала (MTC) из заказа.Для критически опасных для коррозии применений необходимо проверить химический состав материала.1 МТК предоставляет документальные доказательства того, что химический состав поставляемого материала отвечает требованиям указанного классаСодержание молибдена, в частности, должно проверяться для 316L и дуплексов, от которых зависит сопротивление отверстиям.

7. Порядок по общему наименованию сорта без указания требований химического состава."316L" определяет диапазон допустимых композиций. Образцы в нижней части допустимого диапазона молибдена (~ 2,0%) имеют значительно более низкий PREN, чем образцы в среднем и верхнем диапазоне (~ 2,5%).Для граничных условий эксплуатации хлорида, рассмотреть вопрос о определении минимального содержания молибдена в пределах допустимого диапазона класса, если условия эксплуатации этого требуют.

8Руководство по выбору материалов по окружающей среде

Важно:В данной таблице приведены общие рекомендации.Выбор класса для конкретных условий эксплуатации должен основываться на концентрации хлорида, температуре работы, pH, наличии геометрии трещин,и применимые кодексы и стандартыЕсли вы сомневаетесь в пригодности конкретного класса для коррозионной среды, проконсультируйтесь с поставщиком материалов или инженером по коррозии с документами о конкретных условиях обслуживания.

9Как Shangyou поддерживает поставки коррозионно устойчивых материалов

Shaanxi Shangyou Stainless Steel Co., Ltd. поставляет изделия из нержавеющей стали в сортах, предлагающих широкий спектр устойчивости к коррозии в ямах и трещинах для различных условий обслуживания.Продукты доступны в 304/304L, 316/316L, дуплекс 2205 и супер дуплекс 2507, и включают листы, пластины, катушки, трубы, трубы, прутки и структурные профили.

• Соответствие ASTM:Продукты, поставляемые в соответствии с применимыми стандартами ASTM (A240, A312, A276, A479, A790) с полной проверкой.
• EN 10204 3.1 МТК:Химический состав, включая содержание хрома, никеля, молибдена и азота, документированный в качестве стандарта для проверки PREN.
• Испытания ПМИ:Положительная идентификация материала, доступная по запросу для проверки класса и состава.
• Техническая поддержка:Помощь в выборе класса для коррозионного обслуживания, сравнении PREN и подготовке спецификации материала.
• Документация на экспорт:Полная документация по доставке и сертификации для международных закупок.

Мы помогаем клиентам определить правильный класс для их коррозионной среды, потому что стоимость неправильного класса оплачивается при обслуживании, а не при заказе.

Часто задаваемые вопросы

1В чем разница между коррозией ям и трещин в нержавеющей стали?
Коррозия ям - это локализованное нападение на открытую поверхность, инициируемое разрушением пассивной пленки в изолированных точках, обычно вызванное ионами хлорида.Коррозия трещин - это локализованное нападение в ограниченных пространствах (пробелы), под уплотнениями, болтовыми соединениями), где истощение кислорода создает агрессивную местную среду, которая предотвращает репассивацию.Скважина - это прежде всего проблема материала и окружающей среды, решаемая путем выбора классаКоррозия трещин является в первую очередь проблемой проектирования, которая может возникнуть легче, чем коррозия для одного и того же материала и сыпучей среды.и предотвращение зависит от устранения трещин путем проектирования или выбора класса с достаточной стойкостью к коррозии трещин, когда трещины неизбежны.

2Почему нержавеющая сталь находится в хлоридной среде?
Ионы хлорида небольшие, подвижные и химически агрессивные по отношению к пассивной пленке оксида хрома, которая защищает нержавеющую сталь.Поверхностные царапины, хлориды разрушают пленку., предотвратить его ремонт (репассивацию) и создать небольшую анодную/большую катодную ячейку, где открытый металл быстро растворяется в яме.и хлориды мигрируют, чтобы сохранить нейтральность заряда, создавая самоподдерживающуюся кислую, высокохлорированную среду, которая толкает яму глубже.

3. Что такое PREN и как он используется в выборе нержавеющей стали?
PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) рассчитывается как PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N, где Cr, Mo и N - массовые проценты хрома, молибдена и азота в сплаве.PREN обеспечивает сравнительную меру устойчивости класса к коррозии от скважины. Более высокий PREN означает лучшую устойчивостьПриблизительные значения: 304 ~ 18 ‰ 20, 316L ~ 24 ‰ 26, дуплекс 2205 ~ 34 ‰ 36, супер дуплекс 2507 ~ 40 ‰ 43.Фактическое сопротивление в конкретном применении зависит от концентрации хлорида., температуры, pH и состояния поверхности.

4Можно ли использовать нержавеющую сталь 316L в морской воде?
316L подходит для воздействия прибрежной атмосферы (внешние сооружения вблизи моря), но подвержен коррозии трещин в погруженной морской воде, особенно в теплых или застойных условиях,на плоскостях с уплотнениямиДля систем обработки морской воды, теплообменников с использованием морской воды и погруженных морских сооружений,duplex 2205 или super duplex 2507 обычно специфицированы для обеспечения достаточной стойкости к коррозии трещинСпецифический класс должен быть выбран на основе ожидаемой температуры морской воды, условий потока и тяжести трещины.

5Как можно предотвратить коррозию трещин в оборудовании из нержавеющей стали?
Предотвращение сочетает в себе дизайн и выбор материала: устранение ненужных трещин с помощью сварных соединений вместо фланцев, проектирование для полного дренажа,выбирать материалы не абсорбирующих уплотнений, избегать натяжных соединений при контакте с процессом жидкости, и где трещины неизбежны,выбирать класс с достаточной коррозионной стойкостью для условий трещины (обычно один уровень PREN выше, чем будет выбран только для устойчивости к отверстиям)Послеварка и пассивация, а также регулярная чистка для удаления отложений еще больше снижают риск.

6. влияет ли отделка поверхности на коррозионную стойкость отверстий и трещин?
Поверхностная отделка не изменяет химию сплава и, следовательно, не изменяет врожденную коррозионную стойкость на основе PREN.более грубые поверхности (нет).1, грубая поверхность) сохраняют больше отложений и обеспечивают больше мест инициирования, чем более гладкие поверхности (2B, BA, полированные).Тепловой оттенок сварки и загрязнение поверхности при изготовлении являются гораздо более значительными факторами, чем обозначение отделкиПослефабрикационное маринование и пассивация являются критически важными поверхностными обработками для устойчивости к коррозии, независимо от начальной поверхности.

7- 304 нержавеющая сталь подходит для использования на открытом воздухе?
304/304L подходит для наружного использования в сельской, городской и мягкой промышленной среде, где воздействие хлорида низкое.Не рекомендуется для прибрежных районов (в пределах нескольких километров от моря)Для этих условий следует указать 316L.Категория атмосферного коррозионного действия (ISO 9223) для конкретного места может руководствоваться выбором между 304L и 316L.

8Почему молибден важен для коррозионной устойчивости нержавеющей стали?
Молибден (Mo) стабилизирует пассивную пленку оксида хрома и улучшает ее устойчивость к разрушению ионами хлорида, напрямую увеличивая устойчивость к коррозии ям и трещин.В формуле PRENПоэтому 316L (с ~ 2% Mo) имеет значительно лучшую устойчивость к хлоридам, чем 304L (без преднамеренного добавления Mo).,и почему дуплексные и супердуплексные сорта с более высоким содержанием молибдена обеспечивают постепенно более высокую устойчивость к локальной коррозии, вызванной хлоридом.

9Какие методы изготовления увеличивают риск коррозии ям и трещин?
Наиболее значительным риском коррозии, связанного с изготовлением, является неспособность удалить тепловой оттенок сварки.Цветный оксид, прилегающий к сваркам, покрыт истощенным хромом слоем, который восприимчив к коррозии ям и трещинДругие рискованные методы включают: использование инструментов из углеродистой стали, которые встраивают частицы железа в нержавеющую поверхность (создавая места начала ржавчины), не пассивируют после изготовления,оставляющие поверхностное загрязнение от шлифования или обработки, и создание трещин из-за плохого приспособления болтовых или уплотненных соединений.Послепроизводственное маринование и пассивация должны быть определены в качестве стандартных требований для оборудования из нержавеющей стали в коррозионной эксплуатации..

10Что покупатель должен проверить на MTC, когда нержавеющая сталь специфицируется для коррозионного обслуживания?
Проверьте содержание хрома, молибдена и азота в соответствии с диапазоном состава указанного сорта.0 ¢ 3Для дуплексных и супердуплексных классов проверяется, что все ключевые элементы (Cr, Mo, N, Ni) соответствуют требованиям к классу.PREN может быть рассчитан на основе значений MTC для подтверждения того, что поставляемая композиция соответствует ожидаемому уровню сопротивления отверстиям.Для критической коррозионной эксплуатации следует рассмотреть вопрос о определении минимального содержания молибдена в пределах диапазона классов, если это требуется в предельных условиях эксплуатации.