1. Uvođenje
Nehrđajući čelik je jedan od najčešće korištenih materijala u širokom spektru industrija, zahvaljujući svojoj jedinstvenoj kombinaciji snage, Otpornost na koroziju, i estetska privlačnost.
Od automobilskih dijelova do opreme za preradu hrane, Svestranost i izdržljivost nehrđajućeg čelika čine ga materijalom izbora za primjene koje zahtijevaju i snagu i dugovječnost.
Međutim, uprkos odličnoj otpornosti na koroziju, nehrđajući čelik nije imun na određene vrste korozije.
Jedan takav fenomen korozije je intergranularna korozija, što može ozbiljno uticati na strukturalni integritet materijala.
Razumijevanje kako nastaje ova korozija i kako je spriječiti ključno je za održavanje dugovječnosti i performansi proizvoda od nehrđajućeg čelika u različitim industrijama.
U ovom blogu, istražit ćemo intergranularnu koroziju u nehrđajućem čeliku, njegove uzroke, kako to utiče na materijal, i efikasne metode za prevenciju i ublažavanje.
2. Šta je intergranularna korozija??
Intergranularna korozija (IGC) je lokalizirani oblik korozije koji se javlja na granicama zrna nehrđajućeg čelika.
Za razliku od opće korozije, što utiče na celu površinu materijala, intergranularna korozija napada određena područja, slabljenje metala i potencijalno izazivanje preranog kvara.
Proces korozije dovodi do iscrpljivanja hroma na granicama zrna, smanjenje otpornosti čelika na dalju koroziju.
Kako se razlikuje od drugih vrsta korozije
Intergranularna korozija se razlikuje od drugih uobičajenih oblika korozije, kao što su opća korozija i piting.
Opća korozija je jednolična i zahvaća cijelu površinu materijala, dok intergranularna korozija posebno cilja na granice zrna, što dovodi do više lokalizovane degradacije.
Pitting korozija, S druge strane, male forme, duboke rupe ili jame, obično u područjima gdje su prisutni hloridni joni, ali ne utiče direktno na granice zrna.
Kako se to dešava
Primarni mehanizam iza intergranularne korozije je stvaranje krom karbida na granicama zrna, koji se javlja na određenim temperaturama.
Kada je nerđajući čelik izložen temperaturama između 450°C i 850°C (840°F – 1560°F), ugljik iz materijala spaja se s hromom, formiranje hrom karbida.
Ovaj proces je poznat kao senzibilizacija. Formiranje hrom karbida iscrpljuje hrom sa granica zrna, ostavljajući ta područja podložnijim koroziji.
Ovo stvara put za prodor agresivnih hemikalija ili vlage, pogoršanje korozije.
3. Uzroci i faktori koji doprinose intergranularnoj koroziji
Depletion Chromium
Krom je ključni element u nehrđajućem čeliku, obezbeđujući svoja svojstva otpornosti na koroziju.
Kada se hrom iscrpljuje na granicama zrna zbog stvaranja hrom karbida, materijal gubi sposobnost otpornosti na koroziju u tim područjima.
To značajno slabi čelik i može dovesti do njegovog kvara s vremenom, posebno kada su izloženi teškim okruženjima.
Izlaganje visokim temperaturama
Procesi toplinske obrade kao što su zavarivanje ili žarenje mogu izložiti nehrđajući čelik kritičnom temperaturnom rasponu koji potiče proces senzibilizacije.
Za vrijeme zavarivanja, na primjer, unos topline može uzrokovati da lokalizirana područja materijala dostignu ove temperature, izaziva stvaranje hrom karbida.
Važno je upravljati unosom topline tokom ovih procesa kako bi se spriječila intergranularna korozija.
Sadržaj ugljika i legirajući elementi
Sadržaj ugljika u nehrđajućem čeliku igra ključnu ulogu u njegovoj osjetljivosti na međugranularnu koroziju. Veći sadržaj ugljika ubrzava stvaranje krom karbida.
Legirajući elementi kao što je titanijum, Niobium, ili molibden se može koristiti za stabilizaciju hroma u čeliku i smanjenje vjerovatnoće intergranularne korozije sprečavanjem stvaranja karbida.
4. Vrste nerđajućeg čelika sklone intergranularnoj koroziji
Intergranularna korozija može utjecati na različite vrste nehrđajućeg čelika, ali neki tipovi su osjetljiviji zbog svog sastava i specifičnih karakteristika.
Razumijevanje koje su ocjene sklone ovom problemu pomaže proizvođačima i inženjerima da donesu informirane odluke pri odabiru materijala za različite primjene.
Austenitni nerđajući čelik
Austenitni nehrđajući čelici su među najčešće korištenim vrstama u industriji zbog odlične otpornosti na koroziju i svestranosti.
Međutim, posebno su podložni intergranularnoj koroziji,
posebno kada je izložen temperaturama između 450°C i 850°C (840°F – 1560°F) tokom zavarivanja ili drugih termičkih tretmana. Najčešće korišteni austenitni nehrđajući čelici uključuju:
- Razred 304: Ovo je najpopularniji austenitni razred i široko se koristi u preradi hrane, izgradnja, i hemijske industrije.
Međutim, kada je izložen visokim temperaturama, može doživjeti taloženje hrom-karbida na granicama zrna, čineći ga podložnim intergranularnoj koroziji. - Razred 316: Poznat po svojoj vrhunskoj otpornosti na koroziju, posebno u hloridnim sredinama,
316 nehrđajući čelik također može pretrpjeti intergranularnu koroziju ako se nepravilno termički obrađuje, posebno u visokotemperaturnim procesima kao što je zavarivanje.
Zašto se to dešava:
Od austenitnog nerđajućeg čelika, visok sadržaj ugljika može dovesti do stvaranja krom karbida na granicama zrna tokom procesa senzibilizacije.
Smanjenje hroma na ovim granicama smanjuje otpornost materijala na koroziju, ostavljajući nerđajući čelik podložnijim degradaciji.
Feritni nerđajući čelik
Feritni nerđajući čelici sadrže veće količine hroma i manje količine nikla,
što im daje magnetna svojstva i čini ih otpornijima na korozijsko pucanje pod naponom u odnosu na austenitne klase.
Međutim, feritne klase su još uvijek podložne intergranularnoj koroziji, posebno ako su izloženi osjetljivim temperaturama.
- Razred 430: Obično se koristi u automobilskim izduvnim sistemima i kuhinjskim uređajima,
ovaj feritni razred može pretrpjeti intergranularnu koroziju ako je izložen kritičnom temperaturnom rasponu tokom zavarivanja. - Razred 446: Poznat po svojoj otpornosti na oksidaciju pri visokim temperaturama,
446 feritni nehrđajući čelik je još uvijek osjetljiv na međugranularnu koroziju pod određenim uvjetima, posebno nakon termičkih tretmana.
Zašto se to dešava:
Feritni nerđajući čelici imaju niži sadržaj nikla od austenitnih razreda, što znači da su manje skloni senzibilizaciji na višim temperaturama.
Međutim, i dalje se mogu suočiti sa iscrpljivanjem hroma na granicama zrna ako su izloženi dugotrajnoj toploti, posebno u procesima zavarivanja.
Martenšitski nehrđajući čelik
Martenšitski nehrđajući čelici, koji su bogati ugljikom i nude odličnu tvrdoću, se široko koriste u aplikacijama koje zahtijevaju snagu, kao što su lopatice turbine, ventili, i noževi.
Iako su općenito manje podložni intergranularnoj koroziji od austenitnih i feritnih čelika, i dalje mogu patiti od ove vrste korozije, posebno u visokougljičnim razredima.
- Razred 410: Uobičajeni martenzitni nehrđajući čelik koji se koristi u zrakoplovnoj i automobilskoj industriji, 410 sklon je intergranularnoj koroziji ako nije pravilno termički obrađen.
Martenzitni nehrđajući čelici imaju tendenciju da iskuse taloženje karbida na granicama zrna kada su izloženi visokim temperaturama.
Zašto se to dešava:
Visok sadržaj ugljika u martenzitnim nerđajućim čelicima može dovesti do stvaranja karbida na granicama zrna,
sličan postupku u austenitnim čelicima, čineći ih podložnim intergranularnoj koroziji.
Duplex nerđajući čelik
Dupleks nerđajući čelici kombinuju svojstva austenitnog i feritnog nerđajućeg čelika, nudi ravnotežu čvrstoće i otpornosti na koroziju.
Dok dupleks nerđajući čelici nude poboljšanu otpornost na koroziju pod naprezanjem, pucanje i udubljenje, nisu imuni na intergranularnu koroziju.
- Razred 2205: Jedan od najčešće korištenih dupleks nehrđajućih čelika, 2205 dizajniran je za upotrebu u agresivnijim okruženjima, kao što su hemijska obrada i primjene u moru.
Međutim, i dalje je podložan intergranularnoj koroziji ako se ne kontroliše pravilno tokom termičke obrade.
Zašto se to dešava:
Iako dupleks nerđajući čelici imaju uravnoteženu mikrostrukturu austenita i ferita,
visok sadržaj hroma i legirajućih elemenata kao što je molibden čine ih sklonim senzibilizaciji u određenim uslovima.
Ako je legura izložena visokim temperaturama tokom zavarivanja ili obrade, hrom karbidi se mogu formirati na granicama zrna, povećava rizik od intergranularne korozije.
5. Efekti i posljedice intergranularne korozije
Intergranularna korozija može imati značajne štetne efekte na komponente od nerđajućeg čelika, utiču na njihovu funkcionalnost, sigurnost, i životni vek.
Smanjena mehanička svojstva
- Snaga: Intergranularna korozija napada granice zrna, koji su kritični za održavanje strukturalnog integriteta materijala.
To može dovesti do smanjenja vlačne čvrstoće i nosivosti. - Duktilnost i žilavost: Zahvaćena područja postaju krhka i gube sposobnost deformacije bez lomljenja, smanjenje ukupne duktilnosti i žilavosti komponente.
- Otpornost na umor: Komponente koje pate od IGC-a mogu doživjeti prijevremeni kvar zbog zamora zbog nastanka pukotina duž oslabljenih granica zrna.
Materijalni kvarovi
- Kritične aplikacije: U industrijama kao što je vazduhoplovstvo, automobilski, petrohemijska, i proizvodnju energije,
gdje se nehrđajući čelik koristi u okruženjima visokog stresa, IGC može uzrokovati katastrofalne kvarove.
Primjeri uključuju pucanje ili puknuće u posudama pod pritiskom, cevovodnih sistema, Izmjenjivači topline, i druge kritične dijelove mašina. - Primjeri iz stvarnog svijeta: Kvarovi na konstrukcijama od nerđajućeg čelika kao što su mostovi, Offshore platforme,
i oprema za hemijsku obradu zbog IGC-a naglašavaju važnost sprečavanja ove vrste korozije.
Na primjer, mala pukotina izazvana IGC može se širiti pod uslovima cikličkog opterećenja, što na kraju dovodi do potpunog kvara komponente.
Estetska oštećenja
- Vidljivi tragovi korozije: Iako nije uvijek odmah vidljivo, IGC može dovesti do vidljivih znakova korozije koji utiču na izgled proizvoda od nerđajućeg čelika.
To može uključivati promjenu boje, pitting, ili hrapavost površine, posebno uočljiv kod robe široke potrošnje, arhitektonski elementi, i kuhinjskim aparatima. - Utjecaj na završnu obradu površine: Čak i ako funkcionalna izvedba dijela ostane netaknuta,
estetska oštećenja mogu smanjiti vrijednost i tržišnu sposobnost proizvoda, posebno u aplikacijama gdje je izgled ključan.
Ostala razmatranja
- Troškovi održavanja: Otkrivanje i popravka komponenti na koje utiče IGC može biti skupo i dugotrajno.
Redovne inspekcije i rasporedi održavanja moraju se provoditi radi praćenja i rješavanja potencijalnih problema prije nego što preraste u ozbiljnije probleme. - Troškovi zamjene: U teškim slučajevima, komponente će možda morati biti potpuno zamijenjene ako opseg IGC-a ugrozi njihov strukturalni integritet koji se ne može popraviti.
To dovodi do povećanih operativnih troškova i potencijalnih zastoja u industrijskim okruženjima.
6. Prevencija i ublažavanje intergranularne korozije
Intergranularna korozija je ozbiljan problem za nerđajući čelik, posebno u kritičnim primjenama gdje materijal mora izdržati oštra okruženja i održati strukturni integritet.
Srećom, postoji nekoliko metoda za sprečavanje ili ublažavanje pojave intergranularne korozije, od odabira materijala do specifičnih tehnika obrade.
Ispod su najefikasnije strategije za borbu protiv ove vrste korozije.
Upotreba niskougljičnih legura (L ili H razreda)
Jedan od najefikasnijih načina za smanjenje rizika od intergranularne korozije je korištenje niskougljičnog ili stabiliziranog nehrđajućeg čelika..
Legure s niskim udjelom ugljika sadrže manji sadržaj ugljika, što minimizira stvaranje krom karbida na granicama zrna.
Ove legure su posebno važne za primjene koje uključuju zavarivanje ili termičke obrade koje bi inače izazvale preosjetljivost.
- 304L i 316L razredi: Ove niskougljične verzije se najčešće koriste 304 i 316 klase nude poboljšanu otpornost na intergranularnu koroziju bez ugrožavanja njihovih mehaničkih svojstava.
Idealni su za aplikacije na visokim temperaturama kao što je oprema za preradu hrane, rezervoari za skladištenje hemikalija, i druge industrijske mašine koje zahtevaju zavarivanje. - 347 i 321 Ocjene: Ove stabilizirane vrste sadrže titanijum ili niobijum, koji se vežu sa ugljenikom tokom procesa zavarivanja kako bi sprečili stvaranje hrom karbida.
Ove legure su pogodne za primjenu na visokim temperaturama, kao na primer u vazduhoplovnoj industriji, gde je izloženost toploti česta.
Zašto radi:
Smanjenjem sadržaja ugljika, ili stabilizacijom ugljika pomoću legirajućih elemenata poput titana ili niobija,
ovi materijali su manje skloni senzibilizaciji i stoga su otporniji na intergranularnu koroziju.
Pravilne tehnike zavarivanja
Zavarivanje je čest izvor intergranularne korozije, jer uvodi lokaliziranu toplinu koja može dovesti do taloženja krom karbida na granicama zrna.
Da bi se ovo sprečilo, moraju se poštovati ispravne tehnike zavarivanja kako bi se smanjio rizik od preosjetljivosti.
- Kontrolirajte ulaz topline: Prilikom zavarivanja nerđajućeg čelika, kritično je kontrolirati unos topline kako bi se spriječile previsoke temperature koje mogu dovesti do preosjetljivosti.
Ovo je posebno važno u zoni zahvaćenom toplotom (Haz), gdje je najvjerojatnije da će materijal proći transformaciju koja uzrokuje intergranularnu koroziju. - Post zavarivanje toplotne obrade (Pwht): Nakon zavarivanja, često je potrebno izvršiti proces žarenja rastvora.
To uključuje zagrijavanje materijala na visoku temperaturu, nakon čega slijedi brzo hlađenje kako bi se rastvorili svi hrom karbidi koji su se mogli formirati tokom procesa zavarivanja.
Ovaj tretman pomaže u obnavljanju otpornosti materijala na koroziju. - Upotreba stabiliziranih razreda za zavarivanje: Kao što je već spomenuto, korištenjem stabiliziranih razreda kao što su npr 321 ili 347 u primjenama zavarivanja može smanjiti rizik od stvaranja krom karbida.
Ove vrste su dizajnirane da izdrže povišene temperature povezane sa zavarivanjem i termičkom obradom.
Zašto radi:
Kontrolom parametara zavarivanja i upotrebom tretmana nakon zavarivanja, možete efikasno smanjiti šanse za senzibilizaciju i ublažiti rizik od intergranularne korozije.
Pasivacija i površinski tretmani
Pasivacija je kemijski proces koji poboljšava prirodni oksidni sloj nehrđajućeg čelika, poboljšanje njegove otpornosti na koroziju.
Pasiviranje nehrđajućeg čelika pomaže u smanjenju vjerojatnosti degradacije površine, uključujući intergranularnu koroziju.
- Pasivizacija: Ovaj proces uključuje tretiranje nehrđajućeg čelika otopinom kiseline (tipično dušična kiselina) za uklanjanje slobodnog gvožđa i drugih zagađivača sa površine.
Ovaj tretman potiče stvaranje gustog, pasivni oksidni sloj koji povećava otpornost na koroziju i pomaže u zaštiti od intergranularne korozije. - Kiseljenje i elektropoliranje: Pored pasivizacije, kiselo (proces koji koristi kiseli rastvor za uklanjanje nečistoća) i elektropoliranje
(koji koristi elektrolitički proces za izglađivanje površine i poboljšanje otpornosti na koroziju) može dodatno poboljšati kvalitetu površine nehrđajućeg čelika.
Ovi tretmani pomažu u sprječavanju korozije uklanjanjem zagađivača koji bi inače mogli doprinijeti galvanskim reakcijama ili lokaliziranoj koroziji.
Zašto radi:
Pasivacija i drugi površinski tretmani poboljšavaju ujednačenost i trajnost oksidnog sloja na nehrđajućem čeliku, što zauzvrat pomaže u smanjenju rizika od intergranularne korozije.
Odgovarajući odabir materijala i dizajn
Izbor materijala i način na koji su dijelovi dizajnirani također mogu imati značajan utjecaj na smanjenje vjerovatnoće intergranularne korozije.
Pravilan odabir vrsta nehrđajućeg čelika i dizajniranje komponenti kako bi se minimizirali uvjeti koji dovode do preosjetljivosti mogu pomoći u sprječavanju ovog oblika korozije.
- Uzmite u obzir životnu sredinu: Za aplikacije koje uključuju izlaganje visokim temperaturama ili agresivnim hemikalijama,
odabirom odgovarajuće klase nehrđajućeg čelika (E.g., niskougljenične ili stabilizovane klase) je presudno.
Na primjer, ako će materijal biti izložen visokoj toplini ili zavarivanju, korištenje razreda kao što je 304L ili 316L bi bilo korisno. - Dizajn za ublažavanje stresa: Dijelovi bi trebali biti dizajnirani tako da minimiziraju područja visokog stresa, jer stres može pogoršati efekte intergranularne korozije.
Uključivanje karakteristika kao što su zaobljeni uglovi i izbjegavanje oštrih rubova može smanjiti koncentraciju naprezanja i umanjiti rizik od korozije.
Zašto radi:
Odabir odgovarajućeg materijala i dizajniranje komponenti kako bi se smanjio stres i visoke temperature
Izlaganje osigurava da će materijal raditi optimalno i otporan na međugranularnu koroziju.
Redovni pregledi i održavanje
Rano otkrivanje intergranularne korozije može pomoći u sprečavanju značajnih oštećenja komponenti. Redovne inspekcije su neophodne za identifikaciju znakova korozije prije nego što dovedu do kvara.
- Vizuelni pregled: Prvi korak u identifikaciji intergranularne korozije je vizuelni pregled.
Uobičajeni znakovi intergranularne korozije uključuju pukotine, pitting, ili promjena boje duž granica zrna. - Nerazorno ispitivanje (NDT): Tehnike kao što je ultrazvučno testiranje, Rentgenska analiza, i ispitivanje penetrantima boje
može pomoći u otkrivanju unutrašnjih ili površinskih defekata koji mogu ukazivati na intergranularnu koroziju.
Ove metode su vrijedne u industrijama u kojima je održavanje integriteta kritičnih komponenti najvažnije.
Zašto radi:
Rano otkrivanje kroz rutinske inspekcije može spriječiti teža oštećenja i omogućiti pravovremene korektivne radnje,
pomaže u održavanju dugovječnosti i performansi komponenti od nehrđajućeg čelika.
7. Detekcija intergranularne korozije
Vizuelni pregled
Vizuelni pregled može otkriti znakove intergranularne korozije, uključujući pukotine duž granica zrna.
Ovi znakovi se često pojavljuju kao promjena boje površine, pitting, ili pucanje, posebno u područjima koja su podložna termičkoj obradi ili zavarivanju.
Nerazorno ispitivanje (NDT)
Tehnike kao što je ultrazvučno testiranje, Difrakcija rendgenskih zraka, i metalografska analiza se obično koriste za otkrivanje intergranularne korozije bez oštećenja materijala.
Ove metode omogućavaju rano otkrivanje korozije i pomažu u sprečavanju kvarova u kritičnim aplikacijama.
Elektrohemijska ispitivanja
Laboratorijski testovi kao što su Huey test i Straussov test se široko koriste za procjenu osjetljivosti nehrđajućeg čelika na međugranularnu koroziju.
Ovi elektrohemijski testovi izlažu materijal nizu kontrolisanih uslova kako bi se simulirali korozivna okruženja i procenila njegova otpornost..
8. Zaključak
Intergranularna korozija je ozbiljan problem koji može uticati na performanse, dugovječnost,
i sigurnost komponenti od nerđajućeg čelika, posebno kada je izložen visokim temperaturama tokom proizvodnje.
Razumijevanjem uzroka i mehanizama iza ove vrste korozije, industrije mogu usvojiti preventivne mjere
kao što je korištenje niskougljičnih legura, kontrolisanje toplote tokom zavarivanja, i nanošenje površinskih tretmana.
Rano otkrivanje kroz odgovarajuće metode pregleda i testiranja može dodatno smanjiti rizike i pomoći u održavanju integriteta nehrđajućeg čelika u zahtjevnim primjenama.
Ako tražite visokokvalitetne proizvode od nehrđajućeg čelika po mjeri, biranje Ovo je savršena odluka za vaše proizvodne potrebe.
