Korozja stali nierdzewnych - krótka charakterystyka

Artykuł ukazał się w styczniowym numerze

Czwartek, 04 marca 2010

Duża popularność stali odpornych na korozję jest wynikiem posiadania przez nie dobrych właściwości mechanicznych, wytrzymałościowych, a przede wszystkim zwiększonej odporności na działanie korozji. Ważnym czynnikiem są również walory estetyczne i higieniczne tych stali.

Wszystkie te cechy składają się na ogólną opinię o wysokiej przydatności tych stali we współczesnych gałęziach przemysłu. Niemniej jednak należy zdawać sobie sprawę z faktu, że
w zależności od środowiska i składu chemicznego w stalach tych mogą wystąpić zjawiska korozyjne. Dlatego ważne jest posiadanie wiedzy na temat różnych odmian korozji, które mogą atakować stale nierdzewne i kwasoodporne. Wiedza ta pozwoli na świa-domy wybór określonego gatunku z gamy stali odpornych na korozję, co może przełożyć się na dłuższą eksploatację oraz obniżenie kosztów użytkowania określonych maszyn i urządzeń.

Ogólną definicję korozji podaje nor-ma PN-EN ISO 8044:2002, według której „korozja jest oddziaływaniem fizykochemicznym między metalem i środowiskiem, w wyniku którego powstają zmiany we właściwościach metalu, które mogą prowadzić do znacznego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami”. Zatem zasadniczymi czynnikami determinującymi powstawanie i rozwój korozji są rodzaj środowiska oddziałującego oraz skład chemiczny stali. Procesy niszczenia korozyjnego metali są procesami złożonymi.

Najczęściej spotykanym sposobem podziału zjawisk korozyjnych jest klasyfikacja według:

• typów zniszczeń, według której można wyróżnić dwa zasadnicze typy, tj. korozję lokalną oraz korozję równomierną

• mechanizmów niszczenia, gdzie również wyróżniamy dwa typy: chemiczny i elektrochemiczny

• środowiska oddziaływania, gdzie przykładami mogą być: korozja atmosferyczna,
  w środowiskach organicznych, w wodzie morskiej itp.

Korozja stali nierdzewnych - krótka charakterystyka

Artykuł ukazał się w styczniowym numerze

Czwartek, 04 marca 2010

W praktyce stale odporne na korozję i nierdzewne poddane oddziaływaniu różnych środowisk ulegają w pewnych warunkach procesom niszczenia korozyjnego. Mechanizm niszczenia oraz typ korozji zależne są od konkretnego środowiska i typu stali poddanej jego działaniu. W zależności od środowiska i rodzaju stali nierdzewnej może wystąpić korozja powierzchniowa (równomierna), wżerowa, międzykrystaliczna, naprężeniowa czy szczelinowa.

 

Korozja równomierna

Korozja ta, jak sama nazwa wskazuje, zachodzi równomiernie na całej powierzchni metalu wystawionego na oddziaływanie środowiska korozyjnego. Typ ten jest spotykany szczególnie w środowiskach silnych kwasów i ługów. Powoduje dość regularne zmniejszenie grubości prze-krojów roboczych elementów. Wpływ tej korozji na trwałość konstrukcji lub wyrobów można oszacować w pewnym zakresie. Liczbowe określenie stopnia odporności korozyjnej można wyrazić w gramach na metr kwadratowy i godzinę lub w milimetrach na rok. Przyjęto, że stale o współczynniku odporności korozyjnej zbliżonym do 0,1g/m²h określane są jako odporne na korozję. Stale, dla których współ-czynnik wynosi 1g/m²h, nie posiadają wystarczającej odporności na działanie korozji.

Korozja stali nierdzewnych - krótka charakterystyka

Artykuł ukazał się w styczniowym numerze

Czwartek, 04 marca 2010

Korozja wżerowa

Stale odporne na korozję zawdzięczają swą odporność warstwie tlenków wytworzonych na jej powierzchni
w procesie tzw. pasywacji. Gdy warstwa ta z pewnych powodów zostaje zniszczona, mogą   zachodzić na powierzchni stali procesy korozyjne. Jednym z przykładów może być korozja   wżerowa (ryc. 2). Jest ona formą zlokalizowanego ataku środowiska, w wyniku którego
w   materiale powstają lokalne ubytki – wżery. Spowodowana jest ona działaniem ogniw   galwanicznych tworzących się pomiędzy spasywowaną powierzchnią stali a leżącymi
na niej wyraźnie zlokalizowanymi strefami bez pasywacji. Do przebiegu korozji
wżerowej konieczny  jest tlen lub substancje utleniające w katodowej strefie ogniwa (spasywowanej). W wypadku ich braku katodowe strefy polaryzują się i ogniwo przestaje pracować.

Zapoczątkowanie wżeru następuje najczęściej w:

• miejscach uskoków dyslokacyjnych

• miejscach o innym niż przeciętny składzie chemicznym, na granicach ziaren

• w miejscach mechanicznie uszkodzonej powierzchni pasywnej

         Roztworami, które najczęściej wywołują korozję wżerową stali nierdzewnych, są roztwory chlorków, spośród których najagresywniejsze są FeCl3, CuCl2 oraz chlorki metali alkalicznych i ziem rzadkich. W przypadku tego typu korozji bardzo ważny jest stan powierzchni stali. Im powierzchnia jest gładsza i czystsza, tym intensywność omawianej korozji jest mniejsza. Dodatkami stopowymi zmniejszającymi ryzyko wystąpienia korozji wżerowej są przede wszystkim chrom, molibden oraz azot.

Ocena jakościowa skutków tego rodzaju korozji jest trudna, ponieważ przy nieznacznym ubytku masy uszkodzenia mogą być bardzo poważne. Przyjęto, że pewnymi wyznacznikami mogą być średnia liczba wżerów na jednostkę powierzchni i ich największa głębokość.

Korozja stali nierdzewnych - krótka charakterystyka

Artykuł ukazał się w styczniowym numerze

Czwartek, 04 marca 2010

Korozja naprężeniowa

Gdy stal pracuje w środowisku korozyjnym, a dodatkowo w materiale występują naprężenia własne lub przyłożone zewnętrznie, w stali tej może wystąpić korozja naprężeniowa. Jest ona typem korozji lokalnej i można ją zdefiniować jako transkrystaliczne lub międzykrystaliczne pękanie metalu pod wpływem równoczesnego działania statycznych naprężeń rozciągających i specyficznego środowiska.

Cechą charakterystyczną dla tego typu korozji jest to, że może zostać wywołana przez takie środowisko korozyjne, na które w normalnych warunkach materiał jest odporny. Podatność na korozję naprężeniową zależy od składu chemicznego i fazowego stopu, tekstury, składu chemicznego i rozmieszczenia wtrąceń niemetalicznych oraz oddziaływań dyslokacyjnych. Obciążenia mechaniczne sprzyjające rozwojowi korozji naprężeniowej stali mogą być bardzo małe. Mogą one powstać w wyniku przeróbki stali na zimno bez następnego odprężenia, po oziębieniu stali w wodzie podczas obróbki cieplnej, po spawaniu, a nawet po obróbce skrawaniem.

Cechą, którą można scharakteryzować korozję naprężeniową, jest kruchość metalu występująca przy próbie rozciągania. Metal skorodowany pęka bez wydłużenia i przewężenia. Często miejsce zapoczątkowania pęknięć leży tuż obok spawów. W związku z tym należy unikać połączeń spawanych stali austenitycznych ze stalami węglowymi, ponieważ różnice w rozszerzalności liniowej mogą spowodować pojawienie się naprężeń, które sprzyjają korozji. Proces korozji przebiega zazwyczaj bardzo szybko, a pęknięcia rozwijają się prostopadle do osi naprężeń rozciągających. Dość silnie podatne na wystąpienie korozji naprężeniowej są austenityczne stale odporne na korozję. Tego typu korozji nie ulegają stale ferrytyczne.

Głównym inicjatorem tej korozji są środowiska zawierające jony chlorkowe, a zwłaszcza chlorki sodu, potasu lub magnezu. Najważniejszymi metodami zapobiegania korozji naprężeniowej są: obniżenie naprężeń poniżej wartości krytycznych dla danego materiału i środowiska, wysoka jakość wykończenia powierzchni, stosowanie inhibitorów korozji czy stosowanie ochrony katodowej.

Korozja stali nierdzewnych - krótka charakterystyka

Czwartek, 04 marca 2010

Korozja szczelinowa

Wytworzenie zabezpieczającej warstwy pasywnej na powierzchni stali odpornych na korozję jest ściśle związane z dostępem tlenu. Gdy taki dostęp jest ograniczony poprzez występowania naturalnych lub sztucznie wytworzonych szczelin, może nastąpić niedostateczna pasywacja określonej powierzchni. W szczelinach tych następuje rozwój korozji i wypłukiwanie metalu w szczelinie. We wnętrzu szczelin konwekcja jest utrudniona i uzupełnienie zużytego tlenu jest możliwe tylko na drodze dyfuzji.

Ponieważ występowanie korozji szczelinowej wywołane jest różnicą stężeń tlenu między szczeliną a resztą roztworu, można powiedzieć, że występujące zniszczenia są następstwem działania ogniw stężeniowych. Korozja szczelinowa występuje najczęściej w połączeniach śrubowych, nitowanych, pod materiałami uszczelniającymi, pod silnie przylegającymi do powierzchni osadami, jak również w wadach spawalniczych. Powstaniu i rozwojowi korozji szczelinowej można w wielu wypadkach zapobiec poprzez odpowiednie zaprojektowanie konstrukcji i połączeń (unikaniu szczelin) oraz ich właściwe wykonawstwo.

Korozja stali nierdzewnych - krótka charakterystyka

Czwartek, 04 marca 2010

Korozja międzykrystaliczna

Ten typ korozji najogólniej można opisać w następujący sposób – korozja ta ma miejsce wówczas, gdy roztwór atakuje granice ziaren bez naruszania ich wnętrza. Mechanizm przebiegu korozji międzykrystalicznej w stalach austenitycznych jest ściśle związany z wydzieleniami węglików chromu na granicach ziaren austenitu lub auste-nitu i ferrytu i ze zubożeniem przygranicznych rejonów ziaren w chrom. Wydzielone węgliki chromu nie są atakowane przez środowisko korozyjne, atakowane są natomiast przygraniczne strefy ziaren. Wynika to z tego, że chrom potrzebny do utworzenia węglików chromu, znacznie bogatszych w ten składnik niż sąsiadujące ziarna stali, migruje z ich przygranicznych stref. W wyniku tego strefy te ubożeją w chrom i przestają być dostatecznie odporne na korozyjne działanie niektórych środowisk, dlatego metal koroduje międzykrystalicznie. Korozja ta postępuje od powierzchni w głąb materiału. Wytrzymałość i ciągliwość metalu gwałtownie maleje, a próbka stali dotkniętej działaniem tej korozji nie wydaje metalicznego dźwięku. Podczas prób wytrzymałościowych stal pęka, w szczególnych wypadkach może nawet rozsypać się w proszek. Ponieważ korozja międzykrystaliczna wynika
z właściwości materiału, to aby jej zapobiec, należy wpłynąć na zmianę jego właściwości.
Są trzy metody zapobiegania korozji międzykrystalicznej austenitycznej stali stopowej: stosowanie odpowiedniej obróbki cieplnej (przesycanie, wyżarzanie), dodawanie pierwiastków tworzących węgliki wydzielające się w wyższych temperaturach niż węgliki chromu, stosowanie stali o zawartości węgla poniżej 0,03%.

Przedstawiona powyżej krótka charakterystyka typów korozji, jakie mogą atakować stale nierdzewne i kwasoodporne pokazuje, że na ten problem należy zwrócić uwagę. Wbrew obiegowym twierdzeniom stale kwasoodporne nie mają 100-procentowej odporności korozyjnej. Złożoność specyficznych cech środowiska, jak również różnorodność gatunków stali odpornych na korozję powoduje, że istnieje ryzyko niewłaściwego zastosowania określonego gatunku do pracy w danym środowisku.

Powyższa charakterystyka typów korozji zawiera tylko najbardziej podstawowe informacje. Sygnalizuje problem i zachęca zainteresowanego czytelnika do dalszej lektury w bogatej bazie tematycznej. Pozwala to na późniejszy świadomy wybór określonego gatunku stali odpornej na korozję, przedłużenie życia tworzonych urządzeń i konstrukcji i w konsekwencji na duże oszczędności.
 

mgr inż. Ariel Brzozowski