Коррозионностойкая труба из нержавеющей стали

В нашей производственной программе мы предлагаем нашим клиентам два класса марок нержавеющей стали, которые обладают превосходной устойчивостью к коррозии

Аустенитно-ферритные Дуплексная нержавеющая сталь характеризуются превосходными механическими свойствами, в частности, высокой коррозионное растрескивание под напряжением устойчивость. Они особенно хорошо подходят для морского применения и химической промышленности. Их превосходная коррозионная стойкость позволяет им выдерживать воздействие хлоридной среды, особенно при механическом воздействии. стресс. Это делает их лучше аустенитной стали во многих случаях.

Категория аустенитный устойчивый к коррозии Трубы из нержавеющей стали в первую очередь включают материалы с более высокими легирующими свойствами (например, никель, хром и молибден). Они устойчивы к различным видам коррозии, вызванной влажным химическим воздействием, и при этом сохраняют аустенитную кубическую матрицу с торцевым центром. Таким образом, получается ряд очень универсальных нержавеющих сталей.

Хотя одной из основных причин использования нержавеющей стали является коррозионная стойкостьОднако в некоторых условиях они действительно подвержены определенным видам коррозии, поэтому необходимо тщательно подбирать марку, подходящую для конкретного применения. Коррозия может вызывать различные проблемы, в зависимости от области применения: Перфорация, например, в резервуарах и трубах, что приводит к утечке жидкостей или газов,

Потеря прочности, когда поперечное сечение структура коррозии, что приводит к снижению прочности конструкции и последующему разрушению. Ухудшение внешнего вида, когда продукты коррозии или точечная коррозия могут нарушить декоративную отделку поверхности.

Наконец, коррозия может привести к образованию накипи или ржавчины, которые могут загрязнить обрабатываемый материал; это особенно актуально для оборудования, предназначенного для обработки пищевых продуктов.

Коррозия нержавеющих сталей может быть классифицирована как одна из следующих категорий:

• Общая коррозия
• Точечная коррозия
• Коррозия в щелях
• Коррозионное растрескивание под напряжением
• Сульфид Коррозионное растрескивание под напряжением
• Межкристаллитная коррозия
• Гальваническая коррозия
• Контактная коррозия

Общая коррозия

Коррозия, при которой происходит общее равномерное удаление материала путем растворения, например, когда нержавеющая сталь используется в химических установках, содержащих сильные кислоты. Проектирование в этом случае основывается на опубликованных данных для прогнозирования срока службы компонента.

Опубликованные данные указывают на удаление металла в течение года. Таблицы устойчивости к различным химическим веществам публикуются различными организациями, и очень большая коллекция диаграмм, списков, рекомендаций и технических документов доступна производителям и поставщикам нержавеющей стали.

Точечная коррозия

В определенных условиях, особенно при высокой концентрации хлоридов (например, хлорида натрия в морской воде), умеренно высоких температурах и при низком уровне pH (т.е. кислотных условиях), может возникнуть очень локальная коррозия, приводящая к перфорации труб, фитингов и т.д. Это не относится к опубликованным данным о коррозии, так как это чрезвычайно локализованная и сильная коррозия, которая может проникать прямо через поперечное сечение детали. Стали с высоким содержанием хрома, а особенно молибдена и азота, более устойчивы к точечной коррозии.

Сопротивление питтингу Эквивалентное число (PREN)

Было установлено, что эквивалентное число питтингостойкости (PREN) дает хорошее представление о питтингостойкости нержавеющих сталей. PRE может быть рассчитано как:

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

Одна из причин, по которой точечная коррозия является столь серьезной, заключается в том, что после образования ямы существует сильная тенденция к ее дальнейшему росту, даже если большая часть окружающей стали остается нетронутой.

Склонность конкретной стали к точечной коррозии можно оценить в лаборатории. Был разработан ряд стандартных тестов, наиболее распространенным из которых является тест, приведенный в ASTM G48. Можно построить график с указанием температуры, при которой вероятно возникновение точечной коррозии, как показано на рис. 1.

Рисунок 1. Температура, при которой возможно возникновение точечной коррозии

Это основано на стандартном лабораторном испытании с хлористым железом, но позволяет предсказать результаты во многих условиях эксплуатации.

Коррозия в щелях

Коррозионная стойкость нержавеющей стали зависит от наличия защитного оксидного слоя на ее поверхности, но при определенных условиях возможно разрушение этого оксидного слоя, например, в восстановительных кислотах или при некоторых видах сжигания, когда атмосфера является восстановительной. Области, где оксидный слой может разрушиться, также могут быть результатом конструкции деталей, например, под прокладками, в острых углах, связанных с неполным проплавлением или перекрытием поверхностей. Все это может образовывать щели, которые способствуют коррозии. Чтобы функционировать как место коррозии, щель должна иметь достаточную ширину для проникновения коррозионного агента, но при этом быть достаточно узкой, чтобы коррозионный агент оставался застойным. Соответственно, щелевая коррозия обычно возникает в зазорах шириной в несколько микрометров и не встречается в канавках или пазах, в которых возможна циркуляция коррозионного агента. Эту проблему часто можно решить, уделив внимание конструкции детали, в частности, избегая образования щелей или, по крайней мере, делая их как можно более открытыми. Щелевая коррозия - это механизм, очень похожий на питтинговую коррозию; сплавы, устойчивые к одной из них, обычно устойчивы и к другой. Щелевую коррозию можно рассматривать как более серьезную форму точечной коррозии, поскольку она происходит при значительно более низких температурах, чем точечная.

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC)

Под совместным воздействием напряжений и некоторых агрессивных сред нержавеющая сталь может подвергнуться этой очень быстрой и серьезной форме коррозии. Напряжения должны быть растягивающими и могут возникать в результате нагрузок, приложенных в процессе эксплуатации, или напряжений, создаваемых типом сборки, например, интерференционной посадкой штифтов в отверстия, или остаточных напряжений, возникающих в результате метода изготовления, например, холодной обработки. Наиболее разрушительной средой является раствор хлоридов в воде, например в морской, особенно при повышенных температурах. Вследствие этого нержавеющие стали ограничены в применении для работы с горячей водой (выше 50°C), содержащей даже следовые количества хлоридов (более нескольких частей на миллион). Эта форма коррозии применима только к аустенитной группе сталей и связана с содержанием никеля. Сталь марки 316 не является значительно более устойчивой к SCC, чем 304. Дуплексные нержавеющие стали гораздо более устойчивы к SCC, чем аустенитные, причем марка 2205 практически не подвержена коррозии при температурах до 150°C, а супердуплексные марки еще более устойчивы. Ферритные стали, как правило, вообще не страдают от этой проблемы.

В некоторых случаях было обнаружено, что можно повысить устойчивость к SCC, приложив сжимающее напряжение к компоненту, подверженному риску; это можно сделать, например, путем дробеструйного упрочнения поверхности. Другой альтернативой является обеспечение отсутствия растягивающих напряжений в изделии путем отжига в качестве заключительной операции. Эти решения проблемы в некоторых случаях были успешными, но их необходимо очень тщательно оценивать, поскольку гарантировать отсутствие остаточных или приложенных растягивающих напряжений может быть очень сложно.

С практической точки зрения, класс 304 может быть достаточным при определенных условиях. Например, Grade 304 используется в воде, содержащей 100-300 частей на миллион (ppm) хлоридов при умеренных температурах. Попытка установить предельные значения может быть рискованной, поскольку влажные/сухие условия могут концентрировать хлориды и увеличивать вероятность коррозионного растрескивания под напряжением. Содержание хлоридов в морской воде составляет около 2% (20 000 ppm). Морская вода с температурой выше 50°C встречается в таких областях применения, как теплообменники для прибрежных электростанций.

В последнее время было отмечено небольшое количество случаев коррозионного разрушения под действием хлоридов при более низких температурах, чем считалось ранее. Они произошли в теплой, влажной атмосфере над крытыми хлорированными плавательными бассейнами, где часто используются крепления из нержавеющей стали (обычно марки 316) для подвески таких элементов, как вентиляционные каналы. При этом температура достигала 30-40°C. Случались также отказы из-за коррозии под напряжением при более высоких температурах с содержанием хлоридов до 10 ppm. Эта очень серьезная проблема еще не до конца изучена.

Сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением (SSC

Для многих пользователей в нефтегазовой промышленности наибольшее значение имеет устойчивость материала к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. Механизм SSC не имеет однозначного определения, но включает в себя совместное действие хлорида и сероводорода, требует наличия растягивающего напряжения и имеет нелинейную зависимость от температуры.

Три основных фактора: уровень стресса, окружающая среда и температура.

Уровень стресса

Иногда для каждого сочетания материала и среды можно определить пороговое напряжение. Некоторые опубликованные данные показывают непрерывное снижение порогового напряжения с увеличением уровня H2S. Для защиты от SSC спецификация NACE MR0175 для сульфидных сред ограничивает обычные аустенитные марки максимальной твердостью 22HRC.

Окружающая среда

Основными агентами являются хлорид, сероводород и рН. Наблюдается синергизм между этими эффектами, причем при высоких уровнях H2S сульфид, по-видимому, оказывает ингибирующее действие.

Температура

С ростом температуры вклад хлорида увеличивается, но влияние водорода уменьшается из-за его повышенной подвижности в ферритовой матрице. В результате максимальная восприимчивость достигается в области 60-100°C. Также был выявлен ряд вторичных факторов, включая количество феррита, состояние поверхности, наличие холодной обработки и теплового оттенка в сварных швах.

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия - это форма относительно быстрой и локализованной коррозии, связанной с дефектной микроструктурой, известной как осаждение карбидов. Когда аустенитные стали подвергаются воздействию температуры в диапазоне от 425 до 850°C или когда сталь нагревается до более высоких температур и охлаждается в этом температурном диапазоне с относительно низкой скоростью (как, например, после сварки или воздушного охлаждения после отжига), хром и углерод в стали соединяются и образуют частицы карбида хрома по границам зерен во всей стали. Образование этих карбидных частиц по границам зерен истощает окружающий металл хромом и снижает его коррозионную стойкость, позволяя стали корродировать преимущественно по границам зерен. Сталь в таком состоянии называют "сенсибилизированной".

Следует отметить, что осаждение карбидов зависит от содержания углерода, температуры и времени при температуре. Наиболее критический диапазон температур составляет около 700°C, при котором углеродистые стали 0,06% осаждают карбиды примерно за 2 минуты, в то время как углеродистые стали 0,02% практически не подвержены этой проблеме.

Сталь, страдающую от выпадения карбидов, можно восстановить, нагрев ее выше 1000°C с последующей закалкой в воде, чтобы удержать углерод и хром в растворе и предотвратить образование карбидов. Большинство конструкций, которые подвергаются сварке или нагреву, не могут быть подвергнуты такой обработке термическая обработка Поэтому были разработаны специальные марки стали, позволяющие избежать этой проблемы. К ним относятся стабилизированные марки 321 (стабилизированная титаном) и 347 (стабилизированный ниобием). Титан и ниобий обладают гораздо большим сродством к углероду, чем хром, поэтому карбиды титана, ниобия и тантала образуются вместо карбидов хрома, оставляя хром в растворе и обеспечивая полную коррозионную стойкость.

Другой метод, используемый для преодоления межкристаллитной коррозии, заключается в использовании сверхнизкоуглеродистых марок, таких как Grades 316L и 304L; они имеют чрезвычайно низкий уровень углерода (обычно менее 0,03%) и поэтому значительно более устойчивы к выпадению карбида.

Многие условия не вызывают межкристаллитная коррозия в сенсибилизированных аустенитных нержавеющих сталях, например, ледяная уксусная кислота при комнатной температуре, щелочной солевой раствор, такой как карбонат натрия, питьевая вода и большинство внутренних пресных водоемов. В таких средах нет необходимости беспокоиться о сенсибилизации. Также, как правило, не возникает проблем при воздействии света манометр сталь, поскольку она обычно очень быстро остывает после сварки или другого воздействия высоких температур.

Кроме того, наличие карбидов по границам зерен не вредит высокотемпературной прочности нержавеющих сталей. Стали, специально предназначенные для этих целей, часто намеренно имеют высокое содержание углерода, поскольку это повышает их высокотемпературную прочность и сопротивление ползучести. Это варианты "H", такие как марки 304H, 316H, 321H и 347H, а также 310. Все они имеют содержание углерода, заведомо находящееся в диапазоне, в котором будет происходить выпадение осадков.

Гальваническая коррозия

Поскольку коррозия - это электрохимический процесс, связанный с протеканием электрического тока, она может быть вызвана гальваническим эффектом, возникающим при контакте разнородных металлов в электролите (электролит - это электропроводящая жидкость). Для возникновения гальванической коррозии необходимы три условия: два металла должны быть широко разнесены по гальваническому ряду (см. рис. 2), они должны находиться в электрическом контакте, а их поверхности должны быть соединены электропроводящей жидкостью. Устранение любого из этих трех условий приведет к предотвращению гальванической коррозии.

Рисунок 2. Гальваническая серия для металлов в проточной морской воде.

Поэтому очевидный способ предотвращения - избегать смешанных металлических конструкций. Часто это нецелесообразно, но предотвращение также может заключаться в устранении электрического контакта - это может быть достигнуто путем использования пластиковых или резиновых шайб или втулок, или путем обеспечения отсутствия электролита, например, путем улучшения дренажа или использования защитных кожухов. Этот эффект также зависит от относительной площади разнородных металлов. Если площадь менее благородного материала (анодного материала, расположенного справа на рис. 2) велика по сравнению с площадью более благородного (катодного), коррозионный эффект значительно снижается и может стать незначительным. И наоборот, большая площадь благородного металла в контакте с небольшой площадью менее благородного ускорит скорость гальванической коррозии. Например, алюминиевые листы принято скреплять винтами из нержавеющей стали, но алюминиевые винты на большом участке нержавеющей стали, скорее всего, будут быстро корродировать.

Контактная коррозия

Она сочетает в себе элементы точечной, щелевой и гальванической коррозии и возникает, когда на нержавеющей стали остаются мелкие частицы инородных тел, в частности углеродистой стали. поверхность. Атака начинается как гальванический элемент - частица инородного вещества является анодной и, следовательно, быстро подвергается коррозии, но в тяжелых случаях в нержавеющей стали может образоваться яма, и точечная коррозия может продолжаться с этого места. Наиболее распространенной причиной являются обломки углеродистой стали, образовавшиеся в результате шлифовки поблизости, или использование инструментов, загрязненных углеродистой сталью. По этой причине некоторые производители имеют специальные цеха по обработке нержавеющей стали, где контакт с углеродистой сталью полностью исключен.

Все мастерские и склады, где работают или хранятся трубы из нержавеющей стали, должны знать об этой потенциальной проблеме и принимать меры по ее предотвращению. Для предотвращения контакта между трубами из нержавеющей стали и стеллажами из углеродистой стали можно использовать защитные пластиковые, деревянные или ковровые полоски. К другому погрузочно-разгрузочному оборудованию, которое необходимо защищать, относятся шины вилочных подъемников и подъемные приспособления кранов. Полезной альтернативой часто оказываются стропы из чистой ткани.

Пассивация и маринование

Если нержавеющая сталь загрязнена остатками углеродистой стали, их можно удалить пассивированием разбавленной азотной кислотой или травлением смесью фтористоводородной и азотной кислот.

Выбор коррозионной стойкости нержавеющей стали
Металлографическое испытание - Металлографическое испытание
Отчет о металлографических испытаниях
Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН)
Коррозионное растрескивание под действием хлоридов
Коррозия нержавеющей стали
Коррозия трубопроводов
Процесс коррозии
Поверхностные покрытия для борьбы с коррозией
Коррозионно-стойкий материал
Биметаллическая коррозия. Гальваническая коррозия
Межкристаллитная коррозия
Межкристаллитная коррозия труб из нержавеющей стали
Коррозионностойкая труба из нержавеющей стали
Коррозионная стойкость труб из нержавеющей стали
Устойчивость труб из нержавеющей стали к воздействию морской воды
Механизм коррозии в трубах из нержавеющей стали
ASTM A262 Испытание на межкристаллитную коррозию IGC
ASTM E112 Стандартные методы испытаний для определения среднего размера зерна
Методы минимизации хлоридного коррозионного растрескивания под напряжением