Vodiči za zavarivanje

Pucanje uslijed korozije naprezanja – Detaljan vodič

Što je pucanje uslijed korozije naprezanja ili SCC?

Proizvodi od nehrđajućeg čelika skloni su pucanju od korozije pod naponom (SCC) tijekom radnog vijeka, kada rade u korozivnom okruženju.

Proizvođači kemijskih tvornica trebali bi biti svjesni ovog problema i biti u stanju predvidjeti ga, jer kada se zbog toga dogodi kvar, prekasno je izvršiti zadovoljavajuće popravke.

Naprezna korozija, kao što joj ime kaže, rezultat je kombiniranog djelovanja vlačnog naprezanja i korozivne okoline. Naprezanja koja uzrokuju pucanje proizlaze iz zaostalog hladnog rada, zavarivanja ili toplinske obrade, ili se mogu primijeniti izvana tijekom rada.

SCC je lom krhkog tipa u materijalu izloženom korozivnom okruženju i ne treba ga brkati s drugim vrstama lokaliziranog napada kao što su rupičasta korozija, galvanski napad, interkristalna korozija ili kavitacija.

Koji su čimbenici za povećanje pucanja uslijed korozije?

Činjenica da pucanje pod naponom može dovesti do slabljenja komponenti poznata je iz mnogih metala. Većina nehrđajućih čelika, s druge strane, ima relativno malu tendenciju pucanje od korozije naprezanjem. Općenito govoreći, šanse za pojavu SCC-a će se povećati kao:

raste razina stresa,
napadački spojevi u elektrolitu postaju koncentriraniji
temperatura se povećava, i
kako se vrijeme ekspozicije povećava.

Gotovo svi metali i legure osjetljivi su na SCC u određenim okruženjima. Legure pokazuju daleko veću osjetljivost od čistih metala.

U slučaju ravnih kromiranih nehrđajućih čelika koji imaju više od 12% Cr, SCC će se vjerojatno pojaviti u okruženju pare, halogenida i vodikovih sulfida. Austenitni nehrđajući čelici vjerojatno će razviti SCC u prisutnosti klorida i hidroksida.

Uvjeti za nastanak pukotina uzrokovanih naponskom korozijom

Do pucanja uslijed korozije može doći samo ako su zadovoljeni određeni uvjeti:

Materijal mora biti sklon korozijskom pucanju pod naponom
Temperatura ili određeni vanjski agensi moraju djelovati na materijal
Mora postojati vlačno naprezanje

U slučaju čelika, uglavnom je klor taj koji može uzrokovati odgovarajuće slabljenje, u rjeđim slučajevima to se događa i kroz vodikove ione (vodikova krtost).

Krom-nikal-molibden čelici najbolje su zaštićeni od pucanja uslijed korozije, a najveći rizik postoji kod feritnih krom čelika i austenitnih čelika. Često korišteni mršavi duplex čelici skloni su pucanju pod naponom samo na temperaturama iznad 50 °C.

Vrste naprezanja od korozije

Iako je SCC krhka vrsta kvara, pucanje se rijetko širi dovoljno brzo da izazove katastrofalan kvar, čak i u slučaju posuda koje rade pod pritiskom.

Međutim, korozija može prodrijeti kroz metalni dio za nekoliko sati, ako je dio pod stresom i ako je metal izrazito osjetljiv na okolinu. Rezultirajuće istjecanje kemikalije može značiti zatvaranje postrojenja.

Metalografsko ispitivanje pokazuje da se SCC širi ili kroz granice zrna (intergranularno) ili preko zrna (intragranularno ili transgranularno). Vrlo je rijetko naći da obje vrste širenja postoje istovremeno.

Međutim, u oba slučaja, glavne pukotine imaju brojne sekundarne grane koje izlaze iz njih.

Postoje dvije vrste SCC-a:

Intergranularni i
intragranularno, gledano metalografski.

U kojim područjima dolazi do pucanja uslijed korozije?

U austenitnim nehrđajućim čelicima, SCC se može pojaviti u nezavarenom osnovnom materijalu zbog zaostalih naprezanja od hladnog rada ili radnih naprezanja.

U zavarenim proizvodima gdje zavarivanje može povećati naprezanja, SCC se može pojaviti iu matičnoj ploči i u metalu zavara. Najznačajniji okoliš koji uzrokuje SCC su vodene otopine klorida na povišenim temperaturama.

U praksi su rijetki kvarovi ispod 70°C. Potrebna koncentracija Cl-a varira s temperaturom, a niža je kako ona raste. U mnogim slučajevima, SCC je uzrokovan koncentracijom izvorno malih količina Cl u otopini, na primjer isparavanjem zagrijane čelične površine.

na zavarenom metalu od nehrđajućeg čelika koji ima miješanu mikrostrukturu austenita/ferita pokazuje znatno veću otpornost na SCC od matične ploče.

Vruće kaustične otopine također mogu proizvesti transgranularni SCC u ovim materijalima.

Interkristalni SCC se također može pojaviti u HAZ-ovima nestabiliziranih ili visoko ugljičnih zavarenih nehrđajućih čelika, gdje je međukristalna korozija ili propadanje zavara već nastupilo tijekom rada.

U petrokemijskoj opremi, SCC ove vrste može se pojaviti zbog prisutnosti politionskih kiselina, koje se proizvode posebno tijekom gašenja, interakcijom između vode, naslaga koje sadrže sulfide i zraka.

Ova vrsta SCC-a također je moguća u visokotemperaturnom okruženju čiste vode nuklearnih reaktora s kipućom vodom.

U oba ova slučaja, preventivna mjera sastoji se od izbjegavanja senzibilizacije nehrđajućeg čelika odgovarajućim odabirom materijala ili kontrolom postupka zavarivanja. Druga učinkovita mjera je naravno kontrola okoline.

Kako smanjiti osjetljivost na SCC?

Općenito govoreći, osjetljivost na SCC može se minimizirati osiguravanjem minimalnih zaostalih naprezanja u zavarenoj strukturi.

Budući da tretman za ublažavanje naprezanja nije izvediv s nehrđajućim čelicima, mora se izbjegavati teška hladna obrada i usvojiti postupke oblikovanja i zavarivanja na takav način da unutarnja naprezanja budu minimalna i ravnomjerno raspoređena po cijeloj strukturi.

Mogu se koristiti tri različita pristupa za izbjegavanje SCC-a izazvanog kloridom ili kaustikom u nehrđajućim čelicima:

1) Osigurajte bolju kontrolu uvjeta okoliša. Pogledajte brošuru koju je izdala Institucija kemijskih inženjera, 1978. (UK) pod naslovom “Napomene o sigurnoj uporabi nehrđajućeg čelika u postrojenjima za kemijsku obradu”, koja daje korisne smjernice o sigurnim postupcima za hidrostatsko ispitivanje austenitnih nehrđajućih čelika, te o mjere opreza koje treba poduzeti kada ih zaostaju izvana. Zaostali materijali ponekad sadrže kloride ili potiču njihovu koncentraciju na metalnoj površini.

2) Kada su teški uvjeti okoline neizbježni, upotrijebite otporniju leguru, kao što je Incoloy ili Inconel ili dvostruku feritno austenitnu leguru s niskim sadržajem Ni SSC otpornu ili potpuno feritnu leguru s niskim intersticijskim udjelom.

3) Koristite toplinsku obradu za ublažavanje stresa. Kao što je već ranije spomenuto, to nije lako. Minimalna efektivna temperatura je 900° C, a to dovodi do komplikacija s distorzijom i ponovno uvodi značajna zaostala naprezanja pri hlađenju.

Čak i kada je postignuto savršeno ublažavanje stresa, sami stresovi usluge mogu biti prikladni za promicanje SCC-a.