Blog

Proč je odolnost proti korozi rozhodujícím kritériem pro šrouby z nerezové oceli námořní třídy

Elektrochemická výzva působení mořské vody

Obsah soli ve mořské vodě způsobuje, že působí jako silný vodič, který urychluje rozklad kovů prostřednictvím elektrochemických reakcí. Nerezové šrouby čelí neustálému boji o svou ochrannou vrstvu, která je v podstatě tenkou vrstvou oxidu chromu, jenž normálně brání šíření koroze po povrchu. Problémy vznikají, když malé trhliny umožní proniknutí chloridových iontů, čímž vznikají na povrchu šroubu malé galvanické články, které vlastně přeměňují některé části na kladné póly ve srovnání s okolními oblastmi. Průmyslová data ukazují, že koroze probíhá ve slané vodě přibližně 3 až 5krát rychleji než v běžných podmínkách sladké vody. To znamená významnou ztrátu kovu v náchylných místech, jako jsou závity šroubů a místa, kde hlavy přecházejí do dříků, což každý rok snižuje nosnou kapacitu o přibližně 15 procent v pobřežních oblastech vystavených přílivu. Pro inženýry pracující s námořními konstrukcemi není udržování těchto ochranných vrstev neporušených pouhou otázkou výběru lepších materiálů – přímo ovlivňuje, zda celé systémy vydrží mechanické namáhání.

Jak chloridy spouštějí bodovou a štěrbinovou korozi u nerezových šroubů

Ionty chloridů iniciovají lokální korozi prostřednictvím samoudržitelného procesu: hromadí se na povrchových vadách, rozpouštějí oxidy chromu a vytvářejí kyselá mikroprostředí, která dále degradují pasivní vrstvu.

Vznikají trhliny na místech, jako je prostor pod přírubami nebo mezi maticemi a šrouby, kde se prostředí stává kyselým a nasyceným chloridy, čímž vznikají samočinné korozní reakce. Běžné šrouby z nerezové oceli 316 ponořené do teplé mořské vody mohou vyvíjet jamkovou korozi, jejíž růst může dosáhnout až 1 milimetru za rok. Průmyslové zprávy uvádějí, že téměř polovina všech poruch šroubů na moři má svůj počátek právě v této skryté korozních degradaci v místech spojení. Přidání molybdenu do slitiny pomáhá tento problém řešit, protože vytváří ochranné sloučeniny molybdenanu, které brání průniku chloridů a delší dobu udržují neporušenou ochrannou vrstvu kovu.

šrouby z nerezové oceli 304 vs 316: Výkon, omezení a ověření v reálných námořních podmínkách

Klíčová role molybdenu při stabilizaci pasivní vrstvy šroubů z nerezové oceli 316

To, co ve skutečnosti odlišuje nerezové šrouby 304 od 316, je přítomnost molybdenu. Obě typy obsahují přibližně 18 % chromu a mezi 8 až 10 % niklu, ale právě 2 až 3% molybdenu, který se vyskytuje pouze v typu 316, dělá veškerý rozdíl. Při vystavení slané vodě se tento molybden spojuje s molekulami kyslíku a vytváří nerozpustné sloučeniny zvané molybdaty. Tyto malé chemické útvary v podstatě uzavírají drobné trhliny a nedokonalosti v ochranné vrstvě oxidu chromu na povrchu kovu. Díky této dodatečné ochraně odolávají šrouby 316 přibližně třikrát většímu poškození korozí způsobené chloridy ve srovnání s běžnými šrouby 304, pokud jsou použity v blízkosti oceánu. Pro každého, kdo pracuje s vybavením, které je neustále v kontaktu se slanou vodou, je použití materiálu třídy 316 nejen lepší – je to prakticky nezbytné, chceme-li, aby naše součástky vydržely více sezón bez problémů s rezí.

Polní důkazy: Nerezové šrouby ze slitiny 316L po 8 letech v přílivových oblastech (přístav Rotterdam)

Výzkumníci zkoumali, co se stalo s nerezovými šrouby umístěnými v přílivových oblastech přístavu Rotterdam během osmiletého období. Upevňovací prvky typu 316L, které mají nižší obsah uhlíku za účelem prevence problémů během výroby, vykazovaly velmi malé množství bodové koroze (méně než 0,1 mm hloubky), a to navzdory tomu, že byly neustále ponořené a vystavené vzduchu. Mezitím trpěly šrouby typu 304 výraznou štěrbinovou koroze přesně v místech, kde byly v kontaktu s podložkami, a v oblastech vystavených vysokému namáhání ztratily více než 0,8 mm materiálu. Při bližším zkoumání jsme u vzorků 304 našli známky mezihranové koroze, zatímco u vzorků 316L nebyly žádné známky této koróze zjištěny. Z toho vyplývá jasný závěr: lepší pasivní vrstva ochrany u 316L poskytuje skutečné výhody v čase, zejména tehdy, když se hladiny kyslíku neustále mění a tím zhoršují korozní procesy.

Když norma 316 nestačí: šrouby z nerezové oceli pro extrémní námořní aplikace

Superaustenitické (254 SMO, AL-6XN) a duplexní (2205, 2507) šrouby z nerezové oceli v desalinačních zařízeních a podmořské infrastruktuře

Při práci v extrémně náročných prostředích, jako jsou odmořovací zařízení, podvodní ropné plošiny nebo horká tropická mořská voda, často hladiny chloridů a teploty přesahují možnosti běžné nerezové oceli 316. V takových případech se problémy jako bodová koroze a napěťová koroze stávají vážnými riziky, pokud nepřejdeme na kvalitnější slitiny. Vezměme si například superaustenitické třídy. Materiály jako 254 SMO a AL-6XN obsahují 6 až 7,5 procenta molybdenu a dusíku, což jim poskytuje hodnoty Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) nad 40. Co to znamená? Tyto materiály spolehlivě vydrží i při koncentracích chloridů až 100 000 částic na milion a teplotách nad 60 stupňů Celsia. To je trojnásobek odolnosti standardní oceli 316. Duplexní slitiny jako 2205 a 2507 fungují jinak – kombinují austenitickou a feritickou strukturu. Tato kombinace je činí pevnějšími a odolnějšími proti napěťové korozi v hloubkových aplikacích pod hladinou vody. Dobrým příkladem z reálného světa je Severní moře, kde šrouby z materiálu 2507 vydržely neporušené patnáct celých let v podmínkách zóny záplav. Standardní upevňovací prvky z oceli 316 ve stejném prostředí začaly ukazovat známky poškození již po pěti letech kvůli postupné štěrbinové korozi.

Výběr vhodných nerezových šroubů: Praktický rozhodovací rámec pro námořní inženýry

Pro námořní inženýry pracující na reálných projektech již není dostačující používání běžných materiálů. Musí dodržovat řádný rozhodovací proces založený na skutečných podmínkách, nikoli odhadech. Začněme tím, že určíme, jak náročné je prostředí. Šrouby z oceli 316 dobře vyhovují v oblastech vystavených pouze vzduchu, ale pokud jsou podmínky vlhčí nebo přílivové, měli by inženýři zvážit duplexní materiály jako 2205 nebo 2507, protože tyto materiály mnohem lépe odolávají chloridům. Dále je třeba ověřit, zda materiál vydrží namáhání. Duplexní slitiny mají podle výzkumu ASM International z minulého roku přibližně dvojnásobnou pevnost ve srovnání se standardními šrouby 316, což činí zásadní rozdíl při práci s neustálým pohybem a vibracemi. A nakonec nikdo nechce utrácet peníze hned na začátku, aniž by věděl, co ušetří později. Superaustenitické šrouby jako 254 SMO mohou mít vyšší počáteční cenu, ale v extrémních prostředích, jako jsou například zařízení reverzní osmózy, vydrží natolik déle, že většina instalací nakonec ušetří přibližně 60 % nákladů na výměny. Dodržování tohoto třístupňového postupu pomáhá zajistit spolehlivý provoz po mnoho let, udržuje nízké náklady na údržbu a předchází nákladným poruchám, se kterými si nikdo nepřeje muset bojovat.