Blogi

Miksi korroosiovastus on ratkaiseva tekijä meriluokitelluille ruostumattomille terässorveille

Sähkökemiallinen haaste merivedessä altistumisessa

Suolapitoisuus merivedessä saa sen toimimaan kuin voimakkaana virtajohtimena, kiihdyttäen metallien hajoamista sähkökemiallisten reaktioiden kautta. Rostumatonta terästä valmistetut ruuvit kohtaavat jatkuvaa taistelua omia suojapeitteitään vastaan, jotka muodostuvat ohuesta kromioksidikerroksesta, joka yleensä estää ruosteesta syntymisen ja leviämisen tasaisesti pinnan yli. Ongelmia ilmenee, kun pienet halkeamat antavat kloridi-ioneiden päästä läpi, luoden pieniä sähkökennoja ruuvin pinnalle, mikä käytännössä muuttaa sen osia positiivisiksi napoiksi verrattuna ympäröiviin alueisiin. Teollisuuden tiedot osoittavat, että korroosio tapahtuu noin 3–5 kertaa nopeammin merivedessä kuin tavallisissa makean veden olosuhteissa. Tämä tarkoittaa merkittävää metallin menetystä haavoittuvilla kohdilla, kuten ruuvin kierteissä ja siinä kohdassa, missä ruuvinpää kohtaa varren, mikä vähentää kantavuutta noin 15 prosenttia vuodessa rannikkoalueilla, joilla on vuorovesi-ilmiöitä. Merirakenteita suunnitteleville insinööreille suojakerrosten säilyttäminen koskemattomina ei ole ainoastaan parempien materiaalien valintaa – se vaikuttaa suoraan siihen, pysyvätkö koko systeemit koossa rasituksen alaisina.

Kuinka kloridit aiheuttavat kuopittumista ja rakokorrosiota ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa kiinnityssaranoissa

Kloridi-ionit käynnistävät paikallisen korroosion itseään ylläpitävässä prosessissa: ne kertyvät pinnan virheisiin, liuottavat kromioksidit ja synnyttävät hapan mikroympäristön, joka edelleen heikentää passiivikerrosta.

Rakot muodostuvat esimerkiksi aluslevyjen alla tai mutterien ja pulttien välissä, joissa ympäristö muuttuu hapan ja kloorideilla rikkonaiseksi, mikä synnyttää itsensä ylläpitäviä korroosioilmiöitä. Standardipultit, jotka on valmistettu 316 -ruostumattomasta teräksestä ja sijaitsevat lämpimässä merivedessä, voivat kehittää kuoppia, jotka kasvavat jopa 1 millimetriä vuodessa. Teollisuuden raporttien mukaan lähes puolet kaikista merikäyttöön liittyvistä kiinnitysosien vioista alkaa juuri tästä piilevästä korroosiosta liitoskohdissa. Molybdeenin lisääminen seokseen auttaa torjumaan tätä ongelmaa, koska se muodostaa suojaavia molybdaattiyhdisteitä, jotka estävät kloridien pääsyn läpi ja pitävät metallin suojakerroksen ehjänä pidempään.

304 vs 316 ruostumaton teräs -pultit: Suorituskyky, rajoitukset ja käytännön merikäytön validointi

Molybdeenin keskeinen rooli 316 -ruostumattomien teräksiruuvien passiivikerroksen stabiloinnissa

Se, mikä todella erottaa ruostumattomat teräksiset 304 ja 316 ruuvit toisistaan, on molyybdinin läsnäolo. Molemmissa tyypeissä on noin 18 % kromia ja 8–10 % nikkeliä, mutta vain 316:ssa on 2–3 % molyybdenia, mikä tekee kaiken erotuksen. Kun sitä altistetaan suolavesiympäristölle, tämä molyybdeni yhdistyy happimolekyyleihin muodostaen niinsanottuja liukenemattomia molybdaatteja. Nämä pienet kemialliset yhdisteet tukkivat metallipinnan suojaavassa kromioksidikerroksessa olevat mikrokupit ja epätäydellisyydet. Tämän lisäsuojauksen ansiosta 316-ruuvit kestävät noin kolme kertaa enemmän kloridien aiheuttamaa korroosiota verrattuna tavallisiin 304-ruuveihin, kun niitä käytetään meren lähellä. Kaikille, jotka käyttävät laitteita, joihin kohdistuu jatkuvaa meriveden kosketusta, 316-luokan käyttö ei ole vain parempi – se on käytännössä välttämätöntä, jos haluamme laitteiston kestävän useita kausia ilman ruosteongelmia.

Kenttänäyttö: 316L ruostumattomasta teräksestä valmistetut mutterit kahdeksan vuoden jälkeen vuorovesialueilla (Rotterdamin satama)

Tutkijat tarkastelivat, mitä tapahtui ruostumattomasta teräksestä valmistetuille muttereille, jotka oli asennettu Rotterdamin sataman vuorovesialueille kahdeksaksi vuodeksi. 316L-tyyppiset kiinnikkeet, joiden hiilipitoisuus on alhaisempi valmistusongelmien välttämiseksi, osoittivat hyvin vähäistä kuoppakorroosiota (alle 0,1 mm syvyyttä), vaikka ne olivat jatkuvasti upotettuina ja altistuneina ilmalle. Samaan aikaan lähellä olevat 304-mutterit kärsivät pahasta raekorroosiosta juuri niiden kohdissa, joissa ne koskettivat pesusinkkiä, ja menettivät yli 0,8 mm materiaalia paikoissa, joissa korkea jännite vaikutti. Tarkempi tarkastelu paljasti merkkejä rajakorroosiosta 304-näytteissä, mutta ei lainkaan 316L-näytteissä. Tämä kertoo meille selvästi: parempi passiivikerros suojaus 316L:ssä antaa sille todellisia etuja pitkällä aikavälillä, erityisesti kun hapevuustasot vaihtelevat jatkuvasti ja pahentavat korroosiota.

Kun standardi 316 ei riitä: suorituskykyiset ruostumattomat teräksiset mutterit äärimmäisissä merikäyttökohteissa

Superausteniittiset (254 SMO, AL-6XN) ja duplex- (2205, 2507) ruostumattomat teräksiset mutterit suolaveden poistolaitoksissa ja merenalaisessa infrastruktuurissa

Kun on kyse erittäin kovista olosuhteista, kuten suolattimoista, merenalaisten öljyalusten tai kylmien trooppisten meriveden yhteydestä, kloridipitoisuudet ja lämpötilat ylittävät usein sen mitä tavallinen 316 -ruostumaton teräs kestää. Näissä tilanteissa lohkopommin ja jännityskorroosion halkeamisen kaltaiset ongelmat muodostuvat vakaviksi huolenaiheiksi, ellemme siirry paremman laatuisten seosten käyttöön. Otetaan esimerkiksi superausteniittiset laadut. Materiaalit kuten 254 SMO ja AL-6XN sisältävät 6–7,5 prosenttia molybdeenia sekä typpeä, mikä antaa niille pintaeroon kestävyysluvun (PREN) yli 40. Mitä tämä oikeastaan tarkoittaa? Nämä materiaalit toimivat luotettavasti, vaikka ne altistuttaisiin kloridipitoisuuksille jopa 100 000 miljoonasosaa ja lämpötiloille yli 60 astetta Celsius-asteikolla. Tämä on kolme kertaa enemmän kuin mitä standardi 316 -teräs kestää. Duplex-seokset kuten 2205 ja 2507 toimivat eri tavalla yhdistämällä sekä austeniitti- että ferriittirakenteet. Tämä yhdistelmä tekee niistä vahvempia ja kestävämpiä jännityskorroosioloukkuja syvän veden sovelluksissa. Hyvä käytännön esimerkki tulee Pohjanmereltä, jossa 2507 -ruuvit säilyivät ehjinä peräti viisitoista vuotta räpsytysohjeissa. Standardi 316 kiinnikkeet samassa ympäristössä alkoivat näyttää pettämisen merkkejä jo viiden vuoden kuluttua hitaan sauman korroosion vaurioitten vuoksi.

Oikeiden ruostumattomien teräsrakojen valinta: Käytännöllinen päätöskehys merikoneteknikoille

Merikoneteollisuuden insinööreille, jotka työskentelevät oikeilla hankkeilla, yleisten materiaalien käyttö ei enää riitä. Heidän on noudatettava asianmukaista päätöksentekoprosessia, joka perustuu todellisiin olosuhteisiin arvauksen sijaan. Aloitetaan selvittämällä, kuinka kova olosuhde on kyseessä. Ruuvit valmistettuna 316-haponkestävästä teräksestä toimivat hyvin ilmassa olevissa osissa, mutta kun olosuhteet muuttuvat kosteammiksi tai vuorovesi vaikuttaa, insinöörien tulisi harkita duplex-ratkaisuja, kuten 2205:ttä tai 2507:ää, koska ne kestävät klorideja huomattavasti paremmin. Seuraavaksi on tarkistettava, kestääkö materiaali rasituksen. Duplex-seokset ovat noin kaksinkertaisesti lujempia verrattuna tavallisiin 316-ruuveihin, mikä merkitsee suurta eroa, kun on kyse jatkuvasta liikkeestä ja värähtelyistä – tämän vahvistaa ASM Internationalin viime vuoden tutkimus. Lopuksi, kukaan ei halua kuluttaa rahaa etukäteen tietämättä, mitä säästyy myöhemmin. Superauteniittiset ruuvit, kuten 254 SMO, voivat maksaa aluksi enemmän, mutta ne kestävät niin paljon pidempään kovissa olosuhteissa, kuten esimerkiksi käänteisosmoosilaitoksissa, että useimmissa asennuksissa säästyy noin 60 % varaosakustannuksissa pitkällä aikavälillä. Tämän kolmivaiheisen menetelmän noudattaminen varmistaa, että kaikki toimii luotettavasti vuosikausia, pitää huoltokustannukset matalina ja estää kalliit vioittumiset, joita kukaan ei halua käsitellä.