Blog

Zašto je otpornost na koroziju ključni kriterij za vijke od morskog nerđajućeg čelika

Elektrokemijski izazov izloženosti morskoj vodi

Sadržaj soli u morskoj vodi čini da ona djeluje kao moćni vodič, ubrzavajući razgradnju metala kroz elektrokemijske reakcije. Vijci od nerđajućeg čelika suočavaju se s neprestanom borbenošću protiv vlastitog zaštitnog sloja, koji je zapravo tanak sloj krom-oksida koji normalno sprječava širenje hrđe ravnomjerno po površinama. Problemi nastaju kada mikroskopske pukotine omoguće kloridnim ionima da prodiru kroz sloj, stvarajući male električne čelije na površini vijka koje u osnovi pretvaraju dijelove u pozitivne kontakte u odnosu na okolna područja. Podaci iz industrije pokazuju da korozija napreduje otprilike 3 do 5 puta brže u morskoj vodi nego u uvjetima slatke vode. To znači da dolazi do značajnog gubitka metala na ranjivim mjestima poput navoja vijaka i spojeva glave s drškom, smanjujući nosivost za oko 15 posto svake godine u obalnim područjima izloženim plimama. Za inženjere koji rade s morskim konstrukcijama, održavanje ovih zaštitnih slojeva nije samo pitanje odabira boljih materijala — to izravno utječe na to hoće li cijeli sustavi ostati čvrsti pod opterećenjem.

Kako kloridi pokreću rupičastu i koroziju u pukotinama vijaka od nerđajućeg čelika

Ioni klorida pokreću lokaliziranu koroziju putem samoodrživog procesa: nakupljaju se na površinskim nedostacima, otapaju krom-okside i stvaraju kisela mikrookruženja koja dodatno degradiraju pasivni sloj.

Pukotine nastaju na mjestima poput ispod podložaka ili između matica i vijaka gdje okolina postaje kiselom i bogatom kloridima, stvarajući samoodržive reakcije korozije. Standardni vijci od nerđajućeg čelika 316 koji stoje u toplom morskom vodama mogu razviti rupičaste oštećenja koja rastu brzinom do 1 milimetar godišnje. Izvještaji iz industrije ukazuju da skoro polovica svih kvarova vijaka na brodovima zapravo počinje s ovakvom skrivenom korozijom na spojnim točkama. Dodavanje molibdena leguri pomaže u borbi protiv ovog problema jer stvara zaštitne molibdatne spojeve koji sprječavaju prodor klorida i dulje vrijeme održavaju integritet zaštitnog sloja metala.

304 naspram 316 vijci od nerđajućeg čelika: Učinkovitost, ograničenja i provjera u stvarnim uvjetima na moru

Ključna uloga molibdena u stabilizaciji pasivnog sloja vijaka od nerđajućeg čelika 316

Ono što zaista razlikuje vijke od nerđajućeg čelika 304 i 316 je prisutnost molibdena. Oba tipa imaju oko 18% hroma i između 8 do 10% nikla, ali samo 316 sadrži 2 do 3% molibdena koji čini svu razliku. Kada se izloži morskoj vodi, ovaj molibden reagira s molekulama kisika stvarajući netopive spojeve poznate kao molibdati. Ovi maleni kemijski spojevi u osnovi zatvaraju mikroskopske pukotine i nedostatke u zaštitnom sloju krom-dioksida na površini metala. Zbog ove dodatne zaštite, vijci od 316 mogu izdržati otprilike tri puta veću korozivnu štetu od klorida u usporedbi s uobičajenim vijcima od 304 kada se koriste u blizini mora. Za sve one koji rade s opremom koja stalno dolazi u kontakt s morskom vodom, korištenje vijaka od klase 316 nije samo bolje — praktički je neophodno ako želimo da naša oprema izdrži više sezona bez problema s hrđom.

Poljski dokaz: vijci od nerđajućeg čelika 316L nakon 8 godina u plimnim uvjetima (luka Rotterdam)

Istraživači su proučavali što se dogodilo s vijcima od nerđajućeg čelika postavljenima u plimnim zonama luke Rotterdam tijekom osmogodišnjeg razdoblja. Učvršćivači tipa 316L, koji imaju niži sadržaj ugljika kako bi se izbjegli problemi tijekom proizvodnje, pokazali su vrlo malo oštećenje uslijed pitting korozije (manje od 0,1 mm dubine), iako su bili stalno uronjeni i izloženi zraku. U međuvremenu, susjedni vijci tipa 304 pretrpjeli su jaku koroziju u pukotinama točno na mjestima gdje su dodirivali podloške, izgubivši više od 0,8 mm materijala na područjima izloženima visokom naprezanju. Detaljnijim ispitivanjem pronađeni su znakovi interkristalne korozije kod uzoraka 304, dok ih je uopće nije bilo kod uzoraka 316L. To nam jasno govori da bolja zaštita pasivnog sloja u 316L daje stvarne prednosti tijekom vremena, osobito kada se razine kisika stalno mijenjaju i time pogoršavaju koroziju.

Kada standard 316 nije dovoljan: Vijci od visokotrpiljnog nerđajućeg čelika za ekstremne primjene u pomorskim uvjetima

Super austenitni (254 SMO, AL-6XN) i duplex (2205, 2507) vijci od nerđajućeg čelika u postrojenjima za desalinaciju i podmorskoj infrastrukturi

Kada je riječ o izrazito agresivnim okolinama poput postrojenja za desalinaciju, podvodnih naftnih platformi ili vruće tropske morske vode, koncentracija klorida i temperature često premašuju ono što može izdržati standardni nerđajući čelik 316. U takvim slučajevima, problemi poput lokaliziranog korozivnog trošenja (pitting) i korozivnog pucanja uslijed napetosti postaju ozbiljne brige, osim ako se ne prijeđe na kvalitetnije legure. Uzmimo primjerice superaustenitne sorte. Materijali kao što su 254 SMO i AL-6XN sadrže između 6 do 7,5 posto molibdena uz dušik, što im omogućuje broj ekvivalentne otpornosti na pitting (PREN) veći od 40. Što to zapravo znači? Ovi materijali pouzdano funkcioniraju čak i pri izloženosti koncentracijama klorida do 100.000 dijelova na milijun i temperaturama iznad 60 stupnjeva Celzijusovih. To je tri puta više nego što standardni čelik 316 može podnijeti. Duplex legure poput 2205 i 2507 djeluju na drugačiji način jer kombiniraju austenitnu i feritnu strukturu. Ova kombinacija čini ih jačima te otpornijima na korozivno pucanje uslijed napetosti u primjenama na velikim dubinama. Dobri praktični primjer potječe s Sjevernog mora, gdje su vijci od 2507 ostali netaknuti cijelih petnaest godina u uvjetima zone prštanja. Standardni spojni elementi od 316 u istoj su okolini već nakon pet godina počeli pokazivati znakove oštećenja zbog postepenog korozivnog trošenja u uskim pukotinama.

Odabir odgovarajućih vijaka od nerđajućeg čelika: Praktični okvir za odlučivanje za inženjere na moru

Za pomorske inženjere koji rade na stvarnim projektima, korištenje generičkih materijala više jednostavno nije dovoljno. Oni moraju slijediti odgovarajući postupak odlučivanja temeljen na stvarnim uvjetima, a ne na pretpostavkama. Počnimo time da utvrdimo koliko je okolina agresivna. Vijci izrađeni od nerđajućeg čelika 316 dobro funkcioniraju u područjima izloženim samo zraku, ali kada su uvjeti vlažniji ili prisutne plime i oseke, inženjeri bi trebali razmotriti duplex opcije poput 2205 ili 2507 jer ti materijali znatno bolje podnose kloride. Sljedeći korak je provjera može li materijal izdržati naprezanje. Duplex legure imaju otprilike dvostruku čvrstoću u usporedbi s uobičajenim vijcima od 316, što čini veliku razliku pri stalnom pokretu i vibracijama, prema istraživanju ASM Internationala iz prošle godine. I konačno, nitko ne želi trošiti novac unaprijed bez znanja što će uštedjeti kasnije. Super austenitni vijci poput 254 SMO mogu koštati više na početku, ali traju toliko dulje u ekstremnim uvjetima, kao što su oni u postrojenjima za reverznu osmozu, da većina instalacija na kraju uštedi oko 60% na zamjenama u budućnosti. Praćenje ovog trostupanjskog postupka pomaže u osiguravanju pouzdanog rada tijekom godina, zadržava niske troškove održavanja i sprječava skupe kvarove s kojima nitko ne želi imati posla.