Blog

Miért a korrózióállóság a meghatározó szempont a tengerészeti minőségű rozsdamentes acél csavaroknál

A tengervíznek való kitettség elektrokémiai kihívásai

A tengeri víz sótartalma miatt az mint hatékony vezetőként viselkedik, felgyorsítva a fémek elektrokémiai reakciók révén történő lebomlását. A rozsdamentes acél csavarok folyamatosan harcolnak saját védőrétegükkel szemben, amely alapvetően egy vékony króm-oxidréteg, és normál körülmények között megakadályozza a rozsda egyenletes terjedését a felületeken. Problémák akkor merülnek fel, amikor apró repedések lehetővé teszik a klóridionok áthatolását, mikroszkopikus galvánelemeket hozva létre a csavar felületén, amelyek gyakorlatilag a csavar bizonyos részeit pozitív pólussá alakítják a környező területekhez képest. Az ipari adatok szerint a korrózió tengeri környezetben körülbelül 3–5-ször gyorsabban zajlik, mint édesvízben. Ez azt jelenti, hogy jelentős fémveszteség következik be olyan sebezhető pontokon, mint a csavar menetei vagy a fej és a szár találkozása, csökkentve a teherbírást évente körülbelül 15 százalékkal az árapályhatásnak kitett partszakaszokon. A tengeri szerkezetekkel dolgozó mérnökök számára ezért a védőrétegek épségének fenntartása nem csupán jobb anyagok kiválasztásáról szól – közvetlen hatással van arra, hogy az egész rendszer képes-e ellenállni a mechanikai igénybevételnek.

Hogyan váltják ki a kloridok a lyukasztott és repedési korróziót rozsdamentes acél csavarokban

A kloridionok helyhez kötött korróziót indítanak el egy önfenntartó folyamattal: felhalmozódnak a felületi hibákon, feloldják a krómozidokat, és savas mikrokörnyezeteket hoznak létre, amelyek tovább rongálják a passzív réteget.

Hasadékok keletkeznek olyan helyeken, mint mosógyűrűk alatt vagy anyák és csavarok között, ahol a környezet savassá válik és klóridokkal telítődik, így önfenntartó korróziós reakciók indulnak be. A szabványos 316-os rozsdamentes acélból készült csavarok meleg tengeri vízben akár évi 1 milliméter sebességgel is mélyülő üregeket (gödröket) fejleszthetnek. Ipari jelentések szerint az összes tengeri csavarszerelés kb. fele ilyen rejtett korrózióból ered, amely a kapcsolódási pontoknál kezdődik. A molibdén hozzáadása az ötvözethez segít e probléma ellen küzdeni, mivel védő hatású molibdát-vegyületeket képez, amelyek megakadályozzák a klóridok behatolását, és hosszabb ideig megőrzik a fém védőrétegét.

304-es és 316-os rozsdamentes acél csavarok: Teljesítmény, korlátok és valós tengeri alkalmazások

A molibdén kritikus szerepe a 316-os rozsdamentes acélcsavarok passzív rétegének stabilizálásában

Ami valóban különbséget jelent a 304 és a 316-ös rozsdamentes acélcsavarok között, az a molibdén jelenléte. Mindkét típus körülbelül 18% krómot és 8–10% nikkel-t tartalmaz, de csak a 316-os fajtában található meg a 2–3% molibdén, ami igazi különbséget teremt. Sótartalmú környezetben a molibdén oxigénmolekulákkal reagálva oldhatatlan vegyületeket, úgynevezett molibdátokat hoz létre. Ezek a mikroszkopikus képződmények gyakorlatilag elzárják a férfelület védelmező krómozid-rétegének apró repedéseit és hibáit. Ennek köszönhetően a 316-os csavarok körülbelül háromszor ellenállóbbak klórtartalmú anyagok károsító hatályával szemben, mint az átlagos 304-es csavarok, ha tengerek közelében használják őket. Akárki is olyan berendezéssel dolgozik, amely folyamatosan tengeri vízzel érintkezik, számára a 316-os minőségű csavarok használata nem csupán előnyös – szinte elengedhetetlen, ha azt szeretnénk, hogy a szerelvényeink több szezonon keresztül problémamentesen szolgáljanak rozsdásodás nélkül.

Térfelvételek: 316L rozsdamentes acél csavarok nyolc év után dagárvízi környezetben (Rotterdami Kikötő)

A kutatók azt vizsgálták, mi történik a rozsdamentes acél csavarokkal, amelyeket a Rotterdami Kikötő dagárvízi övezetében helyeztek el nyolc éven keresztül. A 316L típusú rögzítőelemek, amelyek alacsonyabb szén-tartalmúak a gyártás során fellépő problémák elkerülése érdekében, igen csekély mértékű pittegéses károsodást mutattak (kevesebb, mint 0,1 mm mély), annak ellenére, hogy folyamatosan víz alatt voltak, és levegőnek is kitették őket. Eközben a közeli 304-es típusú csavarok súlyos repedéskorrodálódást szenvedtek éppen ott, ahol a tárcsákkal érintkeztek, és az erős mechanikai igénybevételnek kitett területeken több, mint 0,8 mm anyagot veszítettek. Részletesebb vizsgálat során interkrisztallitás korrodálódás jeleit találtuk a 304-es mintákban, míg a 316L-es mintákban egyáltalán nem figyelhettünk meg ilyet. Ez egyértelműen azt mutatja: a 316L jobb passzív rétegvédelme idővel valódi előnyt jelent, különösen akkor, amikor az oxigénszint ingadozása súlyosbítja a korróziót.

Amikor a szabványos 316 nem elég: nagy teljesítményű rozsdamentes acél csavarok extrém tengeri alkalmazásokhoz

Szuper austenites (254 SMO, AL-6XN) és duplex (2205, 2507) rozsdamentes acél csavarok édesvítté alakító üzemekben és tenger alatti infrastruktúrában

Amikor különösen kemény környezetekkel, például édesvítté alakító létesítményekkel, tenger alatti olajplatformokkal vagy meleg trópusi tengervízzel van dolgunk, a klórszintek és hőmérsékletek gyakran túllépik azt a határt, amit a szokványos 316-os rozsdamentes acél képes elviselni. Ilyen esetekben komoly problémák merülhetnek fel, mint például a lyukasodásos korrózió vagy repedéses feszültségkorrózió, kivéve ha magasabb minőségű ötvözethez fordulunk. Vegyük például a szuper-ausztenites márkákat. Az 254 SMO és az AL-6XN anyagok 6–7,5 százalék molibdén mellett nitrogént is tartalmaznak, így a Lyukasodási Korrózió Állósági Ekvivalens Számuk (PREN) meghaladja a 40-et. Mit jelent ez pontosan? Ezek az anyagok megbízhatóan működnek akkor is, ha 100 000 ppm klórkoncentrációnak és 60 °C feletti hőmérsékletnek vannak kitéve. Ez háromszorosa annak, amit a szabványos 316-os acél elbír. A duplex ötvözetek, mint a 2205 és a 2507 másképp működnek: ausztenit és ferrit struktúrájuk kombinálódik. Ez a kombináció erősebbé és ellenállóbbá teszi őket a feszültségkorróziós repedéssel szemben mélytengeri alkalmazásokban. Jó példa erre az Északi-tenger, ahol 2507-es csavarok tizenöt egész évig sértetlenül maradtak a permetzóna körülményei között. Ugyanebben a környezetben a szabványos 316-os rögzítőelemek már öt év után elkezdtek hibásodni a fokozatos hasadékkorrózió következtében.

A megfelelő rozsdamentes acél csavarok kiválasztása: Gyakorlati döntési keret tengerészeti mérnökök számára

A tengerészeti mérnökök számára, akik valódi projekteken dolgoznak, már nem elég általános anyagokhoz ragaszkodni. Döntéseiket a tényleges körülményekre kell alapozniuk, nem pedig találgatásokra. Kezdjük azzal, hogy megállapítjuk, mennyire súlyos a környezeti hatás. A 316-os rozsdamentes acélból készült csavarok jól működnek olyan területeken, amelyek csak levegőnek vannak kitéve, de ha az időjárás nedvesebbé vagy dagályjárássá válik, a mérnököknek érdemes duplex anyagokat, például 2205-ös vagy 2507-es típusokat számításba venniük, mivel ezek sokkal jobban ellenállnak a klóridoknak. A következő lépés annak ellenőrzése, hogy az anyag képes-e ellenállni a mechanikai feszültségeknek. A duplex ötvözetek ténylegesen körülbelül kétszer olyan szilárdságúak, mint a hagyományos 316-os csavarok, ami óriási különbséget jelent állandó mozgás és rezgések esetén – ezt igazolta az ASM International tavalyi kutatása. Végül senki sem szeretne előre több pénzt költeni anélkül, hogy tudná, mit takarít meg később. A szuper-ausztenites csavarok, mint például a 254 SMO, kezdetben drágábbak lehetnek, de annál sokkal hosszabb ideig tartanak durva környezetben, például fordított ozmózis létesítményekben, így a legtöbb telepítés végül körülbelül 60%-ot spórol meg a cseréken a jövőben. Ennek a háromlépcsős módszernek a követésével biztosítható, hogy minden évekig megbízhatóan működjön, alacsonyan maradjon a karbantartási költség, és elkerülhetők legyenek a drága meghibásodások, amelyekkel senki sem szeretne foglalkozni.