Korrosion ist eine der drei Hauptfehlerarten von Metallen. Rostfreier Stahl wird oft in anspruchsvolleren Umgebungen eingesetzt, um Metallkorrosion zu verhindern. Ingenieure haben jedoch festgestellt, dass Bauteile auch bei Edelstahl unter bestimmten Bedingungen noch korrodieren können. Wenn Lochkorrosion in Edelstahl auftritt, tun viele Ingenieure nichts. Der Autor glaubt, dass viele Ingenieure Missverständnisse bei der Auswahl von Edelstahlmaterialien haben. Dieses Missverständnis ist, dass Edelstahl Korrosion oder sogar Korrosion. Es gab ein Sprichwort, das sagte: Der Mann hat Tränen, aber er flieht nicht, weil er nicht den Punkt seines Herzens erreicht hat. Dieser Satz kann für Edelstahl nicht genug betont werden. Rostfreier Stahl ist nicht korrodierend, nur weil er keiner härteren Korrosion ausgesetzt ist. Hier werde ich mich auf das Problem der lokalen Korrosion von Edelstahl konzentrieren. Ich hoffe, dass einige Feldprojekte in diesem Bereich auf einige Zweifel stoßen werden.
Kurze Beschreibung der lokalen Korrosion von rostfreiem Stahl
Für Chrom-Nickel-haltige Edelstahlwerkstoffe gibt es zwei Hauptformen der Korrosion: Eine ist die gleichmäßige Korrosion und die andere ist die lokale Korrosion. Rost in der Meeresatmosphäre ist ein typisches Beispiel für allgemeine oder gleichmäßige Korrosion. Hier wird das Metall gleichmäßig über seine gesamte Oberfläche abgetragen. In diesem Fall wird eine lose Schicht auf der Stahloberfläche gebildet, und diese Schicht aus Korrosionsprodukt wird leicht entfernt. Gleichmäßige Korrosion ist eine der einfachsten Formen der Korrosion, da Ingenieure die Korrosionsrate des Metalls quantitativ bestimmen und die Lebensdauer des Metalls genau vorhersagen können. Daher ist gleichmäßige Korrosion eine Form von Korrosion, die von Rachitis minimal beeinflusst wird. Obwohl es Korrosionsschäden verursacht, kann es vorhergesagt und kontrolliert werden.
Das Auftreten lokaler Korrosion macht jedoch viele Ingenieure unvorbereitet. Dies liegt daran, dass der durch lokale Korrosion verursachte Schaden schwierig vorherzusagen ist und die Lebensdauer der Ausrüstung nicht genau berechnet werden kann. Eine der ärgerlichsten Pittings ist die schwierigste lokale Korrosion im Metall. Weil Tausende von Meilen der Böschung in dem Ameisenloch zusammenbrachen. Dieser sogenannte Lochfraß ist ein Ameisenfleck auf einem Damm.
Bei der Metallkorrosion treten zwei Reaktionen gleichzeitig an der Elektrode auf. Einer ist die Kathodenreaktion und das Nichtmetall ist an der Kathode reduziert. Das Nichtmetall hat Elektronen und die Valenz ist reduziert. Die andere ist die Anodenreaktion. Wenn die Anodenreaktion auftritt, verliert das Metall Elektronen und die Valenz steigt an. Die Metallionen werden von der Metalloberfläche abgelöst. Was ich sagen möchte, ist, dass die Korrosion von Metallen von der Reaktion mit der größten Korrosionsbeständigkeit abhängt. Daher stellt dies auch ein Hauptleitprinzip zur Lösung des Problems der Metallkorrosion dar.
Design der Korrosionsbeständigkeit unter Verwendung der Beziehung zwischen Kathode und Anode. Wenn eine große Kathodenfläche mit einer kleinen Anodenfläche verbunden ist, fließt ein großer Strom zwischen der Anode und der Kathode. Diese Situation muss vermieden werden. Wenn wir andererseits die Situation umkehren, indem wir eine große Anodenoberfläche mit einer kleinen Kathodenoberfläche verbinden, wird ein kleiner Stromfluss zwischen den zwei Metallen auftreten. Diese Situation erwarten wir. Wir entwerfen die Kathode des Schweißgutes in einem Behälter oder Tank als Kathode. Die Befestigungsvorrichtung ist so ausgelegt, dass der Kathodenverschluss (kleine Fläche) und das Anodenstück (große Fläche) miteinander verbunden sind. Ein Beispiel für dieses Konzept ist das Nieten von Stahlpaneelen zusammen mit Kupfernieten und das Freilegen von Meerwasser mit niedrigen Flussraten. Die Kupferhalterung ist eine kleine Kathodenoberfläche, während die Stahlplatte eine große Anodenoberfläche ist. Dieses Design ist sehr praktisch und erzeugt eine gute Kompatibilität.
Lochfraß Problem. Lochfraß kann auch ohne Lücken auf der Metalloberfläche hergestellt werden. Das Auftreten von Lochfraß kann von zwei Faktoren herrühren: dem Chloridion in der Umgebung und der Heterogenität von Mikrostrukturen oder Komponenten. Die Korrosion von rostfreiem Stahl kann durch die Konzentration eines speziellen Ätzmittels wie Chlorid verursacht werden. Wenn Lochfraß aufgrund von Sensibilisierung oder anderen Gründen in rostfreiem Stahl auftritt oder wenn die Chrom- und Nickelgehalte nicht gleichmäßig sind oder sogar der Lochkorrosion nicht widerstehen, kann Lochkorrosion auftreten. Defekte an der Metalloberfläche können ebenfalls Lochfraß verursachen. Zum Beispiel ein Defekt in einer schützenden Oxidschicht aus rostfreiem Stahl oder Nickellegierung. Lochfraß kann verhindert werden, indem eine Legierung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit verwendet wird oder indem ein chemisches Element, das Lochfraß verursacht, eliminiert wird. Ein weiterer Aspekt der Kontrolle von Metallfraß ist die Eliminierung kathodischer Reaktanten in dem Umweltmedium. Normalerweise hat die Sauerstoffentfernung eine bessere Wirkung. Da der Boden der Grube dazu tendiert, anodisiert zu werden, tendiert die Umgebung der Grube oder Lücke dazu, kathodisch zu sein, so dass die Beziehung des Batteriestroms gebildet wird. Wenn sich die Korrosion in der Grube oder Spalte weiter ausdehnt, wird sie zu einer autokatalytischen Reaktion. Eisen (III) -Ionen wechselwirken mit Chlorid, um Eisen (III) -chlorid zu bilden. Die Reaktion wird wiederholt und Metallperforationen treten schnell auf. Lochfraß oder Spaltkorrosion ist eine sehr gefährliche Form der Korrosion, da sie stark örtlich begrenzt ist und das Metall schnell durchbrechen kann.
Kurze Beschreibung der lokalen Korrosion von rostfreiem Stahl
Untergrundkorrosionsprobleme. Direkt unter dem Sediment oder in der Spalte ist der Sauerstoffgehalt der Lösung niedrig und der Sauerstoffgehalt der Massenlösung in der Außenseite der Spalte ist sehr hoch. Dies stellt eine Batterie mit einer Anode unter dem Sediment oder in der Spalte und außen her. Ist die Kathode? In der Lücke, die das Chloridmedium enthält, sinkt der pH-Wert und das Chlorid konzentriert sich. Dieser saure Chloridzustand bewirkt, dass die Korrosion beschleunigt und automatisch vermittelt wird. Dann trat eine starke lokale Korrosion auf. Ein Beispiel für diese Art von Korrosion tritt auf, wenn ein Befestigungselement aus rostfreiem Stahl auf einer Platte aus rostfreiem Stahl angeordnet und Chlorid enthaltendem Wasser ausgesetzt wird. Spaltkorrosion kann auftreten, wenn der Schraubenkopf oder die Unterlegscheibe als Anodenbereich verwendet wird. Die Verhinderung der Bildung von Ausfällungen und Ablagerungen oder die Verwendung von Materialien mit hohem Legierungsanteil trägt zur Verringerung der Spaltkorrosion bei.
Ablösekorrosion. In diesem Fall wird eine lose, blattartige Korrosionsschicht auf der Metalloberfläche gebildet. Selbst eine Strömung mit niedriger Geschwindigkeit kann lose korrosive Schichten leicht entfernen. Dadurch wird neues, ungeätztes Metall wieder freigelegt, so dass viele zusätzliche folienartige Schichten gebildet werden. Wiederum werden diese Plättchen leicht entfernt und der Prozess wird fortgesetzt. Die Verwendung von Legierungen, die nicht chemisch reaktiv sind, kann eine Abblätterungskorrosion verhindern.
Interkristalline Korrosion. In bestimmten speziellen Legierungen kann interkristalline Korrosion auftreten, wenn sie während des Schweißens oder der Wärmebehandlung in ihre empfindliche Temperaturzone erhitzt werden. Wenn bestimmte rostfreie Stahllegierungen auf 425-870ºC erhitzt werden, fallen Chromkarbide an den Korngrenzen aus. Dies führt zur Anwesenheit von Chrom-verarmten Bereichen in der Nähe der Carbide und beeinflusst auch die Passivierung der Korngrenzenregion. In speziellen Medien wie Salpetersäure oder Hochtemperaturwasser kann in der chromarmen Zone Korrosion auftreten. Die Körner erscheinen auf einer zuckerhaltigen Oberfläche und werden leicht abgerieben, wenn sie mit einem Probenehmer gerieben werden. Die interkristalline Korrosion von nichtrostenden Stählen und Nickellegierungen kann durch die Verwendung von kohlenstoffarmen Legierungen, die Zugabe von carbidbildenden Elementen wie Titan oder Tantal oder die Verwendung von stabilisierenden Tempern vermieden werden.
Kurze Beschreibung der lokalen Korrosion von rostfreiem Stahl
Spannungsrisskorrosion. Ein typisches Beispiel ist eine isolierte Dampfleitung aus rostfreiem Stahl AISI 316 (UNS S31600). Chloride, die im Isoliermaterial vorhanden sein können, können bei Regen auf die Metalloberfläche übertragen werden. Diese Bedingung erfüllt die Spannungsrißbildungs-Erzeugungsbedingungen: eine empfindliche Legierung-316-rostfreier Stahl; ein spezielles korrosiv-chloridhaltiges Wasser; und spannungsarm bearbeitete oder geschweißte Rohre. Wenn eine metallographische Querschnittsuntersuchung durch den Rissbereich durchgeführt wird, werden typische transkristalline (überspannende Korn- und Korngrenzen) und Verzweigungsrisse beobachtet. Dies ist die typische Chlorid-Spannungsrisskorrosion von austenitischen Edelstählen. Die Beseitigung einer der drei oben genannten Bedingungen kann Spannungskorrosionsrisse verhindern.
Kurze Beschreibung der lokalen Korrosion von rostfreiem Stahl
Der Sauerstoffgehalt beeinflusst die Korrosion. Im Allgemeinen ist das frische und saubere Wasser, das in das Kraftwerk strömt, nicht korrosiv. Stahl arbeitet gut in neutralem Wasser und seine Korrosionsrate steht in direktem Zusammenhang mit der gelösten Sauerstoffkapazität. Das heißt, je mehr Sauerstoffgehalt, desto höher ist die Korrosionsrate. Die Korrosion von Stahl hängt auch vom pH-Wert ab. Wenn der pH-Wert hoch ist, ist die Korrosionsrate des Stahls niedrig. Wenn der pH-Wert unter 4 fällt, erodiert der Stahl schnell.
Die Temperatur beschleunigt auch die Korrosion des Stahls. Wenn die Temperatur von 72 ° F auf 104 ° F (22-41 ° C) erhöht wird, beeinflusst dies direkt die Korrosionsrate des Stahls. Die Durchflussrate hat den gegenteiligen Effekt auf die Korrosion des Stahls. Wenn die Meerwasserströmungsgeschwindigkeit höher als etwa 3 Fuß pro Sekunde (0,9 m / s) ist, kann die Korrosion des Stahls stark beschleunigt werden. Die mechanische Entfernung eines ungeschützten korrosiven Materials führt zu einer hohen Korrosionsrate, da die Entfernung des korrodierenden Materials ein neues Metall mit einer hohen Korrosionsrate freilegt. Zur gleichen Zeit bringt eine hohe Strömungsrate eine große Menge an Sauerstoff zu der freiliegenden Oberfläche des Metalls. Daher gibt es mehr Sauerstoff, um die Korrosionsrate zu erhöhen.
Wenn der austenitische rostfreie Stahl aufgrund von Spannungskorrosionsrissen bricht, ist das alternative Material, das berücksichtigt werden sollte, Duplex-Edelstahl. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur und Zusammensetzung haben sie höhere mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur bis zu 315 ° C (600 ° F) als 316 rostfreie Stähle. Sie haben auch eine höhere Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit. Zweiphasenlegierungen können durch Erhöhung des Chrom- und Molybdängehaltes eine höhere Beständigkeit gegen Lochfraß- und Spaltkorrosion erreichen.
Einfluss der Chloridkonzentration auf die Korrosion von Edelstahl. Wenn Edelstahl 304 oder 304L in Frischwasser verwendet wird, sollte der Chloridgehalt weniger als 200 ppm betragen. Nach der Herstellung der Bauteile muss Resteisen entfernt werden. Weil das restliche Eisen wie eine Lücke wirkt, reagiert es auch mit dem Chlorid, um Eisenchlorid zu bilden, um lokalisierte Korrosion zu beschleunigen. 304 Rohre müssen regelmäßig gereinigt werden, um Spalten oder Ablagerungen zu entfernen, die Lücken bilden können. Die Exposition von Anlagen mit 304 oder 304L-Anlagen gegenüber stehendem Wasser (z. B. einer Fließgeschwindigkeit von weniger als 0,9 m / s) sollte vermieden werden, da sich Ablagerungen auf der Metalloberfläche bilden. Mikrobiologische Korrosion muss ebenfalls kontrolliert werden.
Um rostfreien Stahl des Typs 316L erfolgreich in Brackwasser zu verwenden, sollte der Chloridgehalt weniger als 1000 ppm betragen, es sei denn, das Wasser ist vollständig desoxygeniert. Desoxygeniertes Wasser verhindert Lochfraß, Rissbildung und Spannungskorrosion von 316L-Edelstahl. Im Produktionsprozess der Anlage sollte die Schweißnaht vollständig geschweißt und glatt sein, um den besten Korrosionsschutzeffekt zu erzielen. Es sollten Elektroden mit einem hohen Molybdängehalt oder mit der Schweißnaht verwendet werden. Es ist wichtig, dass die Oberfläche von Edelstahl Typ 316L wie 304 gereinigt wird, um restliches Eisen zu entfernen. Im Allgemeinen ist der beste Weg, Resteisen zu entfernen, ein HNO3-HF-Reinigungsmittel zu verwenden. Außerdem sollte jedes Sediment regelmäßig entfernt werden. Es ist wichtig, darauf zu achten, die Situation von stehendem Wasser zu vermeiden. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers sollte während des Stillstands der Anlage mindestens 0,9 m / s betragen, um die Bildung von Ablagerungen zu verhindern.
Metallkorrosion ist oft ein komplexes Problem, und selbst einige neue Korrosionsformen werden von der Öffentlichkeit nicht gut verstanden. Es wird empfohlen, dass Außendiensttechniker mehr über Korrosion und Schutz lernen, damit sie lernen können, mit der Korrosion von Metallkomponenten umzugehen.