Korozja wżerowa, odporność na korozję wżerową PREN oraz temperatura krytyczna CPT

Stale nierdzewne inaczej reagują na środowisko korozyjne od stali zwykłych. Mają one zdolność tworzenia na swojej powierzchni warstwy pasywnej tlenków chromu, stąd stali nierdzewnej zwykle nie grozi korozja równomierna, problemem natomiast są różne rodzaje korozji lokalnej, z czego ważną odmianą jest korozja wżerowa.

Czym jest korozja wżerowa i dlaczego powstaje?

Wspomniana warstwa pasywna ulega ciągłej degradacji, ale też ciągłej odnowie. Jeśli więc warstwa szybciej odnawia się, niż ulega zniszczeniu, element może opierać się korozji przez bardzo długi czas. Natomiast w wypadku, gdy warstwa zaczyna znikać (na przykład na skutek zmiany warunków pracy lub zanieczyszczenia powierzchni), po jakimś czasie w najsłabszych miejscach powstają ogniska korozji zwane wżerami. Stają się one samowystarczalne pod względem elektrochemicznym, stąd korozję wżerową bardzo trudno jest zatrzymać.

Co zwiększa ryzyko wystąpienia korozji wżerowej?

Głównym czynnikiem powodującym korozję wżerową jest obecność halogenków, przede wszystkim chlorków, ale też bromków, fluorków i jodków. Im wyższe stężenie tych jonków, tym ryzyko wystąpienia wżerów jest wyższe. Kolejnym ważnym czynnikiem jest temperatura – im wyższa tym gorzej. Czynnikiem drugorzędnym przyspieszającym korozję jest wysoka kwasowość środowiska.

Wżery powstają w miejscach osłabienia warstwy pasywnej, na przykład w miejscach zabrudzonych (na przykład cząstkami zwykłej stali), uszkodzonych mechanicznie lub w drobnych zagłębieniach (chropawa powierzchnia jest niekorzystna).

Z powyższych powodów dobry projekt powinien uwzględniać nie tylko prawidłowe dobranie gatunku stali, ale też odpowiednie wykończenie powierzchni i utrzymywanie jej w względnej czystości.

Jak jednak sprawdzić, które gatunki stali są odporne na korozję wżerową?

Odporność na korozję wżerową

Istnieje kilka wskaźników umożliwiających szacunkową ocenę odporności danego stopu na korozję wżerową. Najpopularniejsze to:

• Równoważnik odporności na korozję wżerową PREN
• Krytyczna temperatura korozji wżerowej CPT

Omówmy po kolei te wskaźniki.

Równoważnik odporności na korozję wżerową PREN

PREN (ang. Pitting Resistance Equivalent Number) to ogólny wskaźnik odporności na korozję wżerową, którego podstawą jest skład chemiczny. Nie jest zbyt precyzyjny i służy jedynie do wstępnego doboru materiału.

Dodatki stopowe chromu, molibdenu oraz azotu mają największe znaczenie dla przeciwdziałania korozji wżerowej. Stąd PREN obliczany jest z następującego wzoru:

PREN = %Cr + 3.3% Mo + 16%N

Wskaźnik PREN wybranych stali nierdzewnych:

Obliczenia przy minimalnych dopuszczalnych wartościach dodatków stopowych. Wyniki zaokrąglone.

PREN na poziomie wyższym niż 30 oznacza dobrą odporność na korozję wżerową.

Należy jednak pamiętać, że powyższa metoda skupia się wyłącznie na składzie chemicznym stopu, a korozja wżerowa jest zależna również od innych czynników, na przykład chropowatości elementu, środowiska korozyjnego, obróbki cieplnej itp.

Temperatura krytyczna korozji wżerowej CPT

Temperatura przyspiesza korozję. Temperatura krytyczna korozji wżerowej określa, w jakiej minimalnej temperaturze badany stop zaczyna być atakowany przez korozję wżerową, gdy jest zanużony w danym środowisku. Poniżej tej temperatury zjawisko korozji nie występuje. To bardziej wiarygodna metoda klasyfikowania stopów pod względem odporności na korozję wżerową.

Istnieje kilka norm definiujących procedurę badania, na przykład wymagania co do powierzchni elementu lub skład chemiczny roztworu. Najważniejsze z nich do ASTM G150 oraz ASTM G48 (która opisuje dwie konkretne metody). Nie należy porównywać wartości temperatur krytycznych korozji wżerowej wyznaczonych za pomocą odmiennych metod.

Wartości CPT wyznaczone metodą ASTM G48 dla wybranych stali nierdzewnych:

• X5CrNiMo17-12-2 - 20°C
• X2CrNiMoN22-5-3 - 35°C
• X1NiCrMoCu25-20-5 - 40°C
• X2CrNiMnMoN25-18-6-5 - 90°C

Uwaga: W opisie normy ASTM G48 powiedziano, że wyniki te "mogą być używane do klasyfikacji odporności gatunków stali na korozję wżerową w środowisku zawierającym chlorki. Jeśli chodzi o środowiska pozbawione chlorków, ciężko dokładnie określić powiązanie między wynikami tego testu, a rzeczywistą odpornością."

Wartości CPT wyznaczone metodą ASTM G150 dla wybranych stali nierdzewnych:

• X2CrMnNiN21-5-1 - 17°C
• X2CrNiMoN22-5-3 - 52°C
• X1CrNiMoCuN20-18-7 - 87°C

Uwaga: W opisie normy ASTM G150 powiedziano, że metoda ta "nie służy do celów projektowych, a porównawczych, gdyż przebieg badania przyspiesza korozję w sposób, który nie symuluje żadnych konkretnych warunków operacyjnych."