USZKODZENIA KOROZYJNE
Transkrypt
USZKODZENIA KOROZYJNE
Layout 26.07.2005 13:35 Uhr Seite 29 R O Z D Z I A ¸ Uszkodzenia korozyjne wyst´pujà w wyniku jednoczesnego dzia∏ania oÊrodka korodujàcego i napr´˝eƒ rozciàgajàcych, które mogà wyst´powaç zarówno przy obcià˝eniach statycznych jak i zm´czeniowych. Takie Êrodowiska korozyjne jak s∏ona woda, odwierty zasiarczonego gazu, stwarzajà problemy wytrzyma∏oÊciowe, którym muszà sprostaç metalurdzy i technolodzy. W wi´kszoÊci przypadków praca w podwy˝szonej temperaturze podnosi agresywnoÊç Êrodowisk korozyjnych. P¢KANIE POD WP¸YWEM KOROZJI NAPR¢˚ENIOWEJ Uszkodzenia wynikajàce z korozji napr´˝eniowej sà powiàzane ze statycznymi napr´˝eniami rozciàgajàcymi. Napr´˝enia te mogà pochodziç od napr´˝eƒ przy∏o˝onych (np. w ko∏nierzach po∏àczonych Êrubami) lub wynikaç z procesów produkcyjnych (np. spawania). Aby wystàpi∏o uszkodzenie w wyniku korozji napr´˝eniowej muszà byç spe∏nione trzy warunki: o napr´˝enia rozciàgajàce o materia∏ podatny na korozj´ o Êrodowisko korozyjne Ârodowisko korozyjne Napr´˝enia rozciàgajàce Stop podatny na korozj´ Kulowanie Ârodowisko korozyjne Stop podatny na korozj´ Napr´˝enia rozciàgajàce Rys. 8-1 Warunki powstawania korozji napr´˝eniowej. Na rys. 8-1 przedstawiono trójkàt, którego boki reprezentujà warunki do powstawania p´kni´ç w wyniku korozji napr´˝eniowej. JeÊli napr´˝enia Êciskajàce, wytworzone w procesie kulowania, zredukujà napr´˝enia rozciàgajàce (jeden z boków trójkàta) to jeden z warunków przestaje istnieç. Bez napr´˝eƒ rozciàgajàcych p´kanie wynikajàce z korozji napr´˝eniowej jest znacznie opóênione lub w ogóle nie wyst´puje. Poni˝ej podano list´ stopów podatnych na wystàpienie uszkodzeƒ w wyniku korozji napr´˝eniowej: o austenityczna stal nierdzewna, o niektóre stopy aluminium serii 2000 i 7000, o niektóre stopy niklu, o niektóre stale o wysokiej wytrzyma∏oÊci, o niektóre mosiàdze, USZKODZENIA KOROZYJNE USZKODZENIA KOROZYJNE Ó S M Y Rys. 8-2 przedstawia uszkodzenie Rys. 8-2 Rozwój p´kni´ç w wyniku korozji w wyniku korozji napr´˝eniowej. napr´˝eniowej w stali nierdzewnej serii 300 W austenitycznej stali serii 300 wzór „dorzecza“ jest charakterystyczny dla p´kni´ç w wyniku korozji napr´˝eniowej i jest cz´sto wykorzystywany w analizie uszkodzeƒ do identyfikacji tego metalu. 29 Layout 26.07.2005 13:35 Uhr USZKODZENIA KOROZYJNE R O Z D Z I A ¸ Seite 30 Ó S M Y Przyk∏ad zastosowania PRODUKCJA URZÑDZE¡ DO TRANSPORTU CHEMIKALIÓW Kulowanie zosta∏o wykorzystane jako technologia obni˝ajàca koszty produkcji zbiorników do transportu chemikaliów. Do przewozu roztworów amoniaku lub chloru u˝ywano zbiorników wykonanych z taƒszych materia∏ów podatnych na uszkodzenia w wyniku korozji napr´˝eniowej, umocnionych w procesie kulowania, rezygnujàc z materia∏ów dro˝szych, odpornych na dzia∏anie czynników korozyjnych. Nawet po dodatkowej operacji kulowania koszty zbiorników okaza∏y si´ ni˝sze, ni˝ gdyby u˝yto bardziej kosztownych stopów. Poni˝sza tabela przedstawia wp∏yw kulowania na zapobieganie powstawaniu p´kni´ç w wyniku korozji napr´˝eniowej na wybranych stopach stali nierdzewnej. W badaniach przyj´to obcià˝enie statyczne równe 70% umownej granicy plastycznoÊci materia∏u [8.2]. Materia∏ Kulowane tak / nie Próba trwa∏oÊci [h] 316 SS nie 11.3 316 SS tak 1000 *. 318 SS nie 318 SS tak 1000 *. 321 SS nie 5.0 321 SS tak 1000 *. 3.3 * Uszkodzenie nie wystàpi∏o KOROZJA ZM¢CZENIOWA Korozja zm´czeniowa jest to uszkodzenie elementu w Êrodowisku korozyjnym w po∏àczeniu z obcià˝eniem cyklicznym. Wytrzyma∏oÊç zm´czeniowa mo˝e obni˝yç si´ o 50% lub wi´cej gdy podatne na korozj´ stopy eksploatowane sà w Êrodowisku korozyjnym. Przyk∏ad zastosowania P¢KANIE W WYNIKU ZASIARCZENIA Siarkowodór (H2S) powszechnie wyst´puje w odwiertach gazu. Wytrzyma∏oÊç zm´czeniowa niektórych stopów metali ulega znacznemu obni˝eniu w zetkni´ciu z siarkowodorem. Poni˝sze wyniki badaƒ ilustrujà reakcj´ stali nierdzewnej utwardzanej wydzielinowo, kulowanej i niekulowanej, na kontakt z siarkowodorem [8.3]. % umownej granicy plastycznoÊci 30 40 50 60 Stan surowy po obróbce Stan surowy i kulowane (h do p´kni´cia) (h do p´kni´cia) 29.8 37.9 15.4 15.2 *p´kni´cie nie nastàpi∏o Badanie wykonano zgodnie ze normà NACE TM-01-77 30 720 * 561 538 219 Layout 26.07.2005 13:35 Uhr Seite 31 R O Z D Z I A ¸ Medycyna stara si´ zastàpiç zu˝yte cz´Êci ludzkiego organizmu implantami. Materia∏ na implanty (i po∏àczenia) musi byç lekki i bardzo wytrzyma∏y. Ponadto ludzkie p∏yny ustrojowe powodujà korozj´ materia∏ów u˝ytych na implanyt. Kulowanie zosta∏o z powodzeniem zastosowane do przeciwdzia∏ania zarówno zm´czeniu metalu jak i zm´czeniu korozyjnemu stopów stali nierdzewnej i tytanu. KOROZJA MI¢DZYKRYSTALICZNA W procesie odpuszczania roztworowego nierdzewnej stali austenitycznej w´gliki chromu wydzielajà si´ na granicach ziaren. W rezultacie nast´puje zubo˝enie zawartoÊci chromu w materiale. Obni˝a to odpornoÊç na korozj´ i stop staje si´ podatny na korozj´ mi´dzykrystalicznà (sensybilizowany). JeÊli przed procesem odpuszczania zostanie zastosowana operacja kulowania to w wyniku dynamicznego dzia∏ania Êrutu granice ziaren ulegajà zgnieceniu. Prowadzi to do powstania wielu nowych miejsc nukleacji (wytràcania si´) w´glików chromu. Przypadkowe rozmieszczenie wytràceƒ w´glików chromu w stopie przeszkadza w przenikaniu korozji mi´dzykrystalicznej w g∏àb materia∏u. Udowodniono znaczàcy wzrost odpornoÊci na korozj´ mi´dzykrystalicznà w wyniku kulowania materia∏u przed sensybilizacjà. Kulowanie nie przynosi korzyÊci gdy materia∏ jest ju˝ uwra˝liwiony na korozj´ mi´dzykrystalicznà. Na rys. 8-3A widoczny jest obraz korozji mi´dzykrystalicznej, zrobiony mikroskopem skaningowym. Na rys. 8-3B widoczne jest p´kni´cie poczàtkowe - strefa zaciemniona - oraz propagacja p´kni´cia poprzez granice kryszta∏ów materia∏u. Rys. 8-3A Obraz korozji mi´dzykrystalicznej wykonany mikroskopem skaningowym USZKODZENIA KOROZYJNE Przyk∏ad zastosowania IMPLANTY MEDYCZNE Ó S M Y Rys. 8-3B Poczàtkowe i wtórne p´kni´cia wywo∏ane korozjà mi´dzykrystalicznà LITERATURA: 8.1 Figure 8-2, http://corrosion.ksc.nasa.gov/html/stresscor.htm, May 2001 8.2 Kritzler; Effect of Shot Peening on Stress Corrosion Cracking of Austenitic Stainless Steels, 7th International Conference on Shot Peening; Institute of Precision Mechanics; Warsaw, Poland, 1999 8.3 Gillespie; Controlled Shot Peening Can Help Prevent Stress Corrosion, Third Conference on Shot Peening; Garmisch-Partenkirchen, Germany, 1987 8.4 Figures 8-3A & 8-3B, http://corrosion.ksc.nasa.gov/html/stresscor.htm, May 2001 31