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