9
ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13 5 Prethodno priopćenje Visokolegirani korozijski postojani nehrđajući čelici skupina su konstrukcijskih materijala koju čine, prema svojstvima korozijske postojanosti, udjelima legirnih elemenata, meha- ničkim svojstvima i mikrostrukturnim značajkama, bitno različite vrste čelika. Temeljno svojstvo otpornosti nehrđajućih čelika na koroziju proizlazi iz njihove sposobnosti stvara- nja pasivnog filma kromovih oksida koji je učinkovita barijera i omogućava korozijsku postojanost. Ipak, ti čelici podložni su, ovisno o cijelom nizu čimbenika, i različitim lokal- nim korozijskim fenomenima. Među njima napetosna korozija predstavlja posebno opa- san oblik jer zbog nastanka pukotina u materijalu konstrukcije i izrazitog narušavanja mehaničkih svojstava može doći do vrlo ozbiljnih havarija. U radu su prikazani i analizirani slučajevi oštećivanja različitih konstrukcija izrađenih od nehrđajućih čelika. Uz prikaz mogućnosti njihova izbjegavanja izneseni su i rezultati ko- rozijskih ispitivanja otpornosti različitih nehrđajućih čelika na pojavu napetosne korozije. Preliminary note CHLORIDE STRESS CORROSION CRACKING OF AUSTENITIC STAINLESS STEELS High alloyed corrosion resistant stainless steels are a group of structural materials which by their corrosion resistance properties, alloying elements, mechanical properties and microstructural characteristics form very different steel types. Corrosion resistance of these steels is the result of their ability to form passive film of chromium oxides which is efficient barrier and enables corrosion protection. Depending on various factors stainless steels may be prone to diverse localized corrosion phenomena among which stress cor- rosion cracking (SCC) represent one of the most dangerous form. Cracks formed in the material by SCC strongly impair mechanical properties which my lead to highly danger- ous failures. In the paper failure analysis of SCC cases of various stainless steel struc- tures are presented. Beside SCC avoidance possibilities, results of conducted stress corrosion cracking resistance tests of different stainless steels are presented. Vorlaufige Mitteilung KLORID-SPANNUNGSRISSKORROSION BEI AUSTENITISCHEN NICHTROSTNDEM STAHL Hochlegierte nichtrostende Stähle befinden sich in der Gruppe der Konstruktions-Stähle, betreffend deren Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit, Anteilen der legierten Ele- mente, mechanischen Eigenschaften und Eigenschaften der Mikrostruktur. Die Grundei- genschaft der Korrosionsbeständigkeit liegt an den passiven Chrom-Oxyd Film der sich auf der Grundfläche des Stahls formt und eine Korrosionsbeständigkeit leistet. Aber, sol- che Stähle können, bei bestimmten Konditionen und lokalen Gelegenheiten, eine Art der Korrosion entwickeln. Vor allem kann die Spannungskorrosion auftreten bei der die me- chanischen Eigenschaften des Stahls sehr schwer bedroht werden können. In dieser Arbeit wurden mehrere Situationen, bei denen eine Beschädigung vorgefallen ist als Fol- ge der Korrosion des nichtrostenden Stahls, gezeigt und analysiert. Es werden sogar die Möglichkeiten gezeigt mit denen diese Situation vorgebeugt werden kann zusammen mit den Resultaten der Korrosion--Prüfungen an verschiedenen nichtrostenden Stählen. Ključne riječi: • nehrđajući čelici • napetosna korozija Keywords: stainless steels • stress corrosion cracking Schlüsselwörter: • nichtrostender Stahl • Spannungsrisskorrosion Adresa autora (Author’s address): Vinko Šimunović, Ivan Stojanović, Marin Kurtela, Antonio Klasnić Sveučilište u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje I. Lučića 5, Zagreb, Hrvatska Primljeno (Received): 2019-12-05 Prihvaćeno (Accepted): 2019-12-21 Vinko Šimunović, Ivan Stojanović, ISSN 0044-1902 Marin Kurtela, Antonio Klasnić UDK 621.791.057 669.14.24 KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH NEHRĐAJUĆIH ČELIKA

KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13 5

Prethodno priopćenje

Visokolegirani korozijski postojani nehrđajući čelici skupina su konstrukcijskih materijala koju čine, prema svojstvima korozijske postojanosti, udjelima legirnih elemenata, meha-ničkim svojstvima i mikrostrukturnim značajkama, bitno različite vrste čelika. Temeljno svojstvo otpornosti nehrđajućih čelika na koroziju proizlazi iz njihove sposobnosti stvara-nja pasivnog filma kromovih oksida koji je učinkovita barijera i omogućava korozijsku postojanost. Ipak, ti čelici podložni su, ovisno o cijelom nizu čimbenika, i različitim lokal-nim korozijskim fenomenima. Među njima napetosna korozija predstavlja posebno opa-san oblik jer zbog nastanka pukotina u materijalu konstrukcije i izrazitog narušavanja mehaničkih svojstava može doći do vrlo ozbiljnih havarija.U radu su prikazani i analizirani slučajevi oštećivanja različitih konstrukcija izrađenih od nehrđajućih čelika. Uz prikaz mogućnosti njihova izbjegavanja izneseni su i rezultati ko-rozijskih ispitivanja otpornosti različitih nehrđajućih čelika na pojavu napetosne korozije.

Preliminary note

CHLORIDE STRESS CORROSION CRACKING OF AUSTENITIC STAINLESS STEELS

High alloyed corrosion resistant stainless steels are a group of structural materials which by their corrosion resistance properties, alloying elements, mechanical properties and microstructural characteristics form very different steel types. Corrosion resistance of these steels is the result of their ability to form passive film of chromium oxides which is efficient barrier and enables corrosion protection. Depending on various factors stainless steels may be prone to diverse localized corrosion phenomena among which stress cor-rosion cracking (SCC) represent one of the most dangerous form. Cracks formed in the material by SCC strongly impair mechanical properties which my lead to highly danger-ous failures. In the paper failure analysis of SCC cases of various stainless steel struc-tures are presented. Beside SCC avoidance possibilities, results of conducted stress corrosion cracking resistance tests of different stainless steels are presented.

Vorlaufige Mitteilung

KLORID-SPANNUNGSRISSKORROSION BEI AUSTENITISCHEN NICHTROSTNDEM STAHL

Hochlegierte nichtrostende Stähle befinden sich in der Gruppe der Konstruktions-Stähle, betreffend deren Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit, Anteilen der legierten Ele-mente, mechanischen Eigenschaften und Eigenschaften der Mikrostruktur. Die Grundei-genschaft der Korrosionsbeständigkeit liegt an den passiven Chrom-Oxyd Film der sich auf der Grundfläche des Stahls formt und eine Korrosionsbeständigkeit leistet. Aber, sol-che Stähle können, bei bestimmten Konditionen und lokalen Gelegenheiten, eine Art der Korrosion entwickeln. Vor allem kann die Spannungskorrosion auftreten bei der die me-chanischen Eigenschaften des Stahls sehr schwer bedroht werden können. In dieser Arbeit wurden mehrere Situationen, bei denen eine Beschädigung vorgefallen ist als Fol-ge der Korrosion des nichtrostenden Stahls, gezeigt und analysiert. Es werden sogar die Möglichkeiten gezeigt mit denen diese Situation vorgebeugt werden kann zusammen mit den Resultaten der Korrosion--Prüfungen an verschiedenen nichtrostenden Stählen.

Ključne riječi:• nehrđajući čelici• napetosna korozija

Keywords:• stainless steels• stress corrosion cracking

Schlüsselwörter:• nichtrostender Stahl• Spannungsrisskorrosion

Adresa autora (Author’s address):Vinko Šimunović, Ivan Stojanović, Marin Kurtela, Antonio KlasnićSveučilište u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje I. Lučića 5, Zagreb, Hrvatska Primljeno (Received): 2019-12-05Prihvaćeno (Accepted): 2019-12-21

Vinko Šimunović, Ivan Stojanović, ISSN 0044-1902Marin Kurtela, Antonio Klasnić UDK 621.791.057 669.14.24

KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH NEHRĐAJUĆIH ČELIKA

Page 2: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

6 ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13

1. UVOD

Nehrđajući visokolegirani Cr-Ni čelici u upotrebi su već nešto više od stotinu godina i čine važnu skupinu korozijski postojanih materijala. Mnoge od današnjih proizvodnih tehnologija, poput farmaceutske i prehram-bene industrije, temelje se na širokoj primjeni tih mate-rijala. Prema podacima međunarodne udruge Stainless Steel Forum, ISSF, nehrđajući čelici čine skupinu mate-rijala s najvećim godišnjim trendovima rasta, slika 1. [1].

Nehrđajući čelici (korozijski postojani čelici) su viso-kolegirani čelici koji sadrže sposobnost da se suprotsta-ve korozijskoj agresiji medija većim ili manjim uspore-njem njegova djelovanja. Svoju korozijsku postojanost temelje na nastanku pasivnog filma kromovih oksida koji spontano nastaje, ako u čeliku ima više od 11 % Cr. Pasivno stanje, koje jamči korozijsku otpornost, može se pod određenim uvjetima razoriti što ima za posljedi-cu pojavu korozijskih procesa, najčešće u obliku usko lokaliziranih korozijskih fenomena u obliku rupičaste (ja-mičaste) korozije, napetosne korozije i korozije u proci-jepu. A procesi razaranja, izazvani interkristalnom koro-zijom, koji su se ranije nerijetko javljali i izazivali vrlo ozbiljna oštećenja, danas su kod ovih materijala uglav-nom onemogućeni zbog razvoja čelika s vrlo niskim udjelima ugljika, kao i onih dodatno stabiliziranih s ele-mentima koji imaju veću sklonost od kroma spajanju s

ugljikom pri povišenim temperaturama i stvaranju štet-nih precipitata [2, 3, 4].

Krhki lom materijala koji su inače žilavi u okolišu koji uzrokuje minimalne opće korozijske pojave, uobičajeno se definira kao okolišom poticano raspucavanje i u os-novi čine ga tri zasebna, različita, korozijska fenomena: napetosna korozija, raspucavanje zbog korozijskog umora i vodikom poticano raspucavanje koji su shemat-ski prikazani na slici 2. [5].

Naprezanja koja dovode do pojave napetosne koro-zije (engl. Stress Corrosion Cracking - SCC) redovito su mala, uobičajeno ispod granice razvlačenja i vlačna su i statična po svoj prirodi, a mogu biti bilo narinuta izvana ili pak posljedica unutrašnjih zaostalih napetosti, za raz-liku od dinamičkih opterećenja koja uzrokuju pojavu raspucavanja zbog korozijskog umora (engl. Corrosion Fatigue). Iako je granica između ta dva mehanizma neodređena - tanka, to su ipak dva zasebna fenomena s obzirom na izrazito različite okolišne uvjete koji ih ini-ciraju, potiču njihovu propagaciju [5]. Jednako tako, vo-dikom poticano raspucavanje - vodikova krhkost (engl. Hydrogen Induced Cracking - HIC), zaseban je feno-men, no već i iz shematskog prikaza danog slikom 3. vidljivo je da postoje određene zone međusobnog pre-klapanja ovih mehanizama.

Napetosna korozija je bez dvojbe jedan od najkom-pleksnijih korozijskih fenomena i upravo je to razlogom

postojanja više različitih modela koji pokušavaju opisati mehanizam samog procesa [7]:• inicijacija pukotina u lokalitetima

površinskih defekata• inicijacija pukotina u rupičastim

(jamičastim) korozijskim ošteće-njima (pitovima)

• inicijacija pukotina puknućem pa-sivnog filma procesom otapanja uzduž kliznih ravnina.Promatrano na mikroskopskoj

razini napetosna korozija može, ovi-sno o brojnim unutrašnjim i vanjskim čimbenicima, poprimiti jedan od slje-deća dva oblika, slika 4. [5, 7, 8]:• transkristalna napetosna korozija

kod koje se pukotine šire preko kristalnih zrna, i

Slika 1. Zbirni godišnji prikaz porasta proizvodnje nehrđajućih čelika [1].Figure 1 Annual stainless steel production growth [1]

Slika 2. Shematski prikaz formi korozije izazvanih okolišem uz naprezanje [5]Figure 2 Schematic presentation of corrosion forms induced in enviroments with stresses [5]

Vodikom poticano raspucavanjeNapetosna korozija Korozijski umor

Page 3: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13 7

• interkristalna napetosna korozija koja napreduje po granicama kristalnih zrna,

pri čemu je karakteristično da se pukotine formiraju i propagiraju pod približno pravim kutom u odnosu na smjer vlačnih naprezanja, i to pri razinama naprezanja znatno manjim od onih prijeko potrebnih da dovedu do loma materijala u slučaju kada materijal ne bi bio izlo-žen djelovanju korozivnih tvari iz okoliša.

Vrsta i svojstva nehrđajućeg čelika nerijetko su jedi-ni čimbenik na koji se može utjecati radi izbjegavanja te pojave u situacijama kada iz tehnoloških ili funkcional-nih razloga nije moguće smanjiti – ukloniti štetan utjecaj čimbenika okoliša i naprezanja. Međuovisnost vrste materijala – tj. njegova kemijskog sastava, mikrostruk-ture i pojave napetosne korozije, jednako je komplek-sna koliko i odnos okolišnih čimbenika i ove korozijske pojave. Naravno, to nimalo ne olakšava niti egzaktno razjašnjavanje ovog fenomena, niti mogućnost njegova izbjegavanja. Sastav nehrđajućeg čelika znatno utječe na otpornost napetosnoj koroziji. Nikal, kadmij, cink, silicij, berilij i bakar pozitivno djeluju na povišenje otpor-nosti austenitnih nehrđajućih čelika, dok kod feritnih če-lika i mali udjeli nikla značajno umanjuju inače visoku otpornost te vrste nehrđajućih čelika na pojavu kloridne napetosne korozije. Molibden također povisuje otpor-nost [2, 7, 8].

Austenitni Cr-Ni čelici posebno su osjetljivi na ovaj tip korozije. U slučaju napetosne korozije kod austenit-nih čelika pukotine su najčešće transkristalne (izravno se šire kroz kristal) i najčešće se javljaju u elektrolitima povišene temperature koji sadrže kloride. Često se na-vodi da se u vodenim medijima taj tip korozije na auste-nitnim Cr-Ni čelicima ne pojavljuje ispod granične tem-perature od 55 °C. No važno je napomenuti i da su za-bilježeni brojni slučajevi napetosne korozje ovjesnih elemenata izrađenih od austenitnih Cr–Ni čelika, upo-rabljenih u krovnim konstrukcijama nad zatvorenim ba-zenima kod kojih je i pri nižim temperaturama od nave-dene došlo do pojave napetosne korozje. Osim klorida, koji dovode do tzv. kloridne napetosne korozije, kod tih materijala na pojavu ovog korozijskog fenomena mogu djelovati i mediji visoke pH vrijednosti (tzv. lužnata na-petosna korozija), ili pak agresivna okolina koja sadrži spojeve H2SxO6 (gdje je x=3, 4 ili 5), kakva se javlja u naftnoj industriji, a može dovesti do tzv. politionske na-petosne korozije [2, 7, 8].

Slika 3. Odnos između formi oštećivanja uz naprezanja [5].Figure 3 Relationship between stress damage forms [5]

Slika 4. Mehanizam i oblici napetosne korozije [9]Figure 4. Mechanism and forms of stress corrosion cracking [9]

Slika 5. Sustav metal – okoliš – naprezanje - tri glavna čimbenika koja potpomažu pojavi SCC-a [5,7]

Figure 5 System metal - environment - stress - three main factors that support SCC occurrence [5,7]

Stoga je proces napetosne korozije međufunkcio-nalno uvjetovan trojnim sustavom čimbenika koji sudje-luju u njemu – samim materijalom, okolišem koji ga okružuje te vrstom i intenzitetom prisutnih vlačnih na-prezanja. Shematski prikaz međuovisnosti dan je sli-kom 5. Pritom, svaka od osnovnih sastavnica mehaniz-ma razaranja (materijal – naprezanje – okoliš) sudjeluje u procesu bilo olakšavajući ga ili pak djelujući tako da ga otežava, usporava ili onemogućava.

Page 4: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

8 ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13

Osim djelovanja temperature pojava kloridne nape-tosne korozije austenitnih nehrđajućih čelika utjecana je i [2, 8]:

• koncentracijom klorida - s njihovim povišenjem, prisutnošću kisika i smanjenjem pH ubrzavaju se procesi. No i u situacijama u kojima je njihova kon-centracija u mediju malena, ako postoje lokaliteti u kojima se oni mogu koncentrirati (npr. unutar proci-jepa) može doći do nastanka ove vrste korozije

• pH vrijednošću - slično kao i kod procesa rupiča-ste korozije i one u procijepu utvrđeno je da pH vrha pukotine ima vrijednosti između 1,2 i 2,0 što sugerira da dolazi do zakiseljenja zbog hidrolize metalnih iona. Povišenje pH vrijednosti otopine, slično kao i kod rupičaste korozije, povećava ot-pornost, ali pri visokim vrijednostima pH treba vo-diti računa o pojavi kaustične napetosne korozije

• elektrodnim potencijalom - povišenje potenci-jala u pozitivnijem smjeru potpomaže raspucava-nju, dok negativiranje potencijala smanjuje ugro-ženost, stoga i katodna zaštita bilo narinutom strujom ili žrtvujućim anodama može biti primije-njena za zaštitu od ovoga korozijskog fenomena.

Jedna od metoda – tehnika borbe protiv ove korozij-ske pojave je i smanjenje naprezanja. Međutim, sma-njenje narinutih naprezanja često je parametar koji je teško kontrolirati. Čak i ako se ona odgovarajućim pro-jektnim rješenjima umanje ispod kritičnih granica za po-javu SCC-a, ako su u materijalu prisutna zaostala vlač-na naprezanja, pozitivan učinak se gubi. Jedina moguć-nost potpune kontrole naprezanja je popuštanje po-stupkom toplinske obrade cijele konstrukcije što se može postići rekristalizacijskim žarenjem u temperatur-nom rasponu 800 – 900 °C. No to nije uvijek izvedivo pa se za veće konstrukcije provodi djelomično uklanjanje zaostalih naprezanja toplinskom obradom pri tempera-turama 400 – 600 °C, pri čemu je potrebno voditi računa o mogućnosti pojave senzibilizacije. Mehanička obrada sačmarenjem, tj. unošenje tlačnih naprezanja također povisuje otpornost na pojavu SCC-a. Jednako tako i

obrada mlazom vode značajno povisuje otpornost na-petosnoj koroziji [2, 7, 8, 10].

2. PRIKAZI SLUČAJEVA OŠTEĆIVANJA NAPETOSNOM KOROZIJOM

2.1. Interkristalna napetosna korozija cijevi izmjenjivača topline

Na izmjenjivaču topline u sklopu generatora pare ustanovljeno je da je došlo do propuštanja medija. Iz-mjenjivačem topline od nehrđajućeg čelika kvalitete AISI 316L (EN 1.4404) protjecala je suhozasićena para kojima je zagrijavana omekšana voda da bi se proizvela čista para. Utvrđeno je da se napetosna korozija poja-vila isključivo na dijelovima cijevi koji su bili unutar cijev-ne stijene (u procijepu), dok na dijelovima izvan cijevne stijene nisu uočene pukotine (slike 6. i 7). Dugotrajna izloženost visokim temperaturama tijekom zavarivanja cijevi u cijevnu stijenu, nakupljanje agresivnih medija, uglavnom klorida i prisutnost toplinskih oksida u prosto-ru procijepa, kao i manjak kisika neophodnog za stvara-nje i stabilnost pasivnog filma na nehrđajućim čelicima u kombinaciji s prisutnim vlačnim naprezanjima, rezulti-ralo je interkristalnom napetosnom korozijom (slika 8.).

2.2. Transkristalna napetosna korozija kotla za dogrijavanje vode

Na kotlu za dogrijavanje vode (~80 °C) u pogonu pekare, izrađenom od austenitnoga nehrđajućeg čelika kvalitete AISI 304 (EN 1.4301), nastala su u manje od jedne godine eksploatacije intenzivna oštećenja – broj-ne pukotine kroz koje je propuštala voda (slika 9.). Pro-vedenim ispitivanjima utvrđeno je da je nastupila trans-kristalna napetosna korozija (slike 10. i 11.), fenomen kojem su vrlo skloni austenitni nehrđajući čelici pri povi-šenim temperaturama, posebno kad su, kao u ovom slučaju, bila prisutna zaostala naprezanja nastala tije-kom izrade same konstrukcije.

Slika 6. Prikaz rezultata provedbe nerazornog ispitivanja penetrantima. Uočljive su indikacije pukotina u zoni cijevi koja se nalazi unutar cijevne stijene uza zavareni spoj

Figure 6 Summary of the results of non-destructive penetrant testing. Indications of cracks in the area of the pipe located inside the tube wall near welded joint are noticeable

Page 5: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13 9

Slika 7. Stereomikroskopske snimke vanjske i unutrašnje površine dijela cijevi u cijevnoj stijeni s vidljivim pukotinama

Figure 7 Stereomicroscopic images of the outer and inner surfaces of a pipe section located in the area of tube wall with visible cracks

Slika 8. Mikrostrukturne i SEM snimke pukotina s vidljivim interkristalnim karakterom propagacijeFigure 8 Microstructural and SEM images of cracks with visible intergranular propagation character

Page 6: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

10 ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13

Slika 10. Mikrostrukturne snimke u području oštećenjaFigure 10 Microstructural images in the damage area

Slika 11. SEM snimke površine (lijevo) i poprečnog presjeka (desno)Figure 11 SEM images of the surface (left) and cross-section (right)

Slika 9. Stereomikroskopske snimke površine s vidljivim pukotinamaFigure 9 Stereomicroscopic images of the surface with visible cracks

3. EKSPERIMENTALNI DIO

3.1. Prikaz provedbe ispitivanjaU eksperimentalnom dijelu provedeno je ispitivanje

nehrđajućih čelika na napetosnu koroziju prema normi

ASTM G 36 – 94, pri čemu su korištene tri vrste nehrđa-jućih čelika, i to:

• austenitni nehrđajući čelik oz nake AISI 304 L• austenitni nehrđajući čelik oz nake AISI 316 L• feritni nehrđajući čelik oznake AISI 430,

Page 7: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13 11

čiji kemijski sastav je ispitan kvantita-tivnom kemijskom analizom nerazor-nom metodom rendgenske fluores-centne spektrometrije (XRF), tablica 1. Iz navedenih materijala izre zani su ispitni uzorci dimenzija 100×30×1 mm koji su potom savinuti u obliku slova „U“ korištenjem trna promjera 9,5 mm.

Tablica 1. Kemijski sastav ispitnih uzorakaTable 1. Chemical composition of test samples

Nehrđajući čelik Ni, % Cr, % Mn, % Si, % Cu, % V, % Mo, % Fe, %

AISI 304 L 9,12 18,15 1,13 0,3 0,2 0,13 0,188 ostatak

AISI 316 L 10,32 16,76 1,06 0,59 0,36 0,13 1,99 ostatak

AISI 430 0,17 16,06 0,31 0,32 - - - ostatak

Slika 12. Prikaz uzoraka od čelika AISI 316 L prije provedbe ispitivanjaFigure 12 Samples of AISI 316 L steel before testing

Slika 13. Prikaz dijela korištene opremeFigure 13 Review of used equipment

Stereomikroskop Leica MZ6 – Laboratorij za zaštitu materijala FSB-a

Skenirajući elektronski mikroskop (SEM) – Laboratorij za materijalografiju FSB-a

Slika 14. Mikrostrukturne snimke uzoraka s narinutim naprezanjimaFigure 14 Microstructural images of stressed specimens

AISI 304 L AISI 316 L

Page 8: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

12 ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13

Tablica 2. Prikaz rezultata provedenog ispitivanja – vizualni pregled i stereomikroskopsko ispitivanjeTable 2 Presentation of test results - visual examination and stereomicroscopic testing

ZAOSTALA NAPREZANJA ZAOSTALA I NARINUTA NAPREZANJA

AISI 304 L

AISI 316 L

AISI 430

Ispitivanja su provedena na po dva ispitna uzorka od svake vrste korištenih nehrđajućih čelika, pri čemu se, osim utjecaja vrste čelika, istraživao i utjecaj vrste na-prezanja na pojavu napetosne korozije, i to:

• zaostalih naprezanja• zaostalih i narinutih naprezanja.Zaostala naprezanja nastala su kao posljedica de-

formiranja ispitnih uzoraka savijanjem, dok su priteza-

njem vijkom unesena narinuta naprezanja, slika 12. Za pritezanje ispitnih uzoraka korišteni su vijci i matice od nehrđajućeg čelika.

Korozijsko ispitivanje otpornosti ispitnih uzoraka na sklonost napetosnoj koroziji provedeno je prema zahtje-vima norme ASTM G 36 – 94 u ključajućoj 45 % otopini MgCl2 u trajanju od 20 sati.

Page 9: KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA AUSTENITNIH …€¦ · Napetosna korozija Korozijski umor Vodikom poticano raspucavanje. V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA

V. Šimunović, I. Stojanović, M. Kurtela, A. Klasnić / KLORIDNA NAPETOSNA KOROZIJA…

ZAVARIVANJE 63(2020)1/2, 5-13 13

3.2. Prikaz i analiza rezultata ispitivanja

Ispitni uzorci nakon provedbe korozijskog ispitivanja vizualno su pregledani te su na njima provedena ste-reomikroskopska ispitivanja. U karakterističnim područji-ma nastalih korozijskih oštećenja provedena su i dodat-na mikrostrukturna ispitivanja i ispitivanja skenira jućim elektronskim mikroskopom (SEM) na pojedinim ispitnim uzorcima. Na slici 13. prikazan je dio korištene opreme, dok su u tablicama 2. i 3. prikazani rezultati ispitivanja.

Analizom rezultata provedenog korozijskog ispitiva-nja otpornosti na pojavu napetosne korozije prema nor-mi ASTM G36-94 može se zaključiti:

• potvrđena je velika sklonost ispitivanih austenitnih nehrđajućih čelika na pojavu napetosne korozije – ošte-ćenja u formi transkristalnog razaranja, slika 14., približ-no istog intenziteta nastala su i na uzorcima izrađenim od čelika AISI 304 L kao i na uzorcima od čelika AISI 316 L koji je radi postizanja veće korozijske otpornosti dodatno legiran s molibdenom

• ispitivani feritni nehrđajući čelik posjeduje visoka svojstva otpornosti na pojavu napetosne korozije

• intenzitet pojave napetosne korozije kod ispitiva-nih austenitnih nehrđajućih čelika značajno je veći kod uzoraka kod kojih su, osim zaostalih naprezanja, bila prisutna i narinuta vlačna naprezanja

• utvrđena je sklonost ispitivanoga feritnoga nehrđa-jućeg čelika na pojavu iniciranja rupičastih koro zijskih oštećenja.

4. ZAKLJUČAKNehrđajući čelici su postojani na korozijsko ošteći-

vanje zbog postojanja pasivnog filma kromovih oksida na površini materijala. Ako se taj pasivni film nepovrat-no ošteti, ili dođe do njegova narušavanja, tj. depasiva-cije mogu nastati različiti lokalni korozijski oblici koji do-vode do mjestimičnoga korozijskog oštećivanja, poput rupičaste korozije, korozije u procijepu, interkristalne i

napetosne korozije. Posebno opasan oblik lokalnog razaranja predstavlja napetosna korozija jer dovodi do iznenadnih puknuća. Različite vrste nehrđajućih čelika, ovisno o njihovom kemijskom sastavu i strukturi, posje-duju i različitu otpornost na napetosnu koroziju. Auste-nitni nehrđajući čelici su podložni toj vrsti korozije, za razliku od feritnih i dupleks čelika.

U eksperimentalnom dijelu rada provedeno je korozij-sko ispitivanje otpornosti različitih vrsta austenitnoga ne-hrđajućeg čelika (AISI 304L, AISI 316L) te feritnog nehr-đajućeg čelika (AISI 430) na pojavu napetosne korozije prema normi ASTM G36-94. Rezultati provedenog ispiti-vanja potvrdili su veliku sklonost austenitnih nehrđajućih čelika na napetosnu koroziju, naročito kod ispitnih uzora-ka kod kojih su, osim zaostalih naprezanja, bila prisutna i narinuta naprezanja. Utvrđena je i postojanost ispitiva-noga feritnog čelika na pojavu napetosne korozije.

5. LITERATURA

[1] http://www.worldstainless.org/[2] J. R. Davis: „Stainless steels“, ASM International, Materials Park,

1994.[3] Marcus, P., Oudar, J.: Corrosion mechanisms in theory and prac-

tice, Marcel Dekker, inc., New York 1995.[4] Juraga, I., Šimunović, V., Španiček, Đ.: Contribution to the study

of effects of surface state of welded joints in stainless steels upon resistance towards pitting corrosion, Metalurgija, vol 46, br. 3, Hrvatsko metalurško društvo, Zagreb, 2007.

[5] D. A. Jones: Principles and Prevention of Corrosion, pp. 9-17, Prentice Hall, 1996.

[6] B. Craig: Hydrogen damage, ASM Handbook Vol. 13A Corrosion: Fundamentals, Testing and Protection, pp. 368 - 380, ASM Inter-national, Materials Park, 2003.

[7] R.H. Jones: Stress Corrosion Cracking, ASM Handbook Vol. 13A Corrosion: Fundamentals, Testing and Protection, pp. 346 - 366, ASM International, Materials Park, 2003.

[8] J. Sedriks: Corrosion of stainless steels, pp. 87-101, 267-312, 178, 153, John Wiley and Sons, 1996.

[9] U. Nürnberger: Korrosion und Korrosionsshutz im Bauwessen, Bauverlag, pp. 53, 1995.

[10] U. Nürnberger: Hochfeste nichtrostende Stähle im Ingenierbau – Einfluss starker Kaltumformungen auf das Korrosionsverhalten, Proceedings of 3-Länder Korrosionstagung, Wien, 2008.

Tablica 3. SEM snimke karakterističnih detalja ispitnih uzoraka s narinutim naprezanjimaTable 3 SEM images of characteristic details of test specimens with imposed stresses

AISI 304 L – krhki lom materijala AISI 316 L – brojne pukotine na površini ispitnog uzorka

AISI 430 – rupičasta korozijska oštećenja na površini