SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI ODJEL ZA STRUČNE STUDIJE

ODSJEK ZA KONSTRUKCIJSKO STROJARSTVO

IVAN VRLJIČAK

ZAVRŠNI RAD

UTJECAJ ZAOSTALIH NAPREZANJA NA KOROZIJU NEHRĐAJUĆIH ČELIKA

Split rujan 2012

SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI ODJEL ZA STRUČNE STUDIJE

ODSJEK ZA KONSTRUKCIJSKO STROJARSTVO

PREDMET MATERIJALI II

ZAVRŠNI RAD KANDITAT Ivan Vrljičak TEMA ZAVRŠNOG RADA Utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju nehrđajućih čelika MENTOR Igor Gabrić pred

Split rujan 2012

SADRŽAJ

SAŽETAK 2

10 UVOD 3

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA 3

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 5

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 7

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 11

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

13

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 13

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 15

30 PLANIRANJE POKUSA 17

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA 17

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE 18

33 STANJE POKUSA 20

34 PLAN POKUSA 21

40 PROVEDBA POKUSA 22

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA NEOPTEREĆENE EPRUVETE 22

42 PROVEDBA POKUSA 23

43 REZULTATI ISPITIVANJA 24

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE 28

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA 30

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU 30

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU 35

ZAKLJUČAK 40

LITERATURA 41

2

SAŽETAK

U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno

austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje

literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski

pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u

praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju

Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku

vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju

nehrđajućih čelika

Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog

kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije

o utjecajnim faktorima

SUMMARY

In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic

primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of

literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic

examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of

practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive

media for long time

Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea

water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the

corrosion of stainless steel

The experiment was processed on the software Design expert Applying the central

composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of

the influential factors on strength and elongation

3

10 UVOD

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA

Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji

sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna

količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-

oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti

materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju

oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena

oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do

pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku

lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi

površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje

korozijskih procesa

Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]

Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE

klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled

kemijskog sastava nehrđajućih čelika

- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost

koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su

feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne

pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju

njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju

- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski

poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i

martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih

4

čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja

ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje

- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu

kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih

- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u

omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s

austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i

naponsku koroziju

- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom

rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno

nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće

upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na

koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se

polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do

senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju

Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]

Zastupljenost na tržištu

57

7

2

13

12

3

2

1

3 AISI 304

AISI 316

Ostali austenitni čelici

AISI 430

AISI 409

Ostali feritni čelici

Martenzitni čelici

Martenzitni čelici otvrdnuti

starenjem

duplex

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI ODJEL ZA STRUČNE STUDIJE

ODSJEK ZA KONSTRUKCIJSKO STROJARSTVO

PREDMET MATERIJALI II

ZAVRŠNI RAD KANDITAT Ivan Vrljičak TEMA ZAVRŠNOG RADA Utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju nehrđajućih čelika MENTOR Igor Gabrić pred

Split rujan 2012

SADRŽAJ

SAŽETAK 2

10 UVOD 3

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA 3

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 5

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 7

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 11

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

13

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 13

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 15

30 PLANIRANJE POKUSA 17

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA 17

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE 18

33 STANJE POKUSA 20

34 PLAN POKUSA 21

40 PROVEDBA POKUSA 22

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA NEOPTEREĆENE EPRUVETE 22

42 PROVEDBA POKUSA 23

43 REZULTATI ISPITIVANJA 24

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE 28

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA 30

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU 30

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU 35

ZAKLJUČAK 40

LITERATURA 41

2

SAŽETAK

U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno

austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje

literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski

pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u

praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju

Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku

vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju

nehrđajućih čelika

Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog

kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije

o utjecajnim faktorima

SUMMARY

In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic

primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of

literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic

examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of

practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive

media for long time

Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea

water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the

corrosion of stainless steel

The experiment was processed on the software Design expert Applying the central

composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of

the influential factors on strength and elongation

3

10 UVOD

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA

Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji

sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna

količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-

oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti

materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju

oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena

oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do

pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku

lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi

površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje

korozijskih procesa

Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]

Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE

klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled

kemijskog sastava nehrđajućih čelika

- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost

koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su

feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne

pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju

njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju

- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski

poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i

martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih

4

čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja

ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje

- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu

kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih

- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u

omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s

austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i

naponsku koroziju

- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom

rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno

nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće

upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na

koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se

polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do

senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju

Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]

Zastupljenost na tržištu

57

7

2

13

12

3

2

1

3 AISI 304

AISI 316

Ostali austenitni čelici

AISI 430

AISI 409

Ostali feritni čelici

Martenzitni čelici

Martenzitni čelici otvrdnuti

starenjem

duplex

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

SADRŽAJ

SAŽETAK 2

10 UVOD 3

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA 3

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 5

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 7

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 11

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

13

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 13

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 15

30 PLANIRANJE POKUSA 17

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA 17

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE 18

33 STANJE POKUSA 20

34 PLAN POKUSA 21

40 PROVEDBA POKUSA 22

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA NEOPTEREĆENE EPRUVETE 22

42 PROVEDBA POKUSA 23

43 REZULTATI ISPITIVANJA 24

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE 28

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA 30

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU 30

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU 35

ZAKLJUČAK 40

LITERATURA 41

2

SAŽETAK

U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno

austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje

literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski

pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u

praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju

Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku

vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju

nehrđajućih čelika

Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog

kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije

o utjecajnim faktorima

SUMMARY

In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic

primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of

literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic

examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of

practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive

media for long time

Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea

water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the

corrosion of stainless steel

The experiment was processed on the software Design expert Applying the central

composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of

the influential factors on strength and elongation

3

10 UVOD

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA

Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji

sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna

količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-

oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti

materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju

oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena

oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do

pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku

lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi

površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje

korozijskih procesa

Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]

Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE

klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled

kemijskog sastava nehrđajućih čelika

- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost

koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su

feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne

pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju

njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju

- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski

poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i

martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih

4

čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja

ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje

- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu

kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih

- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u

omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s

austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i

naponsku koroziju

- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom

rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno

nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće

upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na

koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se

polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do

senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju

Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]

Zastupljenost na tržištu

57

7

2

13

12

3

2

1

3 AISI 304

AISI 316

Ostali austenitni čelici

AISI 430

AISI 409

Ostali feritni čelici

Martenzitni čelici

Martenzitni čelici otvrdnuti

starenjem

duplex

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

2

SAŽETAK

U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno

austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje

literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski

pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u

praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju

Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku

vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju

nehrđajućih čelika

Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog

kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije

o utjecajnim faktorima

SUMMARY

In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic

primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of

literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic

examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of

practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive

media for long time

Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea

water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the

corrosion of stainless steel

The experiment was processed on the software Design expert Applying the central

composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of

the influential factors on strength and elongation

3

10 UVOD

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA

Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji

sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna

količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-

oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti

materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju

oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena

oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do

pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku

lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi

površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje

korozijskih procesa

Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]

Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE

klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled

kemijskog sastava nehrđajućih čelika

- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost

koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su

feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne

pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju

njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju

- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski

poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i

martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih

4

čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja

ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje

- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu

kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih

- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u

omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s

austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i

naponsku koroziju

- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom

rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno

nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće

upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na

koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se

polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do

senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju

Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]

Zastupljenost na tržištu

57

7

2

13

12

3

2

1

3 AISI 304

AISI 316

Ostali austenitni čelici

AISI 430

AISI 409

Ostali feritni čelici

Martenzitni čelici

Martenzitni čelici otvrdnuti

starenjem

duplex

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

3

10 UVOD

11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA

Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji

sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna

količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-

oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti

materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju

oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena

oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do

pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku

lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi

površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje

korozijskih procesa

Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]

Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE

klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled

kemijskog sastava nehrđajućih čelika

- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost

koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su

feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne

pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju

njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju

- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski

poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i

martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih

4

čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja

ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje

- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu

kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih

- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u

omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s

austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i

naponsku koroziju

- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom

rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno

nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće

upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na

koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se

polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do

senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju

Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]

Zastupljenost na tržištu

57

7

2

13

12

3

2

1

3 AISI 304

AISI 316

Ostali austenitni čelici

AISI 430

AISI 409

Ostali feritni čelici

Martenzitni čelici

Martenzitni čelici otvrdnuti

starenjem

duplex

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

4

čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja

ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje

- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu

kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih

- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u

omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s

austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i

naponsku koroziju

- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom

rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno

nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće

upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na

koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se

polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do

senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju

Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]

Zastupljenost na tržištu

57

7

2

13

12

3

2

1

3 AISI 304

AISI 316

Ostali austenitni čelici

AISI 430

AISI 409

Ostali feritni čelici

Martenzitni čelici

Martenzitni čelici otvrdnuti

starenjem

duplex

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

5

Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika

AISI Tip Cr Ni C Mn

Si

Mo

Ostalo

304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -

316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -

409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti

430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -

440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -

630 Martenzitni

ndash starenjem

15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu

015-045 Ta

2205 Duplex 22 5 003 - - 4

Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika

Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]

12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku

obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i

stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime

onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida

Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

6

Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću

duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost

Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu

Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture

nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata

Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]

Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te

otpornost na kloride

Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također

pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu

izazvati pukotine

Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim

čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu

Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima

Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

7

Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji

zbog stvaranja uključina sulfida

13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji

Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]

Opća korozija

Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje

materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano

obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u

procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film

i povećati brzinu korozije

Naponska korozija

Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih

naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka

agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija

napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan

zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do

velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni

elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi

nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili

manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

8

naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje

na temperaturama većim od 80 degC

Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]

Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se

razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u

kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem

Rupičasta korozija

Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

9

Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka

materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima

gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne

u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom

Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan

medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija

klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji

pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu

koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)

Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]

Korozija u procijepu

Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih

nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela

kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog

različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti

(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok

molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim

konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

10

Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]

Galvanska korozija

Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u

korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi

do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika

10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima

elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te

mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

11

Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]

14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE

Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija

Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim

uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip

304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij

izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa

smanjenom korozijskom otpornošću

Atmosferska korozija

Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu

čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog

izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u

industrijskim područjima

Korozija u vodi

Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju

rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura

povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za

nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

12

nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo

austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena

dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu

Kiseline

Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na

razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi

Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316

Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline

koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC

Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj

temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću

otpornost ima tip 317

Lužine

Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim

koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij

hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama

može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

13

20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika

Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su

spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije

spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je

od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s

podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se

smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec

sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])

Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po

AWSASTM [6]

Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila

sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti

te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa

Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici

spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom

(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale

prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se

sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada

nije provedena

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

14

Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije

propagirale

Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom

Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

15

Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom

22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA

Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i

istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom

kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale

morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz

tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora

Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

16

Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu

0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se

pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom

klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske

vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat

reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju

koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se

na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet

pasivizacijskog sloja (slika 16)

Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u

doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša

repasivizacija)

Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je

dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu

i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od

galvanske korozije

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

17

30 PLANIRANJE POKUSA

31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog

broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni

kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova

pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup

statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje

procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje

proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni

faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s

najmanjom mogućom varijabilnošću [7]

Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u

nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve

kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)

u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se

sastoji od

- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]

- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]

- stanja u središtu (00) [8]

Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno

kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj

ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja

udaljenost od središta do aksijalnih točaka

Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti

vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak

pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa

iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je

procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili

nelinearan

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

18

Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi

y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx

Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja

računskih i stvarnih vrijednosti [9]

32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg

čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2

12

2k

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

19

Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]

C 008

Mn 2

Cr 19

Ni 95

P 0045

S 003

Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre

obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima

posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi

Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete

isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2

Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 193-200 GPa

Gustoća 8000 kgm3

Konvencionalna granica tečenja Re (u

mekom stanju)

215 Nmm2

Tvrdoća Brinell 123

Žilavost 325 J

Elongacija 55

Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2

Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

20

33 STANJE POKUSA

Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je

redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa

Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa

7 2160 90 200 1

6 4320 180 200 2

13 2160 90 550 3

12 4320 180 550 4

11 1713 71 375 5

3 4767 199 375 6

4 3240 135 128 7

8 3240 135 622 8

9 3240 135 375 9

10 3240 135 375 10

5 3240 135 375 11

2 3240 135 375 12

1 3240 135 375 13

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

21

34 PLAN POKUSA

Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme

držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α

+1 -1 0

Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja

pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava

aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa

Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

22

40 PROVEDBA POKUSA

41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA

NEOPTEREĆENE EPRUVETE

Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana

bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =

38 kao što se vidi na slici 20

Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete

Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je

vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21

Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

23

Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete

42 PROVEDBA POKUSA

Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se

pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute

unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i

osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom

vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u

morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama

Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

24

Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu

promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta

Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete

43 REZULTATI ISPITIVANJA

Epruveta br 1

Epruveta br 2

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

25

Epruveta br 3

Epruveta br 4

Epruveta br 5

Epruveta br 6

Epruveta br 7

Epruveta br 8

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

26

Epruveta br 9

Epruveta br 10

Epruveta br 11

Epruveta br 12

Epruveta br 13

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

27

Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično

oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće

odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da

ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i

tablici 5

Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa

Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

28

Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa

NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka

na epruveti

Trajanje pokusa (h)

Trajanje pokusa (dana)

Prednaprezanje (MPa)

Redni broj

pokusa Rm A5

7 2160 90 200 1 723 40

6 4320 180 200 2 717 32

13 2160 90 550 3 735 39

12 4320 180 550 4 723 36

11 1713 71 375 5 732 39

3 4767 199 375 6 713 36

4 3240 135 128 7 705 36

8 3240 135 622 8 710 35

9 3240 135 375 9 728 34

10 3240 135 375 10 731 33

5 3240 135 375 11 694 31

2 3240 135 375 12 710 34

1 3240 135 375 13 697 38

44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete

Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što

svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do

pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom

epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa

podloškom korozija u procijepu

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

29

Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije

Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja

Slika 27 Površinski korodirana matica

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

30

50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne

čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju

koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)

Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo

2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375

Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698

Total 6681E+006 13 5193E+005

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

31

Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena

značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)

Tablica 8 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 33088 2 16544 092 04289 Nije

značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284

Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela

62343 6 10390 036 08758 Nije

značajan Čista greška 117000 4 29250

Ukupno 212431 12

Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se

pojavi vrijednost šuma od 4289

Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B

nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj

vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna

u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma

Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela

Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633

Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da

odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za

upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u

svrhu cjelovitog prikaza statističke analize

U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

32

Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

71677 1 371 70849 72505

A-Trajanje pokusa

-547 1 459 -1571 476 100

B- Prednaprezanje

300 1 459 -723 1323 100

Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom

izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277

10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

33

Slika 28 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

Rm = +71677 - 547 A + 300 B

Matematički model s stvarnim faktorima

Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje

Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre

trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od

parametara pokusa

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

34

Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

35

52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model

pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za

različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja

Tablica 12 Izmjerene vrijednosti

Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija

odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja

najbolje opisuje slučaj

Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

ProbgtF

Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

36

Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance

određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)

Tablica 14 Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

ProbgtF Značajnost

Model 6056 5 1211 246 01364 Nije

značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973

Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela

852 3 284 044 07390 Nije značajan

Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12

F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost

šuma od 1364

Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost

odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na

čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane

su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela

Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj

2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre

2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674

Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost

elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674

je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum

adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

37

U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna

pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela

Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena

koeficijenta Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95 Interval povjerenja donja granica

95 Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

847229 1 402193 -103805 1798263

A-Trajanje pokusa

591542 1 279778 -70028 1253112 2200031

B- Prednaprezanje

8645 1 7661 -9471 26761 952300

A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300

Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000

10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400

Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac

raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele

ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

38

Slika 31 Normalizirani graf odstupanja

Matematički model sa kodiranim faktorima

A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B

Matematički model s stvarnim faktorima

A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2

+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje

Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za

parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u

zavisnosti od parametara pokusa

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

39

Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o

parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi

Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

40

ZAKLJUČAK

U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste

korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje

je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima

Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu

(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog

nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć

programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza

pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj

prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i

elongaciju

Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo

utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo

rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod

ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno

različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi

je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo

značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na

površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti

transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo

zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj

temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije

moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice

U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da

epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim

djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla

vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem

parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na

pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304

41

LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf

[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula

[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V

[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0

[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987

[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije

[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni

znanstveni članak Zagreb 2008

[8] Design-Expert 6 Userguide

[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost

čelika za poboljšavanje

[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304