Rodzaje korozji i właściwości gatunków stali nierdzewnych oferowanych przez Stalesia Sp. z o.o.

1. Korozja wżerowa

Jak sama nazwa wskazuje, korozja wżerowa przybiera postać miejscowych wżerów. Występuje w wyniku lokalnego uszkodzenia warstwy pasywnej zwykle przez jony chlorkowe, chociaż inne halogenki i inne aniony mogą powodować podobny efekt. Wewnątrz rozwijającego się wżeru produkty korozji mogą wytworzyć bardzo żrący roztwór, który powoduje szybkie rozprzestrzenianie się korozji. W większości zastosowań konstrukcyjnych zakres wystąpienia korozji wżerowej jest niewielki, a redukcja przekroju elementów – pomijalnie mała. Produkty korozji mogą jednak przebarwić elementy architektoniczne. Zagrożenie korozją wżerową dotyczy takich elementów konstrukcyjnych, jak kanały, rurociągi czy elementy obudowy.
Jony chlorkowe, jako dość agresywne, są najczęstszą przyczyną powstawania korozji wżerowej w zastosowaniach na zewnątrz, obszarach przybrzeżnych i środowiskach obciążonych solami odladzającymi. Prawdopodobieństwo wystąpienia korozji wżerowej w środowisku pracy zależy nie tylko od zawartości chlorków, ale również od innych czynników, takich jak temperatura, żrące substancje zanieczyszczające i cząstki stałe, kwasowość lub zasadowość, zawartość utleniaczy, a także obecność lub brak tlenu. Odporność na korozję stali nierdzewnych zależy od ich składu chemicznego. Chrom, molibden i azot zwiększają odporność na korozję wżerową.

Równoważnik odporności na korozję wżerową (PREN) pozwala w przybliżeniu oszacować odporność na korozję. Określa się go jako:

PREN = % Cr + 3,3% Mo + 16% N.

Wskaźnik PREN jest pomocny podczas porównywania odporności korozyjnej różnych stali nierdzewnych. Powinien być stosowany jako pierwszy, przybliżony wskaźnik. Małe różnice wartości wskaźnika PREN mogą być łatwo zatarte przez wystąpienie innych czynników, które mają również istotny wpływ na odporność korozyjną stali. Z tego powodu PREN nie powinien być jedynym czynnikiem w doborze gatunku stali.

Przykładowo, gatunek stali 1.4301 posiada najniższą wartość wskaźnika PREN w odniesieniu do innych stali austenitycznych. Korozja na powierzchni tej stali występuje w obszarach przybrzeżnych o niskiej bądź umiarkowanej zawartości soli lub soli odladzającej i nie nadaje się do zastosowania w środowiskach, gdzie występują zraszanie/mgiełka cieczy, strefy rozpryskiwania cieczy i trwałego zanurzenia. Gatunek stali 1.4301 może również wykazywać niedopuszczalny poziom korozji wżerowej w atmosferze przemysłowej.

Na obszarach o niskim lub umiarkowanym środowisku przemysłowym, obszarach nabrzeżnych, nadmorskich lub odladzanych solą chlorkową zaleca się stosowanie gatunku stali 1.4401 bądź stali typu duplex 1.4362 lub 1.4162. Jeśli zanieczyszczenia lub narażenie na działanie soli są wyższe, uzasadnione jest zastosowanie stali duplex 1.4462 lub stali nierdzewnych bardziej odpornych na korozję.

2. Korozja szczelinowa

Korozja szczelinowa występuje w wąskich i niedomkniętych szczelinach, gdzie stale gromadzi się woda zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz szczeliny. Szczelina musi być na tyle mała, aby umożliwić wnikanie wody i rozpuszczonego chlorku, a jednocześnie nie dopuścić do przenikania tlenu do szczeliny.

Poprzez uszczelnienie szczelin lub ich wyeliminowanie można zapobiec wystąpieniu korozji szczelinowej. Intensywność korozji jest silnie uzależniona od geometrii szczeliny: im węższa i głębsza jest szczelina, tym narażenie korozyjne jest większe. Połączenia, które nie znajdują się pod wodą, powinny być zaprojektowane
tak, aby nie przepuszczały wilgoci. Obecność chlorków lub soli w środowisku powoduje, że niektóre gatunki stali nierdzewnych, w tym 1.4301 i 1.4401, są podatne na korozję szczelinową. Bardziej odporne na korozję stale austenityczne i stale duplex są mniej wrażliwe, a ich zachowanie będzie zależeć od warunków
otoczenia, w szczególności od temperatury.

Stopień korozji w zanurzonych szczelinach jest na ogół silniejszy niż w korozyjnych środowiskach atmosferycznych nad wodą, które przechodzą cykle zwilżania i osuszania lub są regularnie zawilgocone. Zanurzone szczeliny są bardziej agresywne, ponieważ przenikanie do ich wnętrza związków utleniających niezbędnych do utrzymania warstwy pasywnej jest ograniczone.
Szczeliny mogą być wynikiem złego połączenia metalu z metalem, braku uszczelki, nagromadzenia się zanieczyszczeń biologicznych, osadów powierzchniowych (np. cząstek stałych, odchodów, żywności, odpadów) i uszkodzeń powierzchni, takich jak wbite cząstki żelaza. Należy dołożyć wszelkich starań, aby wyeliminować szczeliny. Często jednak nie jest to całkowicie możliwe do wykonania.

Podobnie jak w przypadku korozji wżerowej pierwiastki stopowe: chrom, molibden i azot zwiększają odporność na atak korozji. Tym samym odporność na korozję szczelinową wzrasta – od gatunku 1.4301 przez 1.4401 do 1.4462.

3. Korozja bimetaliczna (galwaniczna)

Gdy dwa różne metale znajdują się w kontakcie elektrycznym i są połączone elektrolitem (tzn. cieczą przewodzącą prąd elektryczny, taką jak woda morska lub zanieczyszczona woda słodka), wówczas prąd przepływa przez elektrolit z metalu anodowego do katodowego (szlachetnego metalu). W rezultacie prowadzi to do korozji mniej szlachetnego metalu.

Stale nierdzewne w parach elektrochemicznych stanowią materiał katodowy, dlatego też nie ulegają dodatkowej korozji. Stale nierdzewne i stopy miedzi znajdują się bardzo blisko w szeregu napięciowym metali, a narażone na działanie umiarkowanych warunków atmosferycznych mogą być bez obaw umieszczone w bezpośrednim styku.

Ten rodzaj korozji ma szczególne znaczenie przy połączeniach stali nierdzewnych i stali węglowych lub niskostopowych stali trudnordzewiejących (typu Corten) bądź aluminium. Ważne jest, aby spoiwo łączące metale było równie szlachetne jak łączone metale oraz było odporne na korozję (zwykle stal nierdzewna).
Ponadto, w połączeniach mechanicznych śruby powinny być wykonane z metalu, który jest bardziej odporny na korozję. Korozja galwaniczna pomiędzy różnymi gatunkami stali nierdzewnych nie stanowi problemu, chyba że zostaną one umieszczone w warunkach całkowicie zanurzonych.

Korozji bimetalicznej można zapobiec, eliminując przepływ prądu przez:
• odizolowanie różnych metali, tzn. przerwanie kontaktu między metalami,
• zapobieganie przewodzeniu elektrolitu, tj. zablokowanie ścieżki elektrycznej przez malowanie lub zastosowanie innej powłoki. Tam, gdzie wymaga się zabezpieczenia i nie jest możliwe pokrycie powłoką obu metali, korzystne jest pokrycie bardziej szlachetnego metalu (tj. stali nierdzewnej w przypadku połączenia stal nierdzewna/stal węglowa).

Ryzyko dużego ataku korozji jest największe, jeśli powierzchnia bardziej szlachetnego metalu (tj. stali nierdzewnej) jest duża w porównaniu z obszarem mniej szlachetnego metalu (tj. stali węglowej). Należy zwrócić szczególną uwagę na użycie farb i innych powłok do pokrycia stali węglowej. Jeśli na obszarze powłoki malarskiej istnieją małe pory lub otwory, wtedy mała powierzchnia nieosłoniętej stali węglowej wykazuje bardzo duży stosunek powierzchni pola katodowego do anodowego, co powoduje poważne wżery w stali węglowej. Jest to oczywiście najbardziej niebezpieczne w warunkach zanurzonych. W takich sytuacjach zaleca się malowanie stali nierdzewnej również w odległości 75 mm od miejsca styku metali, co zmniejsza jej oddziaływanie katodowe i poprawia stosunek powierzchni katodowej/anodowej dla porów występujących w powłoce malarskiej.
Niekorzystny stosunek powierzchni może wystąpić w przypadku elementów złącznych i w miejscach łączenia elementów. Powinno się unikać stosowania śrub ze stali węglowej w połączeniach elementów ze stali nierdzewnej, ponieważ stosunek powierzchni stali nierdzewnej do stali węglowej jest duży, a śruby będą przedmiotem agresywnego ataku korozji. Z kolei szybkość ataku korozji elementów ze stali węglowej czy aluminium łączonych śrubami ze stali nierdzewnej jest nieznaczna. Zazwyczaj pomocne jest skorzystanie z wcześniejszych doświadczeń, ponieważ różne metale często można bezpiecznie połączyć w warunkach sporadycznego występowania skroplin lub zwiększonej wilgotności, zwłaszcza gdy przewodność elektrolitu jest mała.

Przewidywanie wspomnianych efektów jest trudne, ponieważ szybkość korozji zależy od wielu zmiennych. Wykorzystanie tablic potencjału elektrycznego metali ignoruje obecność powierzchniowej warstwy tlenków i wpływ stosunku powierzchni oraz różnego składu chemicznego występujących roztworów (elektrolitów). Niewłaściwe wykorzystanie tych tablic może zatem prowadzić do błędnych rozwiązań. Należy je stosować ostrożnie i tylko do wstępnej oceny. 

4. Korozja naprężeniowa
Rozwój korozji naprężeniowej wymaga jednoczesnego występowania naprężeń rozciągających i specyficznych czynników środowiskowych, których wystąpienie jest mało prawdopodobne w normalnej atmosferze budynków. Naprężenia nie muszą być bardzo duże w stosunku do granicy plastyczności materiału i mogą wynikać z obciążenia czy pozostałości z procesów produkcyjnych, takich jak spawanie lub gięcie.

Ferrytyczne stale nierdzewne nie są podatne na korozję naprężeniową. Stale nierdzewne typu duplex zazwyczaj mają wyższą odporność na korozję naprężeniową niż austenityczne stale nierdzewne. Gatunki wysokostopowe austenitycznych stali nierdzewnych, takie jak 1.4539, 1.4529, 1.4547 i 1.4565, zostały opracowane dla zastosowań, w których występuje zagrożenie korozją naprężeniową.

Należy zachować ostrożność w przypadku, gdy elementy ze stali nierdzewnej zawierające wysokie naprężenia własne (np. z powodu obróbki plastycznej na zimno) są stosowane w środowiskach bogatych w chlorki (np. kryte pływalnie, konstrukcje morskie i przybrzeżne). Bardzo obciążone cięgna w środowiskach bogatych w chlorki mogą być podatne na korozję naprężeniową, w zależności od gatunku stali nierdzewnej.

5. Korozja ogólna (równomierna)
W normalnych warunkach zwykle spotykanych w zastosowaniach konstrukcyjnych stale nierdzewne nie ulegają korozji ogólnej, która jest charakterystyczna dla stali niestopowych i żelaza.

6. Korozja międzykrystaliczna i korozja spoin
W trakcie długotrwałego wygrzewania austenitycznych stali nierdzewnych w zakresie temperatury od 450 do 850°C węgiel w stali dyfunduje do granic ziaren i wydziela się w postaci węglika chromu. Usuwa to chrom z roztworu stałego i pozostawia niższą jego zawartość w sąsiedztwie granic ziaren. Stal w tym stanie jest określana jako uwrażliwiona. Granice ziaren stają się preferencyjnie podatne na atak korozji przy kolejnej ekspozycji na środowisko korozyjne. Zjawisko to jest znane jako korozja spoin, gdyż występuje w strefie wpływu ciepła złącz spawanych.

Istnieją trzy sposoby uniknięcia korozji międzykrystalicznej:
• stosowanie stali o niskiej zawartości węgla,
• stosowanie stali stabilizowanych tytanem lub niobem (np. 1.4541, 1.4571, 1.4509, 1.4521 lub 1.4621), ponieważ te pierwiastki łączą się preferencyjnie z węglem, tworząc stabilne cząstki i zmniejszając tym samym ryzyko powstania węglików chromu,
• stosowanie obróbki cieplnej (jednak w praktyce ta metoda jest rzadko stosowana).

Gdy planuje się spawanie elementów, w przypadku stali austenitycznych lub duplex należy wybierać gatunki o niskiej zawartości węgla (0,03% maksimum), aby zapobiec uwrażliwieniu stali i korozji międzykrystalicznej. Korozja międzykrystaliczna rzadko występuje w stalach nierdzewnych austenitycznych lub duplex, ponieważ nowoczesne technologie produkcji stali zapewniają im niską zawartość węgla, co pozwala na uniknięcie problemu.

Ferrytyczne stale nierdzewne są bardziej podatne na uwrażliwienie w procesie spawania niż stale austenityczne. Z tego względu, nawet przy niskiej zawartości węgla szczególnie istotne jest stosowanie na elementy spawane gatunków stabilizowanych stali ferrytycznych.

Wszystkie wymienione w artykule gatunki stali nierdzewnych i wiele innych można zakupić w Stalesia Sp. z o.o., która jest jednym z największych polskich dystrybutorów rur bezszwowych, kolan, trójników, kołnierzy, blach i prętów. Firma oferuje również zakupy online.