Příčiny snížení korozní odolnosti korozivzdorných ocelí a slitin - Vliv kvality povrchu na korozní odolnost slitinových ocelí

Chemický stav povrchu je parametrem, přímo určujícím korozní odolnost korozivzdorné slitiny, a je vyjádřen koncentrací základních legujících prvků na povrchu a chemickou homogenitou povrchových vrstev (v rovině povrchu i do hloubky materiálu). Výskyt chemických heterogenit, tj. oblastí s koncentračním profilem některého z prvků matrice (nejčastěji oblastí, ochuzených chromem, nebo obohacených uhlíkem), přítomnosti vměstků a cizorodých kontaminantů, mohou přímo nebo nepřímo (např. v kombinaci s nevhodným fyzikálním stavem nebo tepelným ovlivněním, zvl. svařováním) zásadně snížit korozní odolnost povrchu legovaného materiálu. Fyzikální stav povrchu je charakterizován zejména jeho mikrogeometrií (přítomnost necelistvostí povrchu, drsnost, vrypy, stopy po broušení, trhliny atp.), popř. přítomností částic, stínících povrch rovnoměrnému přístupu korozního prostředí (štěrbin), obrázek 1.

Ke snížení nebo ovlivnění korozní odolnosti povrchových vrstev korozivzdorných materiálů může dojít během kterékoli fáze jejich „života“, tj. během výroby hutního polotovaru, skladování, manipulace a úpravy polotovarů, dílenského zpracování, svařování, úpravy povrchu před uvedením zařízení do provozu, během provozních a odstávkových režimů.

Nejčastějšími dílčími operacemi, které se mohou na snížení odolnosti povrchu podílet, bývá tepelné zpracování (nedokonalé očištění povrchu, nevhodná atmosféra), svařování (nedokonalé očištění povrchu před i po svařování, ponechání bublin a trhlinek, vystupujících na povrch svarového kovu, apod.), nekorektní chemické zpracování povrchu (moření, dekontaminace, leštění – vytvoření oblastí, ochuzených o chrom, přemoření povrchu apod.), provoz, dovolující vznik úsad, odstávka s možností výskytu nekontrolovaných zbytků prostředí.

VLIV CHEMICKÉHO STAVU POVRCHU KOROZIVZDORNÝCH MATERIÁLŮ NA JEJICH KOROZNÍ ODOLNOST

Ve většině typů prostředí je stabilita korozivzdorných materiálů určována pasivitou, tj. vytvořením povrchové vrstvy oxidů legujících prvků, zejména pak oxidů chromu; tím dojde ke kinetickému brždění korozního děje, korozi v pasivitě, která probíhá z technického hlediska ve většině prostředí zanedbatelnou rychlostí. Ochranné vlastnosti pasivující vrstvy jsou významně závislé na kvalitě povrchu. Nejčastějšími příčinami snížené odolnosti povrchu je jeho kontaminace cizorodými látkami nebo vytvoření oblastí, ochuzených o některý z legujících prvků, obvykle o chrom, čímž dojde k lokálnímu ovlivnění stability pasivující vrstvy.

KONTAMINACE POVRCHU
Vliv kontaminujících látek na zhoršení korozní odolnosti povrchových vrstev korozivzdorných materiálů může být přímý nebo častěji v kombinaci s tepelným ovlivněním povrchu nepřímý. Podle povahy se setkáváme s kontaminanty organickými nebo kovovým (oxidickými) – tabulka 1.

Kontaminace povrchu organickými a nekovovými látkami může mít velmi různorodý původ i intenzitu (od doteků rukou po masivní znečištění). Pokud kontaminující látky z povrchu nejsou odstraněny, např. před svařováním nebo tepelným zpracováním, může dojít k jejich tepelné degradaci, vstupu do svarového kovu nebo matrice a následně ke zhoršení užitných vlastností materiálu. U svarového spoje dochází nejen ke snížení korozní odolnosti, ale i ke vzniku defektů svarů.

Přítomnost síry a jejích sloučenin, dále látek, obsahujících fosfor, a kovů s nízkým bodem tání může zapříčinit vznik trhlin ve svaru nebo tepelně ovlivněné oblasti. Uhlík nebo uhlíkové materiály, zanechané na povrchu, mohou být v průběhu svařování (zvláště při svařování v ochranné atmosféře, kdy nemůže dojít k jejich shoření) rozpuštěny v nataveném kovu, přičemž vznikne oblast se značně sníženou odolností ke korozi. Zásadní podmínkou zpracování korozivzdorných materiálů je proto odstranění veškerých nečistot před svařováním, a to jak ze svařovaných okrajů, tak i z oblastí přilehlých (budoucí tepelně ovlivněné oblasti).

V agresivních prostředích může přítomnost zbytků organické povahy vyvolat štěrbinovou korozi. V tomto případě fungují kontaminující látky stínícím účinkem, který může být příčinou iniciace lokalizovaného napadení, což bylo např. pozorováno při ponechání zbytků mazadel, voskových pastelů, značkovačů (fixy), zbytků nátěrů, lepicích pásek apod. na povrchu slitinových materiálů v odsiřovacích a podobných typech zařízení. Ke kontaminaci povrchu látkami kovové povahy dochází obvykle během strojírenského zpracování a nejčastějším kontaminantem bývá železo – uhlíková ocel (tabulka 1).

KONTAMINACE POVRCHU

Povrchová kontaminace korozivzdorných materiálů železem je poměrně běžná a je možné se jí při dodržení známých zásad pro skladování a zpracování těchto materiálů poměrně snadno vyhnout nebo její přítomnost kontrolovat; projeví se vznikem rezavých skvrn již v mírně agresivních podmínkách – atmosféra, neutrální vodné roztoky aj. Za určitých podmínek, pokud není železo odstraněno, může dojít až k iniciaci důlkové koroze, což většinou spíše souvisí se zhoršením fyzikálního stavu povrchu: po zkorodování méně ušlechtilého železa se na povrchu objeví objemné korozní produkty, stinící povrch. Povrchové kontaminanty kovové povahy jsou velmi dobře odstranitelné mírným přemořením povrchu v kyselém mořicím roztoku.

Závažnější chemickou heterogenitou je zabudování kontaminujícího kovu, nejčastěji železa, do svaru, k čemuž dochází během svařovacích operací, pokud nebyla dodržena čistota svařovaných ploch. Přítomnost částic, obsahujících železo, způsobí po zatavení místní snížení úrovně legování, které se v tomto případě projeví až v agresivnějších podmínkách (např. během kyselých čistících operací nebo provozu) – na rozdíl od povrchové kontaminace železem, projevující se za mírnějších korozních podmínek. K dosažení maximální korozní odolnosti musí být povrchy ze slitinových materiálů rovněž důkladně zbaveny povrchových oxidů. Oxidy mohou vznikat ve formě tenkých interferenčních (náběhových) barev nebo masivních povrchových oxidů po svařování nebo jiném tepelném ovlivnění materiálu, podle účinnosti a dostupu ochranné atmosféry. Povahu těchto oxidů je možné poznat podle jejich zabarvení – tenké oxidy mají většinou interferenční barvy, masivní oxidy nabývají černého zbarvení. Vznik jakýchkoli oxidů na povrchu následně zapříčiní vytvoření povrchové vrstvy, ochuzené o některý z legujících prvků, což má dopad na korozní odolnost. Pro mírnější korozní podmínky nebo podmínky, vyžadující udržení vysoké čistoty prostředí (vodné roztoky, potraviny, vysoce čistá voda aj.), je nezbytně nutné důkladné odstranění oxidických vrstev i po svařování. Během provozu za mírných korozních podmínek dochází k hydrataci zbytků oxidických vrstev (rezavé zabarvení povrchu). Pokud jsou oxidy masivnější, jsou produkty hydratace objemnější a povrch je stíněn vůči rovnoměrnému přístupu korozního prostředí; jsou tak vytvořeny vhodné podmínky pro štěrbinovou nebo pro mikrobiální korozi. Uvolňující se korozní produkty v ostatních případech prostředí znečišťují.

K odstranění oxidů jsou nejčastěji používány mechanické abrazivní postupy, postupy broušení, kartáčování, tryskání, leštění. Přesto, že tyto operace mohou vytvořit povrch jednotného vzhledu, nedojde k dokonalému odstranění oxidů a zejména oblastí, ochuzených o legující prvky. K úplnému odstranění oxidů a tím k dosažení povrchového stavu s optimální korozní odolností dojde buď kombinovaným mechanickým a chemickým čištěním povrchu nebo pouze vhodným chemickým zpracováním.

OBLASTI, OCHUZENÉ O CHROM

Koncentrace chromu na povrchu korozivzdorných slitin je zpravidla nižší než v objemu (matrici) kovu. Je to důsledek jeho silnější afinity ke kyslíku ve srovnání s dalšími legujícími prvky. Během výroby polotovarů z korozivzdorných slitin a jejich zpracování je materiál opakovaně podrobován tepelnému ovlivnění (tváření za tepla, svařování, tepelné zpracování apod.), kdy může dojít jednak k uplatnění odlišných vlastností chromu (vyšší afinita ke kyslíku, vyšší tlak par), a jednak k interakci neodstraněných kontaminantů s povrchem během této operace.

ŽÍHÁNÍ V OXIDUJÍCÍCH ATMOSFÉRÁCH

Pokud zpracující operace probíhají v oxidující atmosféře, organické kontaminanty zpravidla dokonale zoxidují (shoří), podle teploty a doby zpracování však mohou vzniknout méně nebo více tlusté oxidy (náběhové barvy – okuje); přednostní oxidací chromu vznikne oblast se sníženým obsahem tohoto prvku v povrchové vrstvě oceli, přiléhající k oxidům na povrchu, až o 3 – 4 % hm. vzhledem k obsahu v objemu kovu, obrázek 2. Oxidy a povrchová vrstva, ochuzená o chrom, bývají odstraněny mořením.

Za standardních podmínek moření je povrchový oxid dokonale odstraněn, ale vrstva, ochuzená o chrom, nemusí být odstraněna úplně; úroveň chromu na povrchu oceli bývá o 1 – 2 % hm. nižší vzhledem k objemu, dokonce i po moření. Tato úroveň obsahu chromu na povrchu oceli po moření je uspokojivá z hlediska zachování dostatečné odolnosti ke korozi ve většině aplikací, ale může se negativně projevit v kombinaci s mechanickým poškozením povrchu.

Celý nezkrácený článek včetně všech tabulek, grafů a obrázků si můžete přečíst v časopise KONSTRUKCE v čísle 3/2005.

Autor

• Doc. Ing. Bystrianský Jaroslav CSc.