Študium koróznej odolnosti ocele KONOX 315S

• Foto

Ocele typu CORTEN sa uplatňujú najmä na stavbu mostov, stožiarov, priemyselných konštrukcií, ale aj v pozemnom staviteľstve. Najväčší počet diaľničných mostov z týchto materiálov bol postavený v USA, Kanade, Japonsku a sčasti aj v Európe, najmä v Nemecku. V ostatných rokoch je zreteľné zvýšenie podielu týchto ocelí v transportnej technike na nákladné železničné vozne a na unifikované prepravné kontajnery. Vysoký podiel aplikácie ocelí typu CORTEN je motivovaný predovšetkým ekonómiou prevádzky, ktorá nevyžaduje nákladnú údržbu povrchovej ochrany konštrukcií z nich postavených [1].

Korózne neodolné konštrukčné ocele vyžadujú v podmienkach atmosferickej korózie úpravu povrchu externým ochranným systémom s bariérovým mechanizmom mechanickým alebo elektrochemickým. Najčastejšie sú to ochranné povlaky kovové, anorganické, organické alebo kombinované. Obmedzená životnosť, lokálne redukovaná účinnosť ochrany, vysoké výrobné náklady a aj ich ekologická závadnosť sú nežiaduce sprievodné znaky mnohých používaných foriem externých systémov na ochranu ocele. Na oceliach typu CORTEN sa v priebehu koróznej expozície vytvára samostatný interný ochranný systém na báze koróznych splodín špecifických vlastností, intenzívne brzdiacich korózny proces.

Účinnosť tohto ochranného systému súvisí s použitými legúrami ocele. Sú to Cu, P, Cr, Ni, Mo, V, Nb a Ti; uvedené poradie zohľadňuje aj mieru ich účinnosti. Obsahy legúr v sústave komplexného legovania zohľadňujú aj rôzne typy atmosfér a určujú stupeň pokrytia povrchu splodinami a ich brzdiaci účinok na rýchlosť korózneho napadnutia. Väčšina vzťahov medzi obsahom legúr a rýchlosťou  atmosferickej korózie pre aplikáciu týchto ocelí v typických atmosférach bola matematicky spracovaná [1].

S cieľom zistenia elektrochemických charakteristík ocele KONOX 315S a ich zmien v priebehu dlhodobej expozície ocele boli realizované skúšky vzoriek v atmosfére. Predložený príspevok zhŕňa výsledky elektrochemického štúdia vzoriek pred koróznou expozíciou a po 10 ročnej koróznej skúške v ovzduší mesta Košice.

EXPERIMENTY A ICH VÝSLEDKY
Chemické zloženie ocele KONOX 315S podľa výsledkov analýzy je spolu so zložením podľa STN uvedené v tab. 1. Vzorky boli exponované v dodanom stave s technologickou vrstvou okovín na povrchu plechu. Homopolárne substancie boli odstránené metylalkoholom. Korózna skúška vzoriek v atmosfére sa realizovala v období rokov 1998–2007 na atmosferickej skúšobnej stanici v areáli TU v Košiciach. Priemerné charakteristiky skúšobnej atmosféry podľa údajov, zverejnených Slovenským hydrometeorológickým ústavom (SHMÚ), sú uvedené na obr. 1.

Zmeny hmotnosti exponovaných vzoriek sa zisťovali gravimetricky, po odstránení koróznych splodín zo vzoriek podľa postupu STN ISO 8407. V tab. 2 sú úbytky hmotnosti vzoriek po 1 a 10 rokoch expozičnej skúšky a z nich prepočítané priemerné jednostranné úbytky ich hrúbky v μm. Stanovená korózna rýchlosť za prvý rok expozície je cca 6× väčšia, ako priemerná rýchlosť korózie vzoriek za celé 10-ročné sledované obdobie. Dokumentuje ochrannú funkci koróznych splodín, vzniknutých na povrchu ocele počas expozície v atmosfére.

Pre stanovenie základných elektrochemických charakteristík boli zvolené 3 elektrolyty, ktoré modelovali rôzne znečistenú atmosféru, konkrétne destilovaná voda, 1 % Na₂SO₄ a 3 % NaCl. Vzorky boli skúšané s troma rôznymi stavmi povrchu a označené takto:

A – povrch s technologickou vrstvou okovín, bez expozície v ovzduší
B – vzorka po 10 ročnej expozícii v ovzduší
C – vzorka po 10 ročnej expozícii v ovzduší, korózne splodiny odstránené podľa STN 8407

Voľné potenciály vzoriek voči nasýtenej kalomelovej elektróde boli merané vždy po 1 h expozícii vzorky v príslušnom elektrolyte. Namerané hodnoty sú v tab. 3.

Vďaka špecifickému zloženiu koróznych splodín na vzorke B sa ich korózny potenciál vo všetkých aplikovaných elektrolytoch zvýšil. Naopak po odstránení ochrannej koróznej vrstvy, vzorka C, sa namerali korózne potenciály zápornejšie ako na vzorke A. Topografická analýza potenciálov vzoriek B bola realizovaná na obidvoch stranách vzoriek v destilovanej vode, doba ustaľovania meranej hodnoty bola vždy 15 min. Namerané potenciály na strane vzorky pri expozícii privrátenej k Slnku PS boli v rozmedzí –182 až –109 mV, na strane od Slnka odvrátenej OS boli v rozmedzí –295 až –185 mV. Získané výsledky signalizujú čiastočnú heterogenitu ochranných vlastností koróznych splodín, pričom potenciály povrchu OS sú obecne zápornejšie ako potenciály, zistené na PS vzorky [3].

Namerané potenciodynamické polarizačné krivky vzoriek A, B a C, boli vyhodnotené Tafelovou a Sternovou metódou. Priebeh závislostí, stanovených na vzorke B je na obr. 2 a na vzorke C na obr. 3. Korózne potenciály E_kor, korózne prúdové toky J_kor, polarizačné odpory R_p a z nich vypočítané okamžité rýchlosti korózie K sú zhrnuté v tab. 4. Grafické porovnanie nameraných okamžitých rýchlostí korózie vzoriek A, B, C v použitých elektrolytoch je na obr. 4.

Porovnaním polarizačných kriviek na obr. 2 a 3, konštatujeme, že korodovaná vzorka B má vo všetkých aplikovaných elektrolytoch vyššie korózne potenciály ako vzorka C. V anódovej časti nameraných závislostí je u vzorky B vždy menší korózny prúdový tok, ako u vzorky C; ktorá tiež na rozdiel od B vykazuje iba aktívny korózny stav. Stanovené elektrochemické charakteristiky, tab. 4, dokumentujú priaznivý vplyv koróznych splodín na povrchu ocele KONOX 315S na ich koróznu degradáciu. Najmä v prostredí 1 % Na₂SO₄ a 3 % NaCl potvrdzujú ochrannú funkciu koróznych vrstiev špecifického zloženia [4], vzniknutých v priebehu dlhodobej aplikácie ocele v ovzduší. Čiastočná ochranná funkcia v agresívnejších elektrolytoch bola zistená aj na technologickej vrstve okovín na vzorke A.

ZÁVER
S cieľom štúdia koróznej odolnosti ocele KONOX 315S v atmosfére boli realizované expozičné skúšky vzoriek v ovzduší mesta Košice. Korózne straty hmotnosti boli stanovené gravimetrickou analýzou vzoriek po odstupňovaných dobách koróznej skúšky [3]. Účinnosť ochranného systému koróznych splodín, vzniknutých počas 10 ročnej expozície bola potvrdená meraniami elektrochemických  charakteristík vzoriek v modelových podmienkach.

Na vzorkách s koróznou vrstvou – patinou bol voči vzorkám bez expozície kvantifikovaný posun koróznych potenciálov ku kladnejším hodnotám vo všetkých troch aplikovaných elektrolytoch; intenzita tejto zmeny je výraznejšia v menej agresívnych skúšobných elektrolytoch. Priaznivejšie hodnoty E_kor, J_kor, R_p a K boli zistené tiež vyhodnotením polarizačných potenciodynamických kriviek pre vzorky exponované v porovnaní so vzorkami pred koróznou skúškou a najmä v porovnaní so vzorkami po chemickom odstránení ochranných vrstiev – patiny z ocele.

Získané výsledky meraní sú dôkazom dobrých ochranných vlastností koróznych splodín skúmanej ocele KONOX 315S. Sú potvrdením účinnosti ochrany ocele a prispievajú k poznaniu spoľahlivosti a dlhodobej životnosti konštrukcií, vyrobených z ocelí typu CORTEN a aplikovaných pri zachovaní limitujúcich faktorov ich atmosferickej korózie.

LITERATÚRA:
[1] Ševčíková, J.: Korózne vlastnosti nízkolegovaných ocelí so zvýše - nou odolnosťou voči atmosferickej korózii, [Habilitačná práca], HF TU Košice, 1977
[2] Kocich, J., Ševčíková, J.: Základné problémy aplikácie ocelí typu CORTEN, In Metal 99, Ostrava, 1999, s. 1
[3] Móroczová, S.: Korózne vlastnosti ocele KONOX 315S, [Diplomová práca], HF TU, Košice, 2008
[4] Ševčíková, J., Vojtko, M.: Ochranné vlastností patiny ocelí KONOX, In AKI 2008, Harrachov – Rýžoviště, s. 1–5

Studies of corrosion resistance of steel KONOX 315S
In the conditions of atmospheric corrosion, the corrosion nonresistant construction steels require surface finishing using extreme protection system with barrier mechanism being mechanic or electro-chemical. Most frequent surface coatings are metal, anorganic, organic or combined. On steel type CORTEN, during corrosion exposure, a separate internal protection system on the basis of corrosion waste product of specific features is produced, intensively inhibiting the corrosion process. With the aim to detect electro-chemical features of steel KONOX 315S and their changes during the long-term steel exposure, the tests of samples in atmosphere were performed. The article summarizes the results of electro-chemical study of samples prior to corrosion exposure and after a 10-year corrosion test in the atmosphere of the city of Košice.

Autoři

• Mgr. Halama Maroš Ph.D.
• Ing. Móroczová Silvia
• Doc. Ing. Ševčíková Jarmila