ładowanie zawartości
EN

Stal nierdzewna do stosowania w Morzu Czerwonym

01-02-2008

Jaka stal nierdzewna jest w stanie wytrzymać zasolenie Morza Czerwonego nie ulegając przy tym korozji?

Morze Czerwone jest jednym z najcieplejszych i najbardziej słonych mórz świata, temperatura wód powierzchniowych w lecie waha się od około 25 do 32°C, a w zimie od 18 do 27°C. Zasolenie Morza Czerwonego wynosi od 37 do 42‰ (promile), a zasolenie wód przydennych może wynosić do 280‰ przy temp. do 62°C w pobliżu wypływu gorących źródeł solankowych. Zasolenie wody morskiej - to ogólna ilość soli w gramach, w dm3 wody, wyrażona w ‰; przeciętne zasolenie wody morskiej (Oceanu Światowego) wynosi 35‰; w pobliżu równika 34,5‰ (zasilanie z deszczy zenitalnych), w strefie pasatów wzrasta do 38‰ (wysoka temperatura powietrza, duże parowanie, małe opady atmosferyczne), na obszarach podbiegunowych obniża się do 30‰ (małe parowanie, topnienie lodów pochodzenia lądowego); w morzach od 3‰ (tzw. morza słonawe) do ponad 40‰ (M. Czerwone 42‰). Poniżej dla porównania podano stężenie soli w wybranych morzach i oceanach [1,2]:
–    Ocean Atlantycki: 3,54%
–    Ocean Indyjski: 3,48%
–    Ocean Pacyficzny: 3,45%
–    Morze Bałtyckie: 0,8%
–    Morze północne: 3,2-3,5%
–    Morze Śródziemne: 3,74%
–    Morze Czarne: 1,7 - 1,8%
–    Zatoka Perska: 4%
–    Morze Czerwone: 4%
–    Morze Kaspijskie: 1,3%
–    Morze Martwe: 27%
Stale nierdzewne przeznaczone do pracy w warunkach silnie zasolonej wody morskiej muszą charakteryzować się podwyższoną odpornością na oddziaływanie chlorków. Stężenie jonów chlorków w wodzie morskiej przekracza 4000mg/litr, podczas gdy w wodzie słodkiej – pitnej maksymalnie dopuszcza się 600 mg/litr – Izrael [3]. W przypadku zastosowania stali nierdzewnej do kontaktu z wodą pitną można posłużyć się poniższą tablicą (tab. 1), w której scharakteryzowano wybrane gatunki stali nierdzewnych w zależności od stężenia jonów chlorkowych w wodzie pitnej. W przypadku wody gorącej lub bardziej konserwatywnych wymagań konstrukcyjnych, stosować wartość 50 ppm dla gatunku 304 i 250 ppm dla gatunku 316 [4].

Przewidując zastosowanie stali nierdzewnych do pracy w tak agresywnym chemicznie środowisku należy uwzględniać możliwość wystąpienia korozji wżerowej i szczelinowej. W celu określenia odporności na korozję wżerową omawianych stali wprowadzono pojęcie równoważnika PRE (Pitting Resistence Equivalent): PREN = %Cr+3,3%Mo+16%N. W stalach z dodatkiem wolframu równoważnik PRE wyznaczany jest następująco: PREW = %Cr + 3,3(%Mo + 0,5%W) +16%N. Stopy o równoważniku PRE przekraczającym 40 zaliczane są do grupy stali szczególnie odpornych na korozję wżerową i stosuje się je w bardzo agresywnych środowiskach, np. w wodzie morskiej, w środowisku rozcieńczonego kwasu solnego i siarkowego. Generalnie do zastosowań w wodzie morskiej zaleca się stale o równoważniku PRE większym od 37.

Tablica 1. Zastosowanie wybranych gatunków stali odpornych na korozję w zależności od poziomu chlorków w wodzie.

Stężenie chlorków

(ppm=10-6; ‰=10-3) ppm=mg/l

Preferowane gatunki stali (Numer stali wg PN-EN 10088)

<200 ppm

304 (1.4307), 316 (1.4404)

200 - 1000 ppm

316, duplex 2205 (1.4462)

1000 - 3600 ppm

duplex 2205, 6% Mo super-austenityczne (1.4547, 1.4539, 1.4529, 1.4565 ),
superduplex ( 1.4410/1.4501)

>3600 ppm
 i woda morska

6% Mo super-austenityczne (1.4547, 1.4539, 1.4529, 1.4565 ),
superduplex( 1.4410/1.4501)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Innym sposobem oceny podatności stali na ten typ korozji jest wyznaczenie krytycznej temperatury powstawania wżerów CTP (Critical Pitting Temperature) określającej minimalną temperaturę, w której wystąpi korozja wżerowa podczas próby w roztworze FeCl3 przy zmiennej temperaturze badania [5]. Przy doborze danego gatunku stali do pracy w środowisku wody morskiej może być pomocna zależność określająca występowanie korozji szczelinowej w zależności od temperatury i stężenia jonów chlorków w wodzie (rys. 1). Ponadto istotnym parametrem danego gatunku stali w środowisku wodnym zawierającym jony Cl jest krytyczna temperatura korozji wżerowej (CCCT) określająca najniższą temperaturę, przy której obserwuje się rozwój wżerów na powierzchni stali (tab. 2). Wyznaczanie temperatury krytycznej korozji wżerowej oparte jest na metodzie opisanej w normie ASTM G48-78.

 

Rys. 1. Skłonność do korozji szczelinowej w funkcji temperatury i koncentracji jonów Cl- wybranych stali odpornych na korozje o strukturze austenitycznej [6].

 

 

Tablica 2. Maksymalne stężenie chlorków dla wybranych gatunków stali odpornych na korozję

Oznaczenie stali (AISI)

PN-EN10088

PREN

CCCT Max

Stężenie chlorków

439

1.4510/X3CrTi17

18

< -2°C

100

304L

1.4307/X2CrNi18-9

19

< -2°C

100

316L

1.4404/X2CrNiMo17-12-2

24

< -2°C

500

317L

1.4438/X2CrNiMo18-15-4

28

2°C

1000

317LN

1.4434/X2CrNiMoN18-12-4

32

16°C

2500

317LMN

1.4439/X2CrNiMoN17-13-5

33

20°C

5000

2205

1.4462/X2CrNiMoN22-5-3

34

24°C

7500

AL-6XN®

UNS - N08367

45

45°C

18000

SEA-CURE®

UNS - S44660

46

52°C

20000+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Literatura

  1. DWC - DecRen Water Consult, Technologies for desalination of sea or brakish water, http://www.dwc-water.com/
  2. Internetowa encyklopedia PWN, http://encyklopedia.pwn.pl
  3. Central Bureau of Statistics, The State of Israel, Statistical Abstract of Israel 2007, Geophysical characteristics, s. 23-26, http://www.cbs.gov.il
  4. Cutler P., Moulinier F., Materiały z Seminarium zorganizowane przez PUDS nt. Instalacje wodne – zastosowanie stali nierdzewnej, Nickiel Institute, ID Inox, Warszawa, Styczeń 2007
  5. Malik A.U., Siddiqi N.A., Ahmad S., Andijani N., The effect of dominant alloy additions on the corrosion behavior of some conventional and high alloy stainless steels in seawater, Corrosion Science, Vol.10 (1995) 1521.
  6. Kovach C.W., High performance stainless steels, Technical Marketing Resources, Inc., Pittsburgh, Nickel Development Institute Reference Book Series number 11021, Toronto, Kanada (2000).