Stale nierdzewne należą do kluczowych materiałów inżynierskich stosowanych w środowiskach korozyjnych, gdzie wymagana jest trwałość, czystość i niezawodność. Ich odporność korozyjna wynika z obecności pasywnej warstwy tlenków chromu, która spontanicznie tworzy się na powierzchni w obecności tlenu. W rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych warstwa ta może jednak ulec lokalnemu uszkodzeniu pod wpływem jonów chlorkowych, naprężeń, temperatury lub błędów technologicznych. Takie zjawiska prowadzą do rozwoju korozji wżerowej, szczelinowej lub międzykrystalicznej. Dlatego, aby zapewnić bezpieczeństwo i trwałość elementów ze stali nierdzewnych, kluczowe jest stosowanie standaryzowanych metod badawczych, które pozwalają precyzyjnie określić stabilność pasywacji, podatność na uszkodzenia lokalne oraz jakość powierzchni po obróbce. W praktyce przemysłowej najczęściej łączy się metody chemiczne i elektrochemiczne, co umożliwia pełną analizę zachowania materiału w warunkach eksploatacyjnych.
W praktyce inżynierskiej nie istnieje jedna uniwersalna metoda oceny odporności korozyjnej stali nierdzewnych, ponieważ każda z nich odpowiada na inne zagadnienie technologiczne. Poniżej zestawienie metod badawczych opisanych w normach, dedykowanych do oceny odporności korozyjnej stali nierdzewnych.
Tablica. Metody badań korozyjnych stali nierdzewnych
| Metoda / norma | Zasada działania | Mierzony parametr / efekt | Typ korozji / zastosowanie | Zalety | Ograniczenia / wady |
| ASTM G48 (A–F) / EN ISO 18069 | Zanurzenie próbki w 6% FeCl₃, 22–50 °C | Ubytek masy, głębokość wżerów, temperatura krytyczna CCT | Korozja wżerowa i szczelinowa | Prosty, porównywalny, szybki (24 h) | Destrukcyjny, zależny od wykończenia powierzchni, mała precyzja ilościowa |
| ASTM G61 – test potencjokinetyczny | Polaryzacja elektrochemiczna, pomiar E–log(i) | E_corr, E_pit, E_rep | Odporność na inicjację wżerów | Ilościowy, szybki, ocena jakości powierzchni i spoin | Wymaga czystego środowiska i aparatury |
| ASTM G150 / EN ISO 17864 elektrochemiczna CPT | Podgrzewanie próbki w 1M NaCl przy stałym potencjale | Temperatura krytyczna wżerów (CPT) | Odporność lokalna (pitting) | Bardzo powtarzalna, ilościowa, bez oceny wizualnej | Wrażliwa na skład elektrolitu |
| ASTM G192 / ISO 18069 – elektrochemiczna CCT / CCCT | Pomiar przy obecności szczeliny (PTFE, PVDF) | Temperatura inicjacji korozji szczelinowej | Korozja szczelinowa | Realistyczna ocena warunków eksploatacyjnych | Złożony montaż próbki, duża zmienność wyników |
| ASTM A262 / EN ISO 3651 – test uczuleniowy | Trawienie w roztworach kwasowych, obserwacja mikroskopowa | Atak wzdłuż granic ziaren | Korozja międzykrystaliczna | Prosty i skuteczny dla austenitów | Nie dotyczy stali duplex i ferrytycznych |
| ASTM A967 / A380 / EN ISO 16048– test ferroksylowy | Reakcja barwna żelaza z zelazicyjankiem potasu | Obecność cząstek Fe | Kontrola czystości i pasywacji | Szybki, tani, wizualny | Jakościowy, brak pomiaru ilościowego |
Testy chemiczne (np. ASTM G48) umożliwiają szybkie określenie podatności na korozję wżerową i szczelinową w środowiskach chlorkowych, a ich wyniki pozwalają na porównanie odporności różnych gatunków stali, w tym duplex i superaustenitycznych.
Badania elektrochemiczne (ASTM G61, G150) pozwalają na ilościową ocenę stabilności warstwy pasywnej, określenie potencjału przebicia (E_pit), potencjału repasywacji (E_rep) czy temperatury krytycznej (CPT). Metody te są szczególnie przydatne w analizie jakości spoin, ocenie skuteczności pasywacji powierzchni oraz porównywaniu materiałów o różnym wskaźniku PREN.
Testy uczuleniowe (ASTM A262, EN ISO 3651) służą do oceny podatności na korozję międzykrystaliczną stali austenitycznych, które w wyniku nieprawidłowej obróbki cieplnej lub spawania mogą ulec sensytyzacji -uwrażliwieniu na korozję międzykrystaliczną wynikającą z wydzielania węglików chromu wzdłuż granic ziaren. Wymienione testy są niezbędne przy kontroli jakości stali austenitycznych takich jak: AISI 304 / 1.4301, AISI 304L / 1.4307, AISI 316 / 1.4401, AISI 316L / 1.4404 oraz stali stabilizowanych tytanem lub niobem, np.: AISI 321 / 1.4541, AISI 347 / 1.4550. Dla stali duplex (dwufazowych) – takich jak: UNS S32205 / EN 1.4462 (2205), UNS S32750 / EN 1.4410 (2507), LDX 2101 / EN 1.4162, testy ASTM A262 i EN ISO 3651 nie są odpowiednie. Powodem jest inny mechanizm degradacji i odmienna mikrostruktura dwufazowa, co oznacza, że nie występuje typowe uwrażliwienie na korozję międzykrystaliczną przez wydzielanie węglików chromu na granicach ziaren, a kluczowym problemem jest wydzielanie faz wtórnych (np. fazy sigma, azotków) podczas długotrwałego wygrzewania w temperaturze 600–950°C. Dla stali duplex zaleca się inne procedury diagnostyczne wykrywania faz wtórnych opisane w normach ASTM A923 lub EN ISO 17781.
Test ferroksylowy (ASTM A967, A380) pełni natomiast funkcję kontrolną – wykrywa zanieczyszczenia żelazem, które mogły zostać wprowadzone podczas obróbki mechanicznej, szlifowania lub kontaktu z narzędziami z węglowej stali. To prosta i szybka metoda, szczególnie przydatna po pasywacji i czyszczeniu elementów konstrukcyjnych.
Powyższe normy stanowią kompletny zestaw standardów międzynarodowych ASTM, ISO, EN, stosowanych w ocenie odporności korozyjnej stali nierdzewnych. Ich dobór zależy od typu stopu (austenityczny, duplex, ferrytyczny) oraz rodzaju spodziewanej korozji (wżerowa, szczelinowa, międzykrystaliczna, fazowa). Dobór właściwej metody badania odporności korozyjnej stali nierdzewnych powinien wynikać z charakteru środowiska eksploatacyjnego, rodzaju występujących zagrożeń korozyjnych oraz etapu cyklu produkcyjnego, na którym materiał jest oceniany. Inne metody stosuje się w kontroli dostaw i ocenie partii materiału hutniczego, inne w badaniach po spawaniu, obróbce cieplnej lub podczas analizy awarii eksploatacyjnych.
W środowiskach zawierających chlorki lub kwaśne kondensaty najważniejsze znaczenie mają testy określające odporność na korozję wżerową i szczelinową (np. ASTM G48, G150), natomiast dla elementów narażonych na długotrwałe działanie podwyższonej temperatury – badania odporności na korozję międzykrystaliczną (ASTM A262, EN ISO 3651). W przypadku stali duplex i superaustenitycznych coraz częściej wykorzystuje się testy elektrochemiczne oraz procedury metalograficzne (A923, ISO 17781), które pozwalają na ocenę mikrostrukturalnej stabilności i występowania faz wtórnych.
Połączenie kilku technik – chemicznych, elektrochemicznych, wizualnych i metalograficznych – umożliwia uzyskanie pełnego obrazu zachowania stali w rzeczywistych warunkach pracy. Takie podejście pozwala nie tylko na prawidłową ocenę odporności materiału, ale również na weryfikację skuteczności procesów obróbki, czyszczenia, pasywacji oraz spawania, które decydują o końcowej jakości wyrobu.
Literatura
- ASTM G48: Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution.
(Metoda A–F: testy odporności na korozję wżerową i szczelinową w roztworze FeCl₃).
EN ISO 17864:2016: Corrosion of metals and alloys – Determination of critical pitting temperature (CPT) for stainless steels.
(Europejski odpowiednik elektrochemicznego testu ASTM G150 – badanie odporności na korozję wżerową).
- ASTM G61: Standard Test Method for Conducting Cyclic Potentiodynamic Polarization Measurements for Localized Corrosion Susceptibility of Iron-, Nickel-, or Cobalt-Based Alloys.
(Metoda potencjokinetyczna – krzywe E–log(i), wyznaczanie potencjałów E_corr, E_pit, E_rep).
- ASTM G150: Standard Test Method for Electrochemical Critical Pitting Temperature Testing of Stainless Steels.
(Pomiar elektrochemiczny temperatury krytycznej wżerowej – CPT).
- ASTM G192: Standard Test Method for Determining the Critical Crevice Temperature (CCT) of Stainless Steels under Potentiostatic Control.
(Określenie temperatury inicjacji korozji szczelinowej – CCCT).
- EN ISO 18069: Corrosion of metals and alloys – Method for determining critical crevice temperature (CCT) for stainless steels under potentiostatic control.
(Europejski odpowiednik ASTM G192).
- ASTM A262: Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels.
(Testy uczuleniowe: metody A–E – Huey, Strauss, oxalic acid, boiling acid tests).
- EN ISO 3651-2: Corrosion of metals and alloys – Determination of resistance to intergranular corrosion of stainless steels – Part 2: Ferritic, austenitic and ferritic-austenitic (duplex) stainless steels – Method by acidified copper sulfate or sulfuric acid.
(Odpowiednik europejski ASTM A262 – metody dla stali austenitycznych i ferrytycznych).
- ASTM A923: Standard Test Methods for Detecting Detrimental Intermetallic Phase in Duplex Stainless Steels.
(Trzy metody: test korozyjny, metalograficzny i udarnościowy – wykrywanie faz wtórnych).
- EN ISO 17781: Corrosion of metals and alloys – Method for evaluating the microstructural stability of duplex stainless steels.
(Norma europejska oceny stabilności mikrostrukturalnej stali dwufazowych).
- ASTM A967 / A967M: Standard Specification for Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel Parts.
(Opis testu ferroksylowego i procedury pasywacji chemicznej).
- ASTM A380: Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems.
(Wytyczne dotyczące czyszczenia i odtłuszczania przed testami korozyjnymi).
- EN ISO 16048:2016: Corrosion of metals and alloys – Method for detection of free iron on the surface of stainless steels.
(Europejski odpowiednik testu ferroksylowego – metoda wykrywania wolnego żelaza na powierzchni).
