Автор: Н.В. Бьюс, компания Van Leeuwen Stainless, Нидерланды
Существует много заблуждений по поводу коррозийного поведения нержавеющей стали в морской воде, а также ее использования для строительства на побережье. Обычно сталь марки AISI 316 считается подходящей для использования в морской среде, но этот вопрос остается открытым, поскольку очень часто при этом возникают проблемы. Временами оказывается, что нержавеющая сталь AISI 316, которую погрузили в холодную, насыщенную воздухом морскую воду, действительно хорошо работает, но претерпевает от средней до сильной степени коррозии при использовании на побережье.
Последнее, обычно, вызвано, так называемыми, «аэрозолями», которые представляют собой капельки морской воды, переносимые с моря ветром. Во время своего пути по воздуху эти капли немного испаряются, при этом концентрация соли в них возрастает, придавая им разрушающие свойства. Когда происходит коррозия, появившаяся ржавчина может быть устранена с использованием эффективной технологии, известной в настоящее время под названием бластинг сухим льдом.
Нержавеющая сталь иногда страдает от сильной коррозии во внешней среде. Тем не менее, как правило, ее уровень производительности оценивается в пределах хорошо-отлично. Последнее является справедливым при использовании стали AISI 316; особенно на суше. Проблемы в основном возникают на побережье, рядом с железными дорогами, и иногда местами выброса едких газов, например, заводами и транспортными средствами. Другим важным фактором является состояние поверхности материала; чем ровнее поверхность, тем выше устойчивость материала к коррозии. Это также является причиной, почему нержавеющая сталь разрушается коррозией сравнительно быстро в морской среде, а полированные поверхности остаются в хорошем состоянии.
Рис.1 Стержень из нержавеющей стали AISI 316, с коррозией по всей длине кроме крышки.
На рис.1 изображен пример этого – стержень столба страдает от коррозии, а полированная крышка остается безупречной. Этот столб находится на побережье.
Степень устойчивости нержавеющей стали к коррозии частично зависит от размера используемого шлифовального зерна. Чем мельче зерно, тем выше устойчивость к коррозии. Недостатком шлифовки по сравнению с кислотной очисткой является то, что после шлифовки небольшие участки поверхности остаются менее устойчивыми к коррозии; затем они становятся местами проникновения для местных очагов коррозии. Если используется слишком грубое шлифовальное зерно, в канавках может скапливаться грязь, которая также может спровоцировать коррозию; это особенно справедливо в морской воде и среде, содержащей хлор.
Причиной этого служит то, что ионы хлора могут проникать гораздо глубже под грязь, чем более объемные молекулы кислорода. Это явление также известно как «глубинная коррозия». Хороший пример этого явления можно увидеть на пассажирских судах с перилами из полированной нержавеющей стали AISI 316. После того, как выяснилось, что отражение солнечных лучей причиняет неудобство пассажирам, было решено заменить эти перила трубками K320 из нержавеющей стали AISI 316. Спустя три месяца, на трубках перил начали появляться пятна ржавчины, и сотрудники транспортной компании подумали, что по ошибке вместо стали AISI 316 была поставлена сталь AISI 304. Но после расследования выяснилось, что это не так; это явление стало следствием состояния поверхности трубок. Не оставалось никакого иного выбора, кроме как использовать губки с раствором для удаления ржавчины. При этом недостаток этого метода состоит в том, что эту процедуру приходится проводить регулярно при том, что трубки вообще не требуют технического обслуживания.
Способы очистки
Для опытных потребителей появление ржавчины на поверхности нержавеющей стали не является сюрпризом; однако, удалить ее очень трудно и часто это наносит вред окружающей среде. Последнее, несомненно, наступает в случае применения специальных чистящих кислот, которые, будучи очень эффективными, повредят поверхность при длительном времени воздействия, вызвав ускоренное развитие ржавчины. Тем не менее, тщательная промывка необходима, и стоит позаботиться о том, чтобы защитить окружающую среду, не говоря уже о снижении риска для здоровья. Лучшим вариантом является использование чистящих и промывочных средств с должной степенью осторожности.
Рис.2 Ветряной барьер, изготовленный из стали марки 316L
Рис.3 Спустя месяц, поверхностная ржавчина уже заметна, особенно в местах сварных швов
Существует риск нанесения глубоких царапин на объект, повредив его внешний вид. Другим недостатком является то, что эти методы очень трудоемкие и требуют постоянного регулярного повторения. К тому же, следует учитывать некоторые требования в отношении используемых промывочных средств, чтобы избежать возможных проблем, как описано выше. Следовательно, важно следить за инновационными средствами и способами удаления загрязнений. Одним из таких способов, который стоит упомянуть, является бластинг (очищение распылением) сухим льдом.
Бластинг сухим льдом
Бластинг сухим льдом, также известный как низкотемпературное распыление, является очистительным процессом, при котором замороженный диоксид углерода (CO2), или сухой лед, сублимируется под высоким давлением на загрязненной или слегка проржавевшей поверхности. Пушка высокого давления используется для распыления льда, температурой -79°С, на загрязненную поверхность нержавеющей стали, которая, по сравнению со льдом, является теплой. Эта разница температур провоцирует «термический шок», который значительно разрушает любое загрязнение и поверхностную ржавчину, при этом сухой лед мгновенно испаряется.
Рис.4 Ржавые пятна, указывающие на недостатки конструкции
Сухой лед очень быстро превращается в газ СО2 и увеличивается в объеме примерно в 700 раз. Это представляет собой своего рода взрыв на поверхности, который тщательно удаляет все загрязнения. Поскольку диоксид углерода не имеет жидкой стадии, влага не образуется, что объясняет термин «сухой лед». Существенным преимуществом является то, что после чистки не остается влажного осадка, что делает этот метод простым и удобным.
Более того, поскольку диоксид углерода образуется при производстве промышленных газов, СО2 возвращается в атмосферу, делая бластинг сухим льдом безвредным процессом для окружающей среды. Далее перечислены основные характеристики данного метода:
- Быстрый сухой процесс;
- Без добавления химикатов;
- Нетоксичный, следовательно, безвредный для пользователей и окружающей среды;
- Безотходный;
- Не требует разборки оборудования перед чисткой, обеспечивая более высокую производительность;
- Не создает эффекта скобления, не повреждает поверхности;
- Экономически выгодный.
Единственным затруднением является необходимость в специальном оборудовании. Чтобы избежать дополнительных капиталовложений, следует доверить это дело специализированным компаниям.
Рис.5
Чистка сухим льдом происходит в три этапа:
1. Механический: гранулы сухого льда выдуваются струей воздуха и ударяют по загрязнениям на высокой скорости, удаляя большую их часть;
2. Термический: низкая температура сухого льда делает удаляемый материал более хрупким, способствуя его удалению (термический шок);
3. Сублимация: быстрое превращение твердого сухого льда в газ провоцирует взрыв на поверхности, удаляющий остатки загрязнения и ржавчины.
Практическое исследование
Интересным примером является ветрозащитный барьер из нержавеющей стали площадью 400 м2, расположенный на бульваре, идущем вдоль побережья (см. рис.2).
Рис.6 Больше нет ржавчины между пластинами и трубками
Спустя месяц после установки, на этом барьере из стали марки 316L уже присутствовали следы коррозии (рис.3 и 4).
Причиной этого действительно было агрессивное воздействие аэрозолей.
Развитие коррозии также ускорялось из-за состояния поверхности материала и неправильной фиксации перфорированных пластин к трубкам, которое привело к скоплению влаги (рис. 3). Несмотря на то, что может показаться, что материал был выбран неправильно, если бы поверхность была отшлифована и не имела повреждений, сталь марки 316L, в принципе, справилась бы с задачей успешно. Еще одним важным фактором является то, что сварка была проведена с промежутками. Более того, сварные швы получились неравномерными и неровными в результате применения сварки плавящимся электродом в среде инертного газа, который более предпочтителен, чем сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, при присоединении перфорированных пластин.
Также было бы лучше проделать щели в тех местах, где не требовалась сварка, чтобы предотвратить скопление влаги, которое произошло в данном случае. Перфорации часто имеют острые края, которые образуются при проделывании отверстий; с точки зрения устойчивости к коррозии это весьма неблагоприятно. Было бы предпочтительнее, чтобы отверстия вырезались при помощи лазера. Это еще раз демонстрирует важность коммуникации между металлургами, конструкторами и производителем объекта. В данном случае обмен информацией между ними был недостаточным, последствия чего проявили бы себя рано или поздно. А можно было бы избежать стольких проблем.
Фактически, бластинг нержавеющей стали до сих пор является неизученным вопросом, но первые результаты вдохновляют на дальнейшую его разработку. Ржавчина должна быть поверхностной, иначе от коррозии останутся царапины, которые будут выглядеть так, как будто в процессе чистки были удалены не все загрязнения. Данный метод, прежде всего, предназначен для борьбы с поверхностной ржавчиной, которая не пробыла на поверхности достаточно долго, чтобы вызвать дальнейшее развитие коррозии. В случае ветряного барьера трещины были устранены. Бластинг сухим льдом, таким образом, может в будущем сыграть важную роль в деле очистки нержавеющей стали.
Обработка после чистки
Несмотря на тщательную очистку бластингом сухим льдом, на поверхности остаются слабые места, которые могут снова быстро коррозировать в будущем. После бластинга сухим льдом рекомендуется обработать поверхность, чтобы предотвратить повторное образование ржавчины. Это особенно важно в морской среде. Для этих целей были разработаны хорошие специальные покрытия, которые не имеют цвета, обеспечивая сохранение внешнего вида нержавеющей стали.
Эти покрытия в основном изготовлены на базе лигроина и из чрезвычайно сложно удалить, даже используя горячую воду и растворитель. Это их свойство обеспечивает долгосрочную защиту. Защитное покрытие было нанесено на упомянутый выше ветряной барьер после того, как он был очищен бластингом сухого льда, но как вы можете судить из рис.5 и 6, это покрытие совершенно невидимо. Его легко наносить при помощи распылителя, и его защитные свойства вступают в действие, как только покрытие застынет. Однако, остается вопрос обеспечивает ли этот технический воск достаточную защиту в щелях между перфорированными пластинами и трубками. Если есть сомнения, лучше использовать на этих участках прозрачный бесцветный герметик.
Об авторе
Ко Бьюс - признанный специалист в области металлургии и коррозии нержавеющей стали и других металлов специального назначения. Он работает в компании Van Leeuwen Stainless. К тому же, г-н Бьюс читает лекции в различных организациях, таких как, ассоциации по изучению и применению стали, технические колледжи и центры инновационных разработок.
Он опубликовал около 100 научных работ в ряде технических журналов. В тесном сотрудничестве с компанией Barsukoff Software г-н Бьюс разработал компьютерную программу Corrosion Wizard 2.0.
Заключение
В принципе, бластинг сухим льдом дает возможность восстанавливать загрязненные поверхности нержавеющей стали до очень хорошего состояния, при условии, что затем поверхность обрабатывается прозрачным бесцветным адгезивным покрытием, обращая особое внимание на слабые места. Еще одним предварительным условием является то, что коррозия еще не успела нанести слишком глубоких повреждений нержавеющей стали, поскольку от них останется очень много царапин. Бластинг сухим льдом – сравнительно дешевая процедура по сравнению с химической обработкой, которая также несет риск повреждения из-за остатков кислоты и высокую вероятность появления новых признаков коррозии.
В целом можно утверждать, что бластинг сухим льдом будет играть важную роль в очищении нержавеющей стали в будущем.
Предоставлено ГК АЙСВЕНТК
