Korozní odolnost korozivzdorných ocelí a slitin je závislá jak na jejich základním chemickém složení, tj. obsahu legujících prvků, tak i na stavu povrchu. Snížení korozní odolnosti povrchové vrstvy korozivzdorných materiálů se může negativně projevit již za poměrně mírných korozních podmínek (atmosféra, neutrální vodné roztoky atp.) výskytem povrchové nebo lokalizované koroze. K negativní změně povrchové kvality těchto materiálů, tj. korozní odolnosti, může dojít nevhodným ovlivněním chemického a fyzikálního stavu povrchu.
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.