Korózia ocelí - I. časť

Úvod do tejto problematiky bude o niečo dlhší, aj keď ho zjednoduším a zostručne, ako to len pôjde. Dôvod je v tom, že ktokoľvek, kto potrebuje tento problém riešiť, musí mať na pamäti všetko, čo tu bude uvedené, a to súčasne, ako jeden spojený a súvisiaci balík.

Predovšetkým si treba uvedomiť, že korózia ocelí nie je len fyzikálny a chemický proces, ale predovšetkým elektro-chemický proces. To slovíčko „elektro“ hrá v korózii zásadnú úlohu.

Železu (Fe) totiž v atóme „chýba“ 2 elektróny, takže si ich rado berie od celého radu „darcov“. Tými „darcami“ nemusí byť len kyslík (O ₂ ), ale jedná sa o mnoho ďalších prvkov. Alebo naopak železo samo môže poskytovať svoje elektróny inému prvku. Lenže ako dôjde k zaplneniu nejakej „diery“ v elektrónovom obale železa, alebo k jej zväčšeniu, tak táto „diera“ potom preskakuje po kovovej mriežke Fe ďalej. U ocelí je obvyklé, že doputuje zhruba 30 cm ďaleko od miesta svojho vzniku.

Lenže ocele, to nie je len železo, ale jedná sa o zmes desiatok prvkov. Niektoré sú legujúce, meniace fyzikálne a chemické vlastnosti ocelí žiadaným smerom, niektoré sú prítomné vďaka celému výrobnému procesu. A väčšina z nich má veľký vplyv na korózne vlastnosti ocelí. Veľa z nich totiž v kontakte so železom vytvára mikro galvanický článok, teda zárodok korózie.

Ale mikro galvanické články môžu vznikať aj ďalšími spôsobmi. Kontaktom s obrábacou kvapalinou, nečistotami v ovzduší, prítomnosťou určitých iónov v umývacích kvapalinách a pod.

Potom tu súčasne máme problém tvorby galvanických článkov. (Napríklad roxory čerstvo zaliate do betónu vytvárajú napätie 1,2-1,4 V.) Lenže tieto galvanické články vznikajú tiež, ak sa dostane do kontaktu jeden obrobený povrch s druhým (kontaktná, štrbinová korózia), alebo ak má výrobok nerovnomerne obrobený povrch (rôzna hrubosť na tom istom výrobku), obzvlášť v prípade, že prídu do kontaktu rôzne kovy, alebo rôzne šarže tej istej triedy ocele, ale tiež dôležitú úlohu zohráva celkový tvar výrobku.

A pretože sa jedná o elektro-chemický proces, tak korózne rýchlosti sú niekoľko násobne vyššie, pokiaľ prebiehajú v elektricky vodivom prostredí. V elektricky nevodivom prostredí môžu prebiehať tiež, ale rýchlosti v takýchto prípadoch bývajú nízke. Najbežnejšie elektricky vodivé prostredie vytvára voda. A to nielen vo svojej kvapalnej forme, ale aj v parách. Závislosť koróznej rýchlosti na relatívnej vlhkosti vzduchu uvádza nasledujúci graf.

Z tohto grafu je vidieť, že pokiaľ je relatívna vlhkosť vzduchu do 65%, tak sú korózne rýchlosti malé. Nad 65% však rýchlosti strmo stúpajú. Pri 100%, teda v kvapalnej vode, sú korózne rýchlosti najvyššie.

Lenže korózne rýchlosti sú tiež závislé od teploty. Exponenciálne rastú s vyššou teplotou.

Ale tiež sú závislé od toho, s akou chemickou zlúčeninou prídu do styku počas výrobného procesu. A s tým súvisí aj otázka pH. V kyslom prostredí sú korózne rýchlosti veľké a krivka sa začína lámať pri pH 7,5. Nad pH 8,5 sú relatívne malé.

Z vyššie uvedeného vyplýva celý rad dôležitých všeobecných praktických záverov. Ocele (s výnimkou nerezových) budú bez ošetrenia korodovať vždy. Ako rýchlo, a na aké korózne produkty, to závisí od mnohých faktorov.

Neexistuje obrábací postup, ktorý by dokázal koróziu odstrániť, alebo ju zastaviť. Žiadny z nich totiž nedokáže pracovať s elektrónmi. Takže, aj keď je povrch nádherne lesklý a bez viditeľnej korózie, tak elektro-chemické korózne procesy v materiáli pokračujú a je len otázkou času, kedy sa korózia objaví znova. Tiež je nutné mať na pamäti, že tá sa môže objaviť až 30 cm od miesta svojho vzniku. Zastaviť koróziu, alebo jej zabrániť, je možné len chemickými postupmi, do ktorých ako menšia skupina patria aj niektoré metalurgické.

Niektoré legujúce prísady, alebo prvky prítomné z výrobného procesu, korózne procesy urýchľujú. A tiež zohráva dôležitú úlohu ich množstvo. Aj keď sa jedná o rovnakú triedu ocele, a aj od rovnakého výrobcu, tak každá šarža tavby a spracovania bude mať trochu odlišné korózne správanie. Niekedy aj výrazne rozdielne.

Tvorbu mikro-galvanických článkov je možné obmedziť tým, že sa na oceľovom výrobku alebo surovine nebude usadzovať prach z ovzdušia. Ale tiež je potrebné venovať pozornosť procesným kvapalinám, ako sú obrábacie emulzie, oleje, kaliace kvapaliny, prostriedky na zváranie a pod. Tie sa časom zanesú mikro prachom z obrábania, ktorý vytvoria ióny. A filtre, ktoré by ich dokázali odstrániť, sa v kovopriemysle nepoužívajú. Preto je nevyhnutné čas od času danej kvapaliny vymeniť za čisté.

S tým súvisí aj otázka, že tieto kvapaliny obvykle reagujú so vzduchom. Veľakrát dochádza k tvorbe nových zlúčenín, ktoré niekedy iniciujú vznik korózie. Lenže tiež sa do nich dostáva mikrobiálna kontaminácia z okolitého prostredia. A mnoho mikroorganizmov produkuje metabolity, ktoré sú silne korozívne. Z toho vyplýva potreba nielen priebežne meniť procesné kvapaliny, a nájsť aj hranicu ich výdrže v procese, než začnú vznikať problémy, ale aj vyčistiť a dezinfikovať zariadenie pred tým, než sa do neho nadávkuje nová procesná kvapalina.

A ak sa v rovnakom výrobnom procese spracováva oceľ, a potom zliatiny medi, alebo hliníka, možno to nazvať pekným problémom. V takom prípade je spoľahnutie na to, že sa vytvárajú mikro galvanické články. A pretože chemických prostriedkov, ktoré by takéto kombinácie dokázali stabilizovať, sa vyrábajú málo a len pre niekoľko technologických operácií, je lepšie obrábať a upravovať ocele zvlášť od zliatin medi a zliatin hliníka.

Priemyselné pranie a odmasťovanie je „jedna veľká sranda“, ktorá si zaslúži samostatné pojednanie.

Ďalším dôležitým faktorom ovplyvňujúcim koróziu ocelí je kontakt výrobkov medzi sebou. Už tým, že sú napríklad plechy naskladané na seba počas skladovania, dochádza k tvorbe štrbinovej korózie. Alebo keď sú výrobky zabalené tak, že sa jeden dotýka druhého. Jedna spoločnosť chcela ušetriť na expedičných nákladoch, tak do expedičného balenia naskladala výrobky čo najtesnejšie k sebe a nestačila sa čudovať, ako im začali chodiť reklamácie. V takých prípadoch je nutné použiť nejaké dielektrikum, aby sa výrobky priamo nedotýkali, alebo vykonať nejakú vhodnú protikoróznu ochranu, než sa dostanú do kontaktu. Príklad kontaktnej korózie je ďalším obr.

 

 

Napodiv málokto vie, že na korózne správanie má veľký vplyv aj rôzne opracovaný povrch toho istého výrobku. Napríklad jedna spoločnosť vďaka vysokým obrábacím rýchlostiam vytvárala v jednom mieste na výrobku „zátrhy“, zatiaľ čo zvyšok obrobku bol hladký. Dané miesto im veľmi rýchlo skorodovalo, aj keď bol celý výrobok zakonzervovaný. Vhodným riešením je, aby celý výrobok mal pokiaľ možno rovnakú hrubosť povrchu, alebo je potrebné nájsť účinný konzervačný postup.

Tiež sa zabúda, že na vznik korózie a na jej rýchlosť, má vplyv už samotný tvar výrobku. Ostré rohy a tvary do L, túto príčinu vzniku korózie podporujú. U ďalšej spoločnosti sa zabránilo vývoju korózie tým, že namiesto takmer ostrého pravého uhla, začala obrábať zaoblený vnútorný roh.

Veľké korózne prekvapenie poskytuje samotná relatívna vzdušná vlhkosť. Dosť často sa zabúda na to, že aj keď je vo výrobe 50% relatívna vlhkosť pri 20°C, tak pri teplote 11°C sa tento vzduch dostane na 100% relatívnej vlhkosti. Potom sa firmy čudujú, že im pri transporte výrobky skorodovali, keď na sklade priamo vo výrobe sú v pohode. Akurát, že zabudli na kondenzáciu pár v dôsledku zníženej teploty počas dopravy.

A s tým súvisí jedna veľmi dôležitá záležitosť. Mnoho spoločností balí výrobky do PE fólií. Dokonca niektoré z nich menšie výrobky do nich zatavujú. Lenže čím je obal menej priepustný pre vodné pary, čím horšie dýcha, tým dochádza k väčšej kondenzácii vlhkosti vo vnútri. V podstate si týmto spôsobom človek vytvorí kondenzačnú komoru, ktorá koróziu urýchľuje. A aj keď existujú fóliové materiály, ktoré obsahujú výparné inhibítory korózie, tak je ich použitie veľmi riskantné. Žiadna fólia neobsahuje toľko inhibítora, aby bol účinný viac ako niekoľko mm od svojho povrchu. Väčšinu výrobkov nemožno zabaliť tak, aby bol celý jeho povrch v kontakte s takou antikoróznou fóliou. Zmysel má baliť do papierových laminátov sýtených výparným inhibítorom korózie, ale tak, aby obal mal dosť štrbín, ktorými by mohol dýchať a čo najmenej v ňom dochádzalo ku kondenzácii vodných pár. Tiež býva škodlivým zvykom do fóliového obalu vložiť vrecko so silikagélom a obal potom hermeticky uzavrieť. Lenže nikto ten silikagel tesne pred vložením do obalu nevysuší, takže už v čase, keď továreň dostane zásielku silikagelových vrecúšok, tak sú už nepoužiteľné, pretože sú nasýtené. A tým si iba užívateľ k vlhkosti, ktorú má vzduch v obale, pridá ďalšiu vlhkosť, ktorú zadržiava silikagel.

Prosím, nepodceňujte účinok vplyvu teploty na korózii. Každých 10°C sa rýchlosti chemických reakcií zdvojnásobujú. To znamená, že ak niekto obrába pri 20 ° C a úplne rovnaký materiál obrobí pri 80 ° C, tak pri tých 80 ° C budú reakcie 64x intenzívnejšie a rýchlejšie.

Keď sa obrába pod emulziou, tak sa jedná o elektricky vodivé prostredie s vysokými koróznymi rýchlosťami. Preto je nutné, aby emulzie obsahovali antikorózne prísady. Lenže aj v tom je háčik. Celý výrobný proces a prostriedky v ňom použité musia byť navzájom kompatibilné. Alebo sa ľahko môže stať, že jedna antikorózna prísada zreaguje s inou za tvorby parádnej korózie. Pokiaľ si výrobca nie je istý zložením procesných kvapalín, a čo navzájom vykonajú, je dobré sa poradiť.

Napríklad kombinovať medzi sebou kontaktné inhibítory korózie v olejových systémoch s výparnými inhibítormi korózie, je nezmysel, ktorý príde pekne draho.

Ale aj mnoho výrobcov verí, že keď obrába pod olejom, tak sa nemôže nič stať. Opak je pravdou. Minerálne oleje v sebe obsahujú 4-8% vody, čo na vznik korózie bohato stačí. So syntetickými olejmi je situácia ešte zložitejšia. Niektoré z nich vodu vôbec neprijímajú a tá sa potom niekde hromadí, alebo sú niektoré z nich vo vode neobmedzene rozpustné.

V budúcom pokračovaní sa zameriam na najčastejšie výrobné korózne problémy, a ako si s nimi poradiť.

 

 

Ing. Peter Stuchlík, CSc., CTex ATI