Došlo k poruše nerezové oceli? Průvodce pro forenzní inženýry při identifikaci poruchy materiálu versus aplikace

Došlo k poruše nerezové oceli? Průvodce pro forenzní inženýry při identifikaci poruchy materiálu versus aplikace

Když komponenty z nerezové oceli selžou – ať už prasknutím, vznikem jamky nebo katastrofickým lomem – okamžitou otázkou je: Byl to materiál, nebo způsob použití? Jako znalec je klíčové rozlišit mezi těmito příčinami pro určení odpovědnosti, prevenci opakování a specifikaci budoucích materiálů. Níže je strukturovaná metodologie pro zjištění hlavní příčiny.

? 1. Počáteční hodnocení poruchy: Dokumentace místa činu

Zachování důkazů

• Vyfotografujte místo poruchy z více úhlů, včetně makro a detailních snímků lomových ploch.

• Zaznamenejte okolní podmínky: teplotu, pH, koncentraci chloridů a expozici na chemikálie.

• Zaznamenejte provozní zatížení: statické zatížení, cyklické zatěžování nebo tepelné cykly.

Odebrání vzorků

• Opakujte opatrné odebrání porušených komponent, aby nedošlo k poškození lomových ploch.

• Seberte sousední neporušený materiál pro účely porovnání.

⚠️ 2. Běžné režimy poruch v nerezové oceli

A. Poruchy způsobené materiálem

Tyto vznikají z vlastních vad oceli.

1. Nesprávná volba třídy

   • Příklad : Použití 304 v prostředích s vysokým obsahem chloridů, kde je vyžadováno 316.

   • Důkaz : Rovnoměrné bodové nebo štěrbinové koroze v agresivním prostředí.

2. Metalografické vady

   • Vkládání : Síranové nebo oxidové vměstky působí jako koncentrátory napětí.

     • Důkaz : Rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) odhaluje nitěnky MnS na místech iniciace trhlin.

   • Embrittlement Sigma fáze : Vyloučení ve dvoufázových třídách (např. 2205) způsobené nesprávným tepelným zpracováním.

     • Důkaz : Ztráta rázové houževnatosti (Charpyho zkouška), mezikrystalové lomové plochy.

3. Padělaný nebo špatně označený materiál

   • Příklad : 304 prodávaná jako 316.

   • Důkaz : Rentgenová fluorescenční analýza (XRF) ukazuje nízký obsah molybdenu (<2,1 % u 316).

B. Poruchy způsobené aplikací

Způsobené vnějšími faktory bez přímé souvislosti s kvalitou materiálu.

1. Napěťové korozní trhání (SCC)

   • Způsobovat : Kombinace tahového napětí + chloridy + teplota.

   • Důkaz : Větvené trhliny při mikroskopickém zkoumání (typické pro korozní trhání chloridy).

2. Galvanická koroze

   • Způsobovat : Spojení nerezové oceli s více anodickým kovem (např. uhlíková ocel) v elektrolytu.

   • Důkaz : Místní koroze v místech kontaktu.

3. Nesprávná výroba

   • Vadné svařování :

     • Nedostatečné odvzdušnění (cukrování na rubu).

     • Neodstraněný tepelný nálet (oxidová soustava), který vytváří zóny s nedostatkem chromu.

   • Chladné zpracování : Způsobuje zbytková pnutí, podporující napěťovou korozi.

4. Nedostatečná údržba

   • Příklad : Kontaminace železem z ocelářských nástrojů, která nebyla odstraněna, což vede k bodové korozi.

? 3. Techniky forenzního šetření

Vizuální a mikroskopické vyšetření

• Stereo mikroskopie : Určete typ lomu (houževnatý vs. křehký).

• SEM/EDS : Analyzujte povrchy lomů z hlediska prvkového složení (např. přítomnost chloridů).

Ověření materiálu

• RTG analyzátor (XRF Gun) : Ověřte třídu materiálu během několika sekund.

• Optická emisní spektroskopie (OES) : Přesné stanovení obsahu slitin.

Mechanické a korozní zkoušky

• Testování tvrdosti : Vysoká tvrdost může značit nesprávné tepelné zpracování.

• Charpyho V-vrub : Posuďte nárazovou houževnatost (nízké hodnoty naznačují křehnutí).

• Testování dle ASTM G48 : Posuďte odolnost proti bodové korozi (pokud je porucha způsobená koroze).

Simulační testy

• Replikujte provozní podmínky (např. expozice chloridům za provozní teploty) na vzorcích ze stejné série.

? 4. Rovhodný strom: Materiál vs. Použití

Použijte tento vývojový diagram k zúžení příčin:

1. Krok 1: Ověřte třídu materiálu

   • Pokud XRF ukáže nesprávné složení → Porucha materiálu .

   • Pokud je složení správné → Pokračujte na Krok 2.

2. Krok 2: Prozkoumejte lomový povrch

   • Pokud je lom tvárný (dimple) → Přetížení (aplikace).

   • Pokud je trhliny mezi zrny → Zkontrolujte sensibilizaci (materiál) nebo SCC (aplikace).

   • Pokud jsou důlky (pitting) → Zkontrolujte chloridy (aplikace) nebo nečistoty (materiál).

3. Krok 3: Zkontrolujte historii výroby

   • Pokud svařování nemělo ochranný plyn nebo ukazuje tepelné zabarvení → Porucha aplikace .

   • Pokud je materiál přijat ve vadném stavu (např. prasklé ingoty) → Porucha materiálu .

?️ 5. Případová studie: Porušení hřídele čerpadla z nerezové oceli

• Základní informace : Hřídel z materiálu 316L používaná v námořním prostředí se přetrhla po 6 měsících.

• Vyšetřování :

  • XRF potvrdil správné složení (Mo = 2,5 %).

  • SEM odhalil únavové proužky vycházející z důlku.

  • EDS detekoval vysoký obsah chloridů v důlku.

• Hlavní příčina : Porucha aplikace chloridy z mořské vody se koncentrovaly pod usazeninami, což způsobilo bodovou korozi, která iniciovala únavové trhliny.

• Pevně připevňte : Změna návrhu za účelem eliminace mrtvých zón; výměna na duplexní ocel 2205 pro lepší odolnost proti bodové korozi.

✅ 6. Prevence poruch materiálu

Pro poruchy materiálu

• Zdrojovat od výrobců s certifikací ISO 9001.

• Vyžadovat zkušební protokoly z výroby (MTRs) pro každou sérii.

• Provádět přejímací kontrolu (XRF, zkoušky tvrdosti).

Pro poruchy v provozu

• Provádět hodnocení rizika koroze před výběrem materiálu.

• Dodržovat normy ASTM A380/A967 pro pasivaci a výrobu.

• Školit svářeče v postupech specifických pro nerezovou ocel (např. použití ochranného plynu).

? Závěr: Systémový přístup vede k úspěchu

Poruchy jsou zřídka černobílé. Často na sebe navazují materiálové vady a chyby v aplikaci. Kombinací důkladné forenzní analýzy a průmyslových norem můžete přesně určit příčinu a zavést účinná opatření.

Pro tip : Udržujte databázi poruch – dokumentace průběhů vyšetřování urychluje diagnostiku v budoucnu a pomáhá při vyjednávání nároků na odpovědnost.