Je li nehrđajući čelik otkazao? Vodič za forenzičke inženjere za prepoznavanje oštećenja materijala u odnosu na pogrešnu primjenu

Je li nehrđajući čelik otkazao? Vodič za forenzičke inženjere za prepoznavanje oštećenja materijala u odnosu na pogrešnu primjenu

Kada komponente od nehrđajućeg čelika otkazu – bilo pucanjem, stvaranjem rupa ili katarofoalnim lomom – prvo pitanje koje se nameće je: Je li to bio materijal ili primjena? Kao sudski inženjer, razlikovanje između ovih uzroka ključno je za utvrđivanje odgovornosti, prevenciju ponovnih otkaza i odabir budućih materijala. Evo strukturirane metodologije za utvrđivanje primarnog uzroka.

? 1. Inicijalna procjena otkaza: dokumentirajte mjesto događaja

Zaštitite dokaze

• Fotografirajte mjesto otkaza s više kutova, uključujući makro i detaljne snimke površina loma.

• Zabilježite okolne uvjete: temperaturu, pH, koncentraciju klorida i izloženost kemikalijama.

• Zabilježite radne opterećenja: statičko opterećenje, ciklično opterećenje ili termičko cikliranje.

Prikupite uzorke

• Pažljivo uklonite otkazane komponente kako ne biste oštetili površine loma.

• Prikupite susjedne neoštećene materijale za usporedbu.

⚠️ 2. Uobičajeni načini otkaza nehrđajućeg čelika

A. Oštećenja temeljena na materijalu

Ova oštećenja proizlaze iz urođenih nedostataka samog čelika.

1. Pogrešan odabir klase

   • Primjer : Korištenje 304 u okolini s visokim udjelom klorida gdje je potreban 316.

   • Dokaz : Jednoliko točkasto ili pukotinsko korozija u agresivnoj sredini.

2. Metalurški nedostaci

   • Uključci : Sulfidne ili oksidne uključke djeluju kao koncentratori naprezanja.

     • Dokaz : Skening elektronski mikroskop (SEM) pokazuje MnS nizove na mjestima početka pukotina.

   • Sigma faza omekšavanja : Talog u duplexnim kvalitetima (npr. 2205) zbog nepravilnog toplinskog tretmana.

     • Dokaz : Gubitak udarnog tenzometra (Charpy test), intergranularni lom.

3. Kontrafaktura ili pogrešno označeni materijal

   • Primjer : 304 prodan kao 316.

   • Dokaz : XRF analiza pokazuje nizak sadržaj Mo (<2,1% za 316).

B. Kvarovi temeljeni na primjeni

Nastaju uslijed vanjskih čimbenika koji nisu povezani s kvalitetom materijala.

1. Korozija uzrokovana napetostima (SCC)

   • Uzrokovati : Kombinirana vlačna napetost + kloridi + temperatura.

   • Dokaz : Pukotine u obliku grana pod mikroskopom (tipične za kloridnu SCC).

2. Galvanizirana korozija

   • Uzrokovati : Spajanje nehrđajućeg čelika s katodnim metalom (npr. ugljičnim čelikom) u elektrolitima.

   • Dokaz : Lokalizirana korozija na točkama kontakta.

3. Nepravilna izrada

   • Nedostaci zavarivanja :

     • Nedostatak ispiranja (šećer na stražnjoj strani).

     • Toplinski oksidacijski sloj nije uklonjen, što stvara zone s nedostatkom kroma.

   • Hladno obrada : Inducira ostatne napetosti, potičući SCC.

4. Nedovoljno održavanje

   • Primjer : Kontaminacija željezom iz alata od ugljičnog čelika koji nisu očišćeni, što dovodi do stvaranja rupa.

? 3. Tehnike forenzičkog istraživanja

Vizualni i mikroskopski pregled

• Stereo mikroskopija : Utvrditi tip loma (duktilni nasuprot krhkom).

• SEM/EDS : Analizirati površine loma s obzirom na elementni sastav (npr. prisutnost klorida).

Verifikacija materijala

• XRF pištolj : Provjera kvalitete materijala u sekundama.

• Optička emisijska spektroskopija (OES) : Točno određivanje sastava slitina.

Mehanička i korozivna ispitivanja

• Ispitivanje tvrdoće : Visoka tvrdoća može ukazivati na nepravilnu termičku obradu.

• Charpy V-žlijeb : Procijeniti udarnu žilavost (niske vrijednosti sugeriraju ožiljavanje).

• Ispitivanje ASTM G48 : Procijeniti otpornost na točkasto koroziju (ako je kvar povezan s korozijom).

Simulacijska ispitivanja

• Replikacija radnih uvjeta (npr. izloženost kloridima pri radnoj temperaturi) na uzorcima iz iste serije.

? 4. Stablo odluka: Materijal vs. Primjena

Koristite ovaj dijagram toka kako biste suzili uzroke:

1. Korak 1: Provjerite klasu materijala

   • Ako XRF prikazuje netočan sastav → Materijalni otkaz .

   • Ako je sastav točan → Nastavite na Korak 2.

2. Korak 2: Ispitajte površinu loma

   • Ako postoji duktilno udubljenje → Preopterećenje (primjena).

   • Ako postoji interkristalno pucanje → Provjerite osjetljivost (materijal) ili NPK (primjena).

   • Ako postoji točkasto korozija (pitting) → Provjerite prisutnost klorida (primjena) ili uključaka (materijal).

3. Korak 3: Provjerite povijest izrade

   • Ako zavarivanje nema zaštitni plin ili prikazuje obojenost od topline → Nuspijel aplikacije .

   • Ako je materijal primljen u oštećenom stanju (npr. puknuti ingot) → Materijalni otkaz .

?️ 5. Studija slučaja: Puknuti vratilo pumpe od nehrđajućeg čelika

• Priča : Vratilo 316L u primjeni na moru puklo je nakon 6 mjeseci.

• Istraživanje :

  • XRF potvrdio ispravnu kemijsku analizu (Mo = 2,5 %).

  • SEM otkrio tragove umora materijala koji potječu iz korozivne rupe.

  • EDS detektirao visok sadržaj klorida unutar rupe.

• Korijenski uzrok : Nuspijel aplikacije . Kloridi iz morske vode koncentrirali su se ispod naslaga, što je izazvalo pitting koji je inicirao pukotine uslijed umora.

• Čvrsto pričvrstiti : Ponovno projektiranje radi izbjegavanja zaostalih zona; nadogradnja na duplex 2205 za bolju otpornost na pitting.

✅ 6. Strategije prevencije

Za otkazivanje materijala

• Izvor iz tvornica s ISO 9001 certifikacijom.

• Zahtijevaj izvješća o testiranju tvornice (MTR-ovi) za svaku partiju.

• Provedi inspekciju pri dolasku (XRF, testovi tvrdoće).

Za otkazivanje u primjeni

• Provedi procjenu rizika od korozije prije odabira materijala.

• Prati ASTM A380/A967 za pasivaciju i izradu.

• Obuči zavarivače za postupke specifične za nehrđajući čelik (npr. uporaba plina za ispiranje).

? Zaključak: Sustavni pristup donosi uspjeh

Otkazi rijetko kad su crno-bijeli. Često međusobno djeluju nedostaci materijala i pogreške u primjeni. Kombiniranjem rigorozne forenzične analize s industrijskim standardima možete utvrditi uzrok i provesti učinkovite ispravke.

Savjet za profesionalce : Održavajte bazu podataka o kvarovima — dokumentiranje istraga ubrzava buduće dijagnoze i pomaže u pregovorima o zahtjevima za odgovornost.