Czy stal nierdzewna uległa awarii? Przewodnik inżyniera sądowego po identyfikacji uszkodzeń materiałowych i aplikacyjnych

Czy stal nierdzewna uległa awarii? Przewodnik inżyniera sądowego po identyfikacji uszkodzeń materiałowych i aplikacyjnych

Gdy komponenty ze stali nierdzewnej ulegają awarii – niezależnie od tego, czy chodzi o pęknięcia, ubytki czy katastrofalne pęknięcie – pierwszym pytaniem jest: czy była to wina materiału, czy zastosowania? Jako inżynier śledczy, odróżnienie tych przyczyn ma kluczowe znaczenie przy ustalaniu odpowiedzialności, zapobieganiu powtórzeniu się awarii oraz dobieraniu materiałów na przyszłość. Poniżej przedstawiono uporządkowaną metodologię pozwalającą określić przyczynę główną.

? 1. Wstępna ocena awarii: Dokumentacja miejsca zdarzenia

Zachowanie dowodów

• Zrób zdjęcia miejsca awarii z wielu kątów, w tym zdjęcia ogólny i szczegółowe powierzchni złamań.

• Zanotuj warunki środowiskowe: temperaturę, pH, stężenie chlorków oraz ekspozycję na chemikalia.

• Zarejestruj naprężenia eksploatacyjne: obciążenie statyczne, obciążenie cykliczne lub cyklowanie termiczne.

Zbieranie próbek

• Wyjmij uszkodzone komponenty z ostrożnością, aby nie uszkodzić powierzchni złamań.

• Zebranie sąsiednich, nienaruszonych materiałów w celu porównania.

⚠️ 2. Typowe tryby awarii stali nierdzewnej

A. Awarie związane z materiałem

Wynikają one z wrodzonych wad stali samej w sobie.

1. Nieprawidłowy wybór gatunku

   • Przykład : Stosowanie stali 304 w środowiskach o wysokiej zawartości chlorków, gdzie wymagana jest stal 316.

   • Dowód : Równomierne ubytki korozyjne lub korozja szczelinowa w agresywnych ośrodkach.

2. Wady metalurgiczne

   • SKŁADNIKI : Wtrącenia siarczkowe lub tlenkowe działają jako koncentratory naprężeń.

     • Dowód : Badanie mikroskopem elektronowym przesuwnym (SEM) ujawnia nitki MnS w miejscach inicjacji pęknięć.

   • Kruchość fazy sigma : Osadzanie się fazy sigma w stalach dwufazowych (np. 2205) na skutek nieprawidłowego obróbki cieplnej.

     • Dowód : Strata odporności na uderzenia (badania Charpy'ego), pęknięcie międzyziarniste.

3. Falszywy lub Źle Oznaczony Materiał

   • Przykład : 304 sprzedawany jako 316.

   • Dowód : Analiza metodą XRF wykazuje niską zawartość molibdenu (<2,1% dla 316).

B. Uszkodzenia Związane z Zastosowaniem

Wynikają one z czynników zewnętrznych niezwiązanych z jakością materiału.

1. Pęknięcie Naprężeniowe (SCC)

   • Spowodować : Składane naprężenia rozciągające + chlorki + temperatura.

   • Dowód : Pękające się szczeliny pod mikroskopem (charakterystyczne dla SCC wywołanego chlorkami).

2. Korozja galwaniczna

   • Spowodować : Łączenie stali nierdzewnej z bardziej anodowym metalem (np. stalą węglową) w elektrolicie.

   • Dowód : Lokalna korozja w punktach kontaktu.

3. Nieprawidłowe wykonanie

   • Wady spawania :

     • Brak przepłukiwania (kryształkowanie na stronie wewnętrznej).

     • Toniowanie ciepła (skala tlenkowa) nie usunięte, powodujące ubogie w chrom strefy.

   • Praca zimna : Wywołuje naprężenia resztkowe, sprzyjające SCC.

4. Niewystarczająca konserwacja

   • Przykład : Zanieczyszczenie żelazem z narzędzi stalowych nie usunięte, prowadzące do korozji punktowej.

? 3. Techniki badawcze

Badanie wizualne i mikroskopowe

• Mikroskopia stereoskopowa : Określ typ pęknięcia (plastyczne vs. kruche).

• SEM/EDS : Analizuj powierzchnie pęknięć pod kątem składu pierwiastkowego (np. obecność chlorków).

Weryfikacja materiału

• Rentgenowska broń fluorescencyjna : Zweryfikuj skład gatunkowy w kilka sekund.

• Spektroskopia emisyjna optyczna (OES) : Dokładne określenie ilości stopów.

Badania mechaniczne i korozji

• Badania twardości : Wysoka twardość może wskazywać na niewłaściwe obróbki cieplne.

• Charpy V-Notch : Ocenia odporność na uderzenia (niskie wartości wskazują na kruchnięcie).

• Badania ASTM G48 : Ocena odporności na korozję punktową (jeśli przyczyną uszkodzenia jest korozja).

Testy symulacyjne

• Odtwarzanie warunków eksploatacji (np. ekspozycja na chlorki w temperaturze roboczej) na próbkach z tej samej partii.

? 4. Drzewo decyzyjne: materiał a zastosowanie

Użyj tego schematu, aby zawęzić możliwe przyczyny:

1. Krok 1: Zweryfikuj gatunek materiału

   • Jeśli analiza rentgenowska (XRF) wskazuje nieprawidłowy skład → Zawodność materiału .

   • Jeśli skład jest poprawny → Przejdź do kroku 2.

2. Krok 2: Zbadaj powierzchnię złamania

   • Jeśli występuje deformacja plastyczna → Przeciążenie (zastosowanie).

   • Jeśli pęknięcie międzyziarniste → Sprawdź wrażliwość materiału (materiał) lub SCC (zastosowanie).

   • Jeśli korozja szczelinowa → Sprawdź obecność chlorków (zastosowanie) lub wtrąceń (materiał).

3. Krok 3: Sprawdź historię produkcji

   • Jeśli spoiny nie mają gazu osłonowego lub wykazują odbarwienie termiczne → Zawodność zastosowania .

   • Jeśli materiał został dostarczony w uszkodzonym stanie (np. pęknięta odkuwka) → Zawodność materiału .

?️ 5. Studium przypadku: Uszkodzony wał pompy ze stali nierdzewnej

• Wydarzenia : Wał ze stali 316L w zastosowaniu morskim pękł po 6 miesiącach.

• Badanie :

  • Badanie XRF potwierdziło poprawny skład chemiczny (Mo = 2,5%).

  • Badanie SEM wykazało strefy zmęczeniowe wydające się z zarysów.

  • Analiza EDS wykazała wysoką zawartość chlorków w zarysie.

• Główna przyczyna : Zawodność zastosowania chlorki z wody morskiej koncentrowały się pod osadami, powodując ubytki, które zainicjowały pęknięcia zmęczeniowe.

• Zabezpiecz : Projektowanie z myślą o unikaniu martwych stref; modernizacja do stali dwufazowej 2205 w celu zwiększenia odporności na ubytki korozjne.

✅ 6. Strategie zapobiegania

W przypadku uszkodzeń materiałów

• Zakupywać u hut posiadających certyfikat ISO 9001.

• Wymagaj raportów z badań materiałowych (MTR) dla każdej partii.

• Przeprowadzaj kontrolę przyjęcia (XRF, pomiary twardości).

Dla awarii w użytkowaniu

• Wykonuj oceny ryzyka korozji przed wyboru materiału.

• Stosuj się do norm ASTM A380/A967 dotyczących pasywacji i wytwarzania.

• Szkolno spawaczy z procedur specyficznych dla stali nierdzewnej (np. stosowanie gazu osłonowego).

? Wniosek: Systematyczne podejście przynosi sukces

Awarie rzadko są czarno-białe. Często wchodzą w interakcje wady materiału i błędy w zastosowaniu. Łącząc rygorystyczną analizę śledczą z normami branżowymi, można dokładnie określić przyczynę i wdrożyć skuteczne korekty.

Pro Tip : Utrzymany rejestr awarii – dokumentowanie przeprowadzonych analiz przyspiesza diagnozowanie w przyszłości i pomaga w negocjowaniu roszczeń odszkodowawczych.