Paslanmaz Çeliklerde Gerilme Korozyon Çatlamasına (SCC) Karşı Mücadele: Mühendisler İçin Tasarım ve Malzeme Seçimi Kuralları

Paslanmaz Çeliklerde Gerilme Korozyon Çatlamasına (SCC) Karşı Mücadele: Mühendisler İçin Tasarım ve Malzeme Seçimi Kuralları

Stres Korozyon Çatlaması (SCC), paslanmaz çelik bileşenler için en kastırıcı ve felaket boyutlardaki hasar türlerinden biridir. Bu çatlama, çekme gerilmesi (kalıcı ya da uygulanan), korozyon ortamı (genellikle kloridler) ve etkileyebilir malzeme gibi üç koşulun aynı anda bulunduğu durumlarda meydana gelir. Kimya santrallerinden deniz platformlarına kadar kritik altyapıları tasarlayan mühendisler için SCC'yi önlemek kaçınılmaz bir zorunluluktur. Bu kılavuz, SCC riskini azaltmak için uygulanabilir tasarım ve malzeme seçimi kuralları sunmaktadır.

⚠️ 1. SCC Üçlüsünü Anlayın: Gerekli Üç Koşul

SCC'nin meydana gelebilmesi için üç unsur aynı anda olmalıdır:

1. Çekme Gerilmesi : Eşik bir değerin üzerine çıkmak (genellikle akma dayanımının %10'u kadar düşük bir değer bile yeterli olabilir).

2. Korozyon Ortamı : Kloridler başlıca suçludur. Sıcaklık (>60°C/140°F), konsantrasyon ve pH değerleri önemli hızlandırıcı etkenlerdir.

3. Etkileyebilir Malzeme : Ostenitik kaliteler (304, 316) oldukça etkilenebilir. Duplex ve ferritik kaliteler daha iyi direnç gösterir.

Kural #1: SCC'yi önlemek için üçlüden bir bacağı kırın.

? 2. Çekme Gerilmesini En Aza İndirgeyen Tasarım Kuralları

Uygulanan Gerilmeleri Azaltın

• Anma gerilmelerini düşük tutun : Aşındırıcı ortamlarda yüksek güvenlik faktörüne (örneğin, akma dayanımının 3 katı) göre tasarım yapın.

• Gerilme odaklayıcıları önleyin : Keskin köşeleri, yuvaları ve aniden kesit değişikliklerini kaldırın. Bol yarıçaplar kullanın (örneğin, >6 mm).

Artık Gerilmeleri Ortadan Kaldırın

• Gerilme giderme tavlamasını belirtin : Özellikle kaynak sonrası olmak üzere imal edilmiş parçalar için, ostenitik malzemelerde 1050–1150°C (1922–2102°F) sıcaklıkta ısıl işlem uygulayın ve ardından hızlı soğutun.

• Shot peening kullanın : Kaynak dikişlerinde ve kritik bölgelerde faydalı basınçlı yüzey gerilmeleri oluşturun.

• Esneklik için tasarım : Isıl genleşme gerilmelerini emmek için genleşme döngüleri, kompenetratörler veya esnek kuplamaları entegre edin.

İşletme Gerilmelerini Kontrol Edin

• Isıl çevrimden kaçının : Mümkün olduğunca sabit sıcaklıklarda çalışma için tasarlayın.

• Titremeyi Engelle : Yetersiz destekler kullanarak yorulmaya neden olan rezonans frekanslarını önleyin.

⚗️ 3. Malzeme Seçimi: Doğru Kalitenin Seçilmesi

Altın kural: Evrensel olarak dayanıklı paslanmaz çelik yoktur, ancak riski ciddi şekilde azaltabilirsiniz.

60°C'nin (140°F) üzerindeki klorid ortamlarında kullanmaktan kaçının

• 304/L : Zayıf direnç. Sıcak klorid uygulamalarında kesinlikle kullanılmamalıdır.

• 316/L : 304'e göre Mo nedeniyle biraz daha iyi performans gösterir ancak hâlâ duyarlıdır. Düşük kloridli ve düşük gerilimli uygulamalarla sınırlı tutun <60°C.

Orta Risk için Uygun

• Duplex 2205 : Duplex mikroyapısı sayesinde mükemmel direnç. Eşik gerilimi 316L'den 2-3 kat daha yüksek olabilir. Kloridlere karşı ~90°C'ye (194°F) kadar sınırlı tutun.

• 904L (N08904) : Yüksek Mo ve Cu içeriği direnci artırır. Kimyasal proses uygulamaları için uygundur.

Yüksek Riskli Ortamlar İçin Belirtin

• Süper Duplex (2507, Z100) : PREN >40, çok yüksek direnç. Klorürlerde ~100°C (212°F) sıcaklıklara kadar çoğu açık deniz ve kimya uygulamaları için uygundur.

• 6% Molibdenli Ostenitikler (254 SMO®, AL-6XN®) : PREN >40, mükemmel klorür direnci. Genellikle deniz suyu sistemlerinde kullanılır.

• Nikel Alaşımlar (Alloy 625, C-276) : Aşırı koşullar için (yüksek sıcaklık, yüksek klorür) nihai çözüm.

Malzeme Seçimi Hızlı Rehberi:

?️ 4. İmalat ve Kaynak En İyi Uygulamalar

Kötü imalat, gerilme korozyonu çatlamasına (SCC) yol açabilecek artık gerilmeler ve mikroyapısal değişiklikler oluşturur.

Kaynaklama

• Düşük ısı girdisi kullanın : Kullanım alanı etkilenmiş bölgeyi (HAZ) en aza indirgemek için darbeli GTAW gibi teknikler.

• Uyumlu dolgu metallerini belirtin : 316L için ER316L kullanın. Duplex için faz dengesini korumak üzere ER2209 kullanın.

• Tam penetrasyon sağlayın : Eksik penetrasyon, klorür konsantrasyonu için boşluklara neden olur.

• Isıdan kaynaklanan rengi kaldırın : Krom eksik tabakasını kaldırmak için kaynakları zımparalayın ve parlatın, ardından yeniden pasifleştirin.

Kaynak Sonrası İşlem

• Çözüm Isıtıma : Zararlı karbürleri çözmenin ve gerilimi gidermenin en etkili yoludur.

• Çürütme ve Pasifleştirme : Kaynak veya zımpara işleminden sonra koruyucu oksit tabakasını yeniler.

?️ 5. Çevre Kontrol Stratejileri

Malzeme veya tasarımı değiştiremiyorsanız, ortamı değiştirin.

• Daha Düşük Sıcaklık : Metal yüzeyleri kritik sıcaklık eşiğinin altında tutmak için soğutma sistemleri veya izolasyon malzemeleri kullanın (örneğin, 316L için <60°C).

• Klorürleri Kontrol Edin : Su arıtımı için iyon değiştirici reçineler kullanın, klorür tuzlarını uzaklaştırmak için durulama prosedürlerini uygulayın veya koruyucu kaplama/astarlarla bir bariyer oluşturun.

• Kimyayı Değiştirin : Kapalı sistemlerde çatlak ilerlemesini geciktirmek için inhibitörleri (örneğin, nitratlar) kullanın.

• Katotik Koruma : Metalin elektrokimyasal potansiyelini çatlama aralığının dışına kaydırmak için küçük bir elektriksel potansiyel uygulayın. (Hidrojen gevrekliği riski nedeniyle östenitiklerde dikkatli kullanılmalıdır.)

? 6. Kalite Güvencesi & Servis İçi İzleme

• Artık Gerilme için Tahribatsız Muayene : İmalat sonrası gerilme seviyelerini doğrulamak için X-ışını kırınımı (XRD) veya delme metodu ile gerilme ölçümü yöntemlerini kullanın.

• Düzenli Denetim : Kaynaklar, destekler, yarıklar gibi yüksek riskli bölgelere odaklanın:

  • Boyayla Çatlak Tespiti (PT) : Yüzey çatlakları için.

  • Ultrasonik test (UT) : Alt yüzey tespiti için.

• Çevre izleme : Kritik sistemlerde klorid probu ve sıcaklık sensörleri kurun.

? 7. Vaka Çalışması: SCC Sorununun Giderilmesi

• Sorun : Bir sahil kenarındaki kimya fabrikasında 18 ay sonra Tip 316L paslanmaz çelik borulama sistemi arızalanmıştır. Korozyon, dış yalıtımın deniz spreyinden gelen kloridleri tutmasından kaynaklanmıştır.

• Çözüm :

  1. Yeniden Tasarım : İzolasyon kaldırıldı, koruyucu bir kılıf eklendi ve gerilmeyi azaltmak için destekler yeniden tasarlandı.

  2. Malzeme yükseltmesi : Duplex 2205 boru hattı ile değiştirildi.

  3. Bakım Protokolü : Tuz birikintilerini temizlemek için bir yıkama programı başlatıldı.

• Sonuç : Sonraki 10+ yıllık hizmet süresince herhangi bir arıza yaşanmadı.

✅ Sonuç: Sistemli Bir Koruma Anahtardır

SSC'yi önlemek için tek bir çözüm yoktur. Katmanlı koruma gereklidir:

1. Öncelikle, gerilmeyi tasarım aşamasında ortadan kaldırın.

2. Daha sonra, korozyona dayanıklı bir malzeme seçin.

3. Son olarak, ortamı ve imalat kalitesini kontrol edin.

Mühendisler için Profesyonel İpucu: FMEA (Hata Türü ve Etkileri Analizi) aşamasında, her bir komponent için SCC üçlüsünü açıkça modelleyin. Üç unsur da mevcutsa, yeniden tasarlanması gereken yüksek riskli bir ögeyle karşı karşıyasınız demektir.