Как определить качество пассивации нержавеющей стали

Когда следует проводить пассивацию нержавеющей стали?

Пассивацию нержавеющей стали следует проводить после обработки стали следующими методами:

• Механическая зачистка
• Сварка
• Химическая очистка
• Химическая/механическая полировка
• Гибка
• Токарная обработка
• Фрезерование
• Обезжиривание
• Резка
• Необходимо учитывать время, которое уйдет на образование пассивного слоя на поверхности нержавеющей стали.

После завершения обработки, многие предприятия перед поставкой нержавеющей стали конечному потребителю задаются вопросом о том, присутствует ли на поверхности пассивный слой или нет.

Данный вопрос имеет очень важное значение по двум причинам:

• Заказчик должен получить высококачественный продукт, который можно будет использовать по указанному назначению
• Для того, чтобы гарантировать поставку продукта, который будет подвержен действию коррозии в определенной среде, необходимо уделить особое внимание подбору материала или придумать, каким образом можно снизить степень агрессивности условий эксплуатации металла.

Пассивация нержавеющей стали обеспечивает наличие защитного слоя, который позволяет использовать нержавеющую сталь в пределах ее максимальной коррозионной стойкости для данной среды. Иными словами, существует предел коррозионной стойкости, зависящий от физико-химических свойств нержавеющей стали, при котором даже самая лучшая пассивация на поверхности нержавеющей стали не гарантирует полной защиты при некоторых видах применения. В качестве примера можно привести использование в нефтехимической отрасли с высоко агрессивными средами, в связи с чем при строительстве необходимо особо тщательно подходить к подбору материалов. Выбор между марками стали AISI 304 или AISI 316 (а не никелевыми сплавами) серьезно сказывается на последующих коррозионных качествах. Использование нержавеющей стали в условиях нефтехимической среды может привести к скорому разрушению даже самой хорошей пассивации, и это не предусматривается на начальном этапе проектирования, при том, что затраты на техническое обслуживание будут расти экспоненциально. Согласно заявлениям учреждений (ASME), регламентирующих качество пассивации, общепризнанных испытаний, которые бы гарантировали прохождение пассивации или наличие пассивного слоя на поверхности компонентов или систем, не существует. Для того, чтобы клиентам было проще определить качество пассивации, был разработан ряд испытаний, которые можно разделить на две группы: визуальная проверка и высокоточная проверка.

Визуальная проверка

«Испытание в режиме увлажнение-сушка» (ASTM A380) и «испытание погружением в воду» (ASTM A967):

Данную проверку можно провести на месте методом простого погружения образца в соляной раствор в концентрации 3-7%, с промывкой дистиллированной водой и сушкой воздухом. Визуальная оценка пятен железного порошка и следов точечной коррозии не является методом количественного контроля качества пассивации.

Испытания на воздействие повышенной влажности (ASTM A380, A967):

Данная проверка проводится только в условиях лаборатории, на образцах малого размера. Данный метод не подходит для проведения полевых испытаний. Образцы погружают в среду с высоким содержанием ацетона или метилового спирта, с последующей сушкой в инертной атмосфере. На данном этапе образцы проходят испытание в среде, имеющей уровень влажности 97% и температуру 37 °C. Продолжительность испытания устанавливается пользователем (но не менее 24 часов). Оценка результатов производится исключительно визуальным способом. По завершении испытания из-за попадания частиц железа может начаться процесс коррозии.

Высокоточная проверка

Ферроксильный метод (А380, А967):
Данную проверку можно проводить на месте. Для этого к моменту проведения испытания необходимо подготовить химический раствор на основе дистиллированной воды, азотной кислоты и ферроцианида калия. Раствор наносят на поверхность образца. Появление на поверхности пятен голубоватого оттенка через 15 секунд означает наличие на поверхности нержавеющей стали соединений железа, указывающих, что поверхность не имеет надлежащего пассивного слоя, как это требуется. Химический раствор представляет опасность для лиц, проводящих работы. Для уменьшения затрат на утилизацию и производство необходимо точно рассчитать количество раствора при подготовке. Во избежание необратимых повреждений поверхности нержавеющей стали нанесение раствора лицами без должной квалификации запрещено.

Испытание в сульфате меди (А380, А967): 

Данные испытания проводят только в условиях лаборатории. Данное испытание подразумевает подготовку химического раствора на основе серной кислоты, сульфата меди и дистиллированной воды. В ходе испытаний происходит многократное нанесение раствора на образец. Время воздействия: 6 минут. Данная проверка является визуальной и может выявить только наличие железа на поверхности, без установления присутствия железа в структуре поверхности нержавеющей стали.

Циклическая поляризация: 

Лабораторные испытания, применяемые только специалистами в области электрохимии, основанные на использовании электролитической ячейки, в которой образец погружают в раствор электролита. Периодически увеличивая напряжение через потенциостат, определяют изменение силы тока. Значения тока – очень малы (мкА/см2), и можно получить напряжение до 1,6 В. Данный метод позволяет получить очень точные числовые показатели коррозионной стойкости нержавеющей стали. Эти значения обрабатывают и составляют график, называемый "Поляризационная кривая".

На иллюстрации изображена теоретическая поляризационная кривая для нержавеющей стали в средах, содержащих хлориды. В частности, по теоретической кривой можно узнать некоторые контрольные значения, которые можно использовать для классификации сталей на основе их коррозионной стойкости или различных методов обработки поверхности.

В частности:

Ecorr представляет собой равновесный потенциал (в применяемых экспериментальных условиях), который идеально разделяет анодные и катодные реакции материала; если потенциал меньше Ecorr, материал будет защищен от коррозии (катодная реакция), а если выше Ecorr – материал будет активен и подвержен окислению (анодная реакция);

Epit = представляет собой потенциал, начиная с которого защита, обеспечиваемая пассивным слоем на материале (оксид хрома), теряется из-за явления транспассивации (растворения оксидной пленки) или точечной коррозии (местное разрушение оксидной пленки); при указанных испытаниях (в хлорид-содержащей среде) в результае всегда будет иметь место локальное разрушение оксидной пленки, поэтому речь всегда будет идти о точечной коррозии; чем выше потенциал питтингообразования, тем большее сопротивление указанному локальному проявлению коррозии имеет материал;

Ipass media – средний ток пассивации — среднее значение коррозионного тока в интервале пассивирования (т. е. диапазона потенциала, в пределах которого обеспечивается защита материала стабильной пассивирующей оксидной пленкой); чем ниже значение среднего тока пассивации, тем выше защита от коррозии пассивирующей оксидной пленкой.

Passi Test Plus – это электрохимический прибор, предназначенный для определения наличия пассивного слоя путем вывода числового значения в вольтах. Потенциал (В) определяет степень благородства металла, т.е. его устойчивость к коррозии по сравнению с другими материалами. В этой связи, если потенциал имеет положительное значение, это означает наличие пассивации. Отрицательное значение потенциала может означать присутствие коррозии в результате воздействия окружающей среды.

Преимущества нового тестера для определения пассивации нержавеющей стали по сравнению с другими методами:

• Возможность определения качества пассивации на месте проведения работ.
• Благодаря наличию наконечника-зонда и возможности проверки на участках малых размеров можно определить качество пассивации даже в труднодоступных местах.
• Химический раствор не разрушает поверхность и не представляет опасности для лиц, проводящих работы. Проверяемый участок не требует последующей пассивации.
• Количественный контроль: на дисплее отображается числовое значение (в вольтах), которое можно сравнить и оценить.
• Легкость использования и транспортировки. Не требует предварительной подготовки химических препаратов и специальной подготовки персонала.
• Химический раствор внутри наконечника-зонда не теряет свойства и не имеет срока годности. Таким образом, Вы экономите на утилизации и обезвреживании жидких отходов.
• Раствор не распыляется по поверхности, а содержится внутри небольшого тампона из абсорбирующего материала. Это обеспечивает экономичный расход.
• Возможность хранения данных во внутренней памяти прибора. Таким образом, проведение испытаний можно регистрировать, а протокол прикреплять в качестве подтверждения качества продукции.