Havuzda Paslanmaz Çeliğin Korozyonu

Ksenia Dobrovolskaya

XENOZONE Mühendislik ve Teknoloji Merkezi “Entegre Araştırma”

Ürün Geliştirme Uzmanı

Havuzda Paslanmaz Çeliğin Korozyonu

Paslanmaz çelik, zorlu çalışma koşulları nedeniyle bileşenlerin direncine ilişkin artan gereksinimlerin olduğu yerlerde kullanılır. Tuhaf görünebilir, ancak havuz, ekipman için en kolay koşullara sahip olmayan bir su kütlesidir. Suda çözünmüş oksitleyiciler (klor, ozon, oksijen), yüksek sıcaklık, bazen tuzlu veya deniz suyu, sürekli organik ve mikrobiyolojik safsızlık akışı – tüm bunlar özel koşullar yaratır ve ekipmanın korozyona dayanıklı olmasını gerektirir.

Paslanmaz çelikler, adlarının aksine ayrıca korozyon işlemlerine tabi tutulur.

Aşağıda bu süreçlerin nedenleri, oluşum hızlarını etkileyen faktörler ve bunları önlemek için alınacak tedbirler hakkında konuşmaya çalışacağız. İnceleme, paslanmaz çelik ürünlerin yüzme havuzlarında kullanım özelliklerine odaklanmakta olup, diğer kullanım alanlarını ve koşullarını kapsamamaktadır.

Paslanmaz çelik nedir ve neden paslanmaz?

Bir metal alaşımı, demire ek olarak birkaç elementten oluşur – genellikle krom, nikel, molibden, manganez, titanyum ve diğerleri. Manganez çeliğin mukavemetini ve sertliğini artırır, bakır ve nikel çeliğin hava direncini artırır ve krom korozyona dayanıklı özelliklerini belirler. Kural olarak, krom içeriği %12’yi aşan bir alaşım “paslanmaz” olarak kabul edilir.

Gömülü parçalar, dekoratif elemanlar ve havuz suyu arıtma ekipmanı için, 300 serisinin östenitik alaşımları – AISI 304, AISI 316 en sık kullanılır Oksijenin etkisi altında – hava veya suda, krom doğal olarak yüzeyini kaplayan oksit oluşturur. İnce bir film ile alaşım, paslanmaz özellikler verir.

Bu katmanın sağlamlığı, paslanmaz çelik ürünlerin uzun hizmet ömrünün anahtarıdır. Oksit tabakası hasar görürse, çeliğin koruyucu özellikleri azalır, ancak tekrar tekrar oksijene maruz kalma onu oldukça hızlı bir şekilde eski haline getirir.

Neden bazen paslanır?

Su temin sistemlerinde, en yaygın iki tür korozyon vardır; çatlak ve çukurlaşma. Her iki tip de, alaşımın yüzeyinde bir elektrokimyasal çift göründüğünde – bir anot ve bir katot – elektrokimyasal korozyonun bir çeşididir. Her durumda, bu metalin oksit tabakasının ihlaline ve sonuç olarak korozyon tahribatına yol açar.

Çatlak korozyonu

Aralık korozyonu, (metal- diğer malzeme) bağlantı noktasında oluşur ve bu da boşluğun içindeki ve dışındaki oksijen konsantrasyonlarında bir fark yaratır. Boşluk içindeki düşük oksijen konsantrasyonu, temas yüzeyleri arasında bulunan koruyucu oksit filmi zayıflatır.

Oksit tabakası zayıfladığında, alaşımın yüzey tabakalarından pozitif krom, demir ve nikel iyonları boşluğa yayılır ve sulu çözeltiden negatif yüklü hidroksit OH iyonları ile birleşir. Bu, elektriksel olarak dengesiz bir ilişkiye yol açarak yuvanın içinde bir anot ve metal yüzeyde bir katot oluşmasına neden olur.

Bu, suda (örneğin acı su) klorür bulunmasıyla şiddetlenir. Çatlak içindeki pH düştükçe, baz solüsyondaki klorür iyonları, hidrojen iyonu ile birleşerek anodik oksidasyon reaksiyonunu dengelemek için yarığa yayılır. pH’ın düşürülmesi, pasif tabakanın bozulma ve çatlak korozyonunun başlama potansiyelini artırır.

Çatlak korozyonunun oluşumunu belirleyen faktör, çatlağın boyutudur (304 çelik için 1 mikron veya daha azdır) ve gelişme hızı, klorür içeriği, pH değeri ve suda çözünmüş oksijen miktarıdır.

Çukurlaşma korozyonu

Çatlak korozyonu gibi oyuklaşma, bir elektrokimyasal çiftin oluşumu ve ardından oksit tabakasının tahrip olması ile ilişkilidir. Aradaki fark, işlemin oksit tabakasının yerel olarak hasar gördüğü noktada başlamasıdır. Bu hasar şunlar olabilir:

Mekanik yapı – çalışma sırasında kesikler, çizikler veya sert aşındırıcılara maruz kalma;

Kimyasal yapı – örneğin, yüksek konsantrasyonlarda asitlere, klora, agresif temizlik maddelerine maruz kaldığında;

Alaşım yüzeyindeki inklüzyonların etrafında – teknolojik işlemlerden sonra kalan veya kurulum / çalıştırma sırasında ortaya çıkan (örneğin, kaynak veya öğütücülerden kaynaklanan kıvılcımlar) veya sudan çökelmiş demir parçacıkları;

Diğer işlem, klorürlerin varlığında etkinleştirilir. Oksit filmin hasar noktasında yok edilmesi, sulu ortamdan negatif yüklü klorür iyonlarını çekerek metal klorürler oluşturan pozitif yüklü metal iyonlarını serbest bırakır (hasar noktası anot olur). Bu, pH’ta yerel bir düşüş yaratır ve korozif saldırıyı hızlandırır. Yüksek sıcaklıklar ve yüksek klorür konsantrasyonları bu süreci daha da hızlandırır.

Korozyon gelişimini etkileyen faktörler

Ardından, korozyon süreçlerinin itici gücü olarak hareket eden faktörler hakkında konuşalım.

Ürün tasarımı ve üretim teknolojisi

Yüksek sıcaklığın etkisi altında (kaynak sırasında, lazer kesim sırasında) oksit tabakası ve ayrıca demir parçacıklarının yüzeye çıkarılması, teknolojik sürecin zorunlu bir parçasıdır. Bu paslanmaz çeliğin pasivasyonu ve yüzey işlemidir. Yani serbest demir bileşiklerinin metal yüzeyden uzaklaştırılması ve ardından pasif (inert) bir yüzey tabakasının oluşturulması. Bu amaçlar için üreticiler mekanik, kimyasal ve elektrokimyasal yöntemler kullanırlar.

Kaynak yöntemleri ve kaynaklı birleştirmelerin kalitesi, farklı metaller arasındaki temas, boşlukların varlığı ve geometrisi de metalin koruyucu bir krom oksit filmi oluşturma ve koruma kabiliyetini etkiler. Bütün bunlar ekipman üreticisinin sorumluluğundadır.

Havuz suyu: serbest klor ve klorürler

Şimdi bir yüzme havuzunda paslanmaz çeliğin direncini etkileyen belki de en önemli faktör olan serbest klor ve klorür iyonlarının içeriği hakkında konuşalım.

Klor, yüzme havuzlarında hala ana oksitleyici maddedir. Konsantrasyonu en az 0,3-0,5 mg/l (kombine tedavi yöntemleri için 0,1-0,3 mg/l) seviyesinde tutulur. Şok (darbe) klorlama sırasında, serbest klor konsantrasyonu 3-5 mg/l veya üzerine çıkar.

AISI 304 ve AISI 316 paslanmaz çelik kaliteleri, suda klorür bulunmadığı sürece sırasıyla 2 ve 4 mg/l’ye kadar kısa süreli (24-48 saat) serbest klor konsantrasyonlarına dayanabilir. Serbest klor konsantrasyonu ile birlikte klorür konsantrasyonu belirleyici bir öneme sahiptir, çünkü birlikte korozyon süreçleri üzerinde sinerjistik bir etkiye sahiptirler. Aynı zamanda, suda çözünmüş oksijenin varlığı bu süreçleri geliştirir.

Havuz suyundaki klorür iyonlarının kaynağı şunlar olabilir:

• Klor reaktiflerinin (hipoklorit) safsızlıklarla reaksiyonları sırasında oluşan oksidasyon ürünleri ;
• Elektroliz yoluyla dezenfeksiyon sırasında ilave olarak dozlanan NaCl tuzunun bileşimindeki veya pH’ı ayarlamak için kullanılıyorsa hidroklorik asit bileşimindeki klorür iyonları;
• Mineral açısından zengin sularda ve özellikle klorürlerin diğer tüm çözünmüş tuzların çoğunluğunu (neredeyse %80) oluşturduğu deniz suyunda doğal olarak oluşan klorürler.

Tatlı su ile doldurma ve seyreltme gerekliliklerine aykırı olarak çalıştırılan havuzlarda klorür birikir – bu genellikle damakta hissedilir, su tuzlu-acı bir tat alır. İçme suyu için klorürler MPC 350 mg / l’ye ayarlanmıştır – tehlikeli değildirler, ancak daha önce de belirtildiği gibi suyun tadını etkilerler.

Su ve Tuzdan Arındırma Endüstrilerinde Paslanmaz Çelik Kullanımı Yönergeleri, Water Research Foundation 2015, pH’ı 6,5–8,0 olan sularda korozyonun nadiren meydana geldiğini göstermektedir:

• Paslanmaz çelik 304/304L – 200 mg/l’ye kadar klorür ve 2 mg/l’den az serbest klor;
• 316/316L paslanmaz çelik – 1000 mg/L’ye kadar klorür ve 4 mg/L’den az serbest klor.

Aşağıdaki diyagramlar, serbest klor ve klorür içeriğine bağlı olarak bir çelik kalitesi seçmek için bir algoritmayı göstermektedir. Klorür konsantrasyonlarının 2 kat marjla alındığını, serbest klor konsantrasyonunun marj olmadan verildiğini lütfen unutmayın.

2.000 ila 10.000 mg/l ve daha fazla klorür içeriğine sahip tuzlu ve deniz suyu için dubleks ve süper dubleks çeliklerin kullanılması gerekir.

*PREN indeksi (Pitting Resistant Equivalent Number – Korozyon direncinin sayısal eşdeğeri) aşağıdaki formülle hesaplanır:

PREN = % Cr + 3,3 × % Mo + 16 × % N

Bu formülde, kilit elementlerin (ağırlık olarak) – krom, molibden ve nitrojen – yüzde katkısı, alaşımın çukurlaşmaya karşı direnç gösterme yeteneği ile ampirik olarak ilişkilidir. PREN değeri ne kadar yüksek olursa, alaşım oyuklaşma korozyonuna karşı o kadar dirençli olur.

Çalışma sırasında bakteri ve biyofilmler

Bakteriler çeşitli sularda ve topraklarda bulunur ve bazen çelik ekipman için tehdit oluşturabilir (sülfat indirgeyen bakteriler veya demir bakterileri gibi).

Biyofilmler ayrıca havuz koşullarında bir elektrokimyasal korozyon kaynağı olarak da hizmet edebilir. Biyofilmler, durgun bölgelerde su ile sürekli temas halinde olan yüzeylere yapışabilen mikroorganizma kolonileridir. Kendilerini kurduktan sonra bakteriler, koloniyi kaplayan ve onu dış etkilerden güvenilir bir şekilde koruyan yapışkan bir madde salgılamaya başlar.

Biyokirlenme ortamında insanlarda patojen olan Legionella pneumophila ve Pseudomonas spp. gibi patojenik mikroorganizmalar da yaşamakta ve aktif olarak çoğalmaktadır. Mikrobiyal bir koloni bir yüzey üzerine yerleştiğinde, onu tamamen ortadan kaldırmak imkansız değilse bile çok zor hale gelir. Su kütlesindeki aynı bakterilerle mükemmel bir şekilde mücadele eden dezenfektanlar, koloniyi kaplayan üst mukus tabakasını tamamen yok edemedikleri ve dezenfektanın nüfuz etmesini önledikleri için, birikimleri üzerinde etkili olmaya çalıştıklarında etkisizdirler. .

PVC yüzeyler biyolojik kirlenmeye çelikten daha yatkındır, ancak hiçbir malzeme biyolojik kirlenmeyi tamamen engellemez. Çelik yüzeyinde biyofilm oluşumu sırasında anodik ve katodik alanlar gelişebilir ve elektrokimyasal korozyonun odağını oluşturur.

Farklı metaller ve galvanik korozyon

Sulu bir ortama daldırıldığında birbirine elektriksel olarak bağlı iki metal, galvanik korozyona izin veren bir elektrik hücresi oluşturur. Potansiyel, voltaj olarak ifade edilir. Gerilimi en yüksek olan metal, üzerinde indirgeme işlemlerinin gerçekleştiği korozyon korumalı katot, diğeri ise üzerinde oksidasyon işlemlerinin gerçekleştiği kurban anottur. Potansiyel fark ne kadar büyük olursa, galvanik korozyonun itici gücü de o kadar büyük olur. Çözeltinin iyonik gücü (sudaki iyon sayısı) ve elektriksel iletkenliği de sistemin korozyon özelliklerini etkiler, bu nedenle genel olarak yüksek konsantrasyonda tuz ve özellikle klorür içeren sular, demineralize sulardan daha yüksek iyonik güce ve elektrik iletkenliğine sahiptir. Su çözümleri, düşük pH (asidik ortam).

Galvanik korozyona karşı ilk koruma önlemi, tasarım aşamasında iki farklı metalin birleşmesini önlemektir. Galvanik korozyonu etkileyen diğer faktörler, anot-katot oranı, galvanik reaksiyonu kolaylaştıran iyonların varlığı, iletken malzemelerde ve aralarındaki bağlantılarda akım akışına karşı dirençtir.

GOST R 50571.7.702-2013’e göre, tüm paslanmaz çelik gömülü elemanların topraklanması tavsiye edilir: “Havuzun 0, 1 ve 2 bölgesindeki tüm üçüncü taraf iletken parçalar, potansiyel eşitleme koruyucu iletkenleri ile koruyucu iletkenlere bağlanmalıdır.” .

Bununla birlikte, ürünün düzgün bir şekilde topraklandığı ve negatif bir potansiyele sahip olduğu, ancak mekanik olarak kaldırılan, zamanla yeniden ortaya çıkan paslı bir kaplama vardır. Bu, havuzda pozitif potansiyele sahip topraklanmamış bir metal elementin olduğunu, ipoteklerin yüzeylerine plak şeklinde düşen partikülleri kaybederek yok edildiğini gösterebilir. Zamanla, bu tür plak sert bir şekilde sabitlenir ve çıkarılması zorlaşır. Kaynak, havuzu beslemek için metal bir boru veya filtreleme veya eğlence devresindeki herhangi bir başka eleman olabilir. Bu elemanların ipoteklerle aynı devrede bulunması ve topraklanması gerekir.

Galvanik korozyona karşı korunma yollarından biri elektrokimyasal korumadır – ürüne dışarıdan bir elektrik akımı bağlandığında (doğru akım kaynağı veya koruyucu) ve korunan metalin yüzeyindeki anodik (yıkıcı) alanlar katodik hale gelir. (geri yükleme). Elektrokimyasal koruma metalin potansiyelinin kayma yönüne göre anot ve katot olarak ikiye ayrılır. Örneğin, halka açık havuzlar için XENOZONE SCOUT sistemleri aktif anot koruması ile donatılmıştır.

Su parametrelerinin yönetimi – her şeyden önce, pH değeri, tuz içeriği (mineralizasyon), sertlik ayrıca korozyon süreçlerini durdurmasa da yavaşlatmaya da izin verir. Alkali ortamlarda, kalsiyum bikarbonat Ca(HCO3)2 katmanlarının paslanmaz çeliğin yüzeyinde birikmesi koruyucu bir etki sağlayarak koruyucu bir mekanizma görevi görebilir.

Paslanmaz çelik ürünlerin çalıştırılması ve bakımı

Ekipmanın kurulumu ve işletimi sırasında, korozyon işlemlerini tetikleyebilecek faktörlerin etkisini dışlamak önemlidir.

Havuzun inşası genellikle uzun bir süreye yayılır – ve ekipmanın teslimi nadiren kurulumuyla aynı zamana denk gelir. Bu nedenle paslanmaz çelik ürünler havuzun kurulumu ve devreye alınması anına kadar ambalajlı, yağıştan ve dış etkilerden korunarak saklanmalıdır. Farklı metallerle, yapı karışımlarıyla, kimyasallarla temas olmamalıdır. Kaynak çalışmaları sırasında ürünler, erimiş metal sıçramalarına ve kıvılcımlara karşı güvenli bir şekilde korunmalıdır.

İşletme sırasında serbest klor ve özellikle klorür içeriğinin kontrol edilmesi gerekir. Paslanmaz çelik ürünlerin yakınında klor reaktiflerinin manuel olarak dozlanması yapılmamalıdır. Bu yerel aşırı serbest klor konsantrasyonlarına neden olur.

Kalsiyum birikintilerinin rutin bakımı ve temizliği için, yalnızca paslanmaz çelik için tasarlanmış özel ürünler (genellikle sitrik, nitrik veya fosforik asit bazlı ) kullanılmalıdır. Bu tür özel paslanmaz çelik bakım ürünleri, havuz kimyası üreticilerinden temin edilebilir. Yağ lekeleri (cilalı yüzeydeki dokunma izleri) etil alkol ile temizlenebilir. Mekanik temizlik için sert aşındırıcı kalıntılar içermeyen yumuşak sentetik fırçalar, kumaşlar, peçeteler, süngerler kullanılır.

Hidroklorik asit bazlı ürünler, aşındırıcı malzemeler, sert metal fırçalar kullanılmasına izin verilmez. Klor içeren ev ürünleri dikkatli kullanılmalıdır – aşırı konsantrasyonlarda klor içerebilirler.

Yüzey korozyon birikintileri, nitrik veya fosforik asit bazlı ürünler kullanılarak giderilebilir. Üründe derin hasar varsa, metalin “yeme” izleri – o zaman pasif tabakayı eski haline getirmek için zorunlu müteakip işleme ile hasarın mekanik olarak giderilmesi (taşlama / cilalama) gerekli olacaktır – çoğu zaman bu, özel aşındırma bileşimleriyle yapılır. Yüksek asit konsantrasyonu, ardından alkali ile nötralizasyon – bu faaliyetler özel güvenlik önlemleri gerektirir ve en iyi şekilde fabrikada gerçekleştirilir.

İnceleme, Su ve Tuzdan Arındırma Endüstrilerinde Paslanmaz Çeliğin Kullanımına Yönelik Kılavuz İlkeler, Su Araştırma Vakfı 2015, deneyimlerimiz ve açık İnternet kaynaklarından alınan materyaller kullanılarak hazırlanmıştır.