ประเภทของการกัดกร่อน

ประเภทของการกัดกร่อน

การกัดกร่อนที่เกิดขึ้นสม่ำเสมอทั่วผิวหน้า
การกัดกร่อนประเภทที่รู้จักกันดีที่สุดนั้นยังตรวจพบและคาดการณ์ได้ง่ายที่สุดการกัดกร่อนทั่วไปจะนำไปสู่ความล้มเหลวที่เลวร้าย ด้วยเหตุนี้ การกัดกร่อนทั่วไปจึงมักถูกมองว่าเป็นสิ่งที่ไม่สวยงามมากกว่าที่จะเป็นปัญหาที่ร้ายแรง การกัดกร่อนทั่วไปเกิดขึ้นค่อนข้างสม่ำเสมอบนพื้นผิวโลหะ ต้องคำนึงถึงการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของความหนาของผนังของส่วนประกอบเมื่อคำนวณค่าแรงดัน

วิธีการก่อตัว
ในสภาพแวดล้อมทางทะเลหรือสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนอื่นๆ พื้นผิวของเหล็กคาร์บอนหรือโลหะผสมต่ำจะเริ่มสลายตัว ทำให้เกิดตะกรันออกไซด์ของเหล็กซึ่งค่อยๆ หนาขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งหลุดออกและเกิดตะกรันใหม่ขึ้น

สามารถวัดได้จาก
- ความเร็วในการหดตัวของวัสดุในแต่ละปี ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่ได้รับการปกป้องอาจหดตัว 1 มม. ในสภาพแวดล้อมทางทะเลทุกปี
- น้ำหนักที่ลดลงของโลหะผสมเมื่อสัมผัสกับของเหลวที่กัดกร่อน โดยทั่วไปวัดเป็นมิลลิกรัมต่อตารางเซนติเมตรของวัสดุที่สัมผัสต่อวัน

โซลูชันที่เป็นไปได้
สแตนเลส 316/316L; โลหะผสม 6-Moly; โลหะผสม 2507; โลหะผสม 825; โลหะผสม 625; โลหะผสม C-276; โลหะผสม 400

การกัดกร่อนแบบหลุมเฉพาะที่ในสื่อที่มีคลอไรด์

การกัดกร่อนแบบหลุมทำให้เกิดโพรงขนาดเล็กหรือหลุมบนพื้นผิวของวัสดุ แม้ว่าจะตรวจพบได้ด้วยการตรวจดูด้วยสายตาอย่างละเอียด แต่หลุมเหล่านี้อาจเติบโตลึกจนทะลุท่อได้ หลุมมักพบในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูงที่อุณหภูมิสูง

การเกิด
เมื่อชั้นป้องกันของออกไซด์ (หรือชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟ) บนพื้นผิวของโลหะแตกสลาย โลหะจะไวต่อการสูญเสียอิเล็กตรอน ส่งผลให้เหล็กในโลหะละลายกลายเป็นสารละลายที่ก้นหลุมที่เป็นขั้วบวกมากขึ้น แพร่กระจายไปทางด้านบน และออกซิไดซ์เป็นออกไซด์ของเหล็กหรือสนิม ความเข้มข้นของสารละลายคลอไรด์ของเหล็กในหลุมอาจเพิ่มขึ้นและกลายเป็นกรดมากขึ้นเมื่อหลุมลึกขึ้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลให้หลุมเติบโตเร็วขึ้น ผนังท่อเกิดรูพรุน และเกิดการรั่วซึม

ค่า PREN ที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมที่สูงขึ้น
การกัดกร่อนแบบหลุมสามารถป้องกันได้ดีที่สุดโดยการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสม สามารถเปรียบเทียบโลหะและโลหะผสมที่แตกต่างกันได้โดยใช้ค่าความเท่าเทียมของความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุม (PREN) ซึ่งคำนวณจากองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ PREN จะเพิ่มขึ้นตามระดับโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนที่สูงขึ้น

โซลูชันที่เป็นไปได้
โลหะผสม 6 โมลิบดีนัม; โลหะผสม 2507; โลหะผสม 825; โลหะผสม 625; โลหะผสม C-276; โลหะผสม 400

การกัดกร่อนในช่องว่างเฉพาะที่ในสื่อที่มีคลอไรด์

ในระบบของไหล (fluid system) ทั่วไป รอยแยกจะเกิดขึ้นระหว่างท่อและตัวรองรับท่อหรือที่ยึดท่อ ระหว่างท่อที่อยู่ติดกัน และใต้สิ่งสกปรกและตะกอนที่อาจสะสมอยู่บนพื้นผิว รอยแยกเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการติดตั้งท่อ และรอยแยกที่แคบจะก่อให้เกิดอันตรายสูงสุดต่อการกัดกร่อน

การเกิดสนิม
การกัดกร่อนแบบรอยแยกเริ่มต้นจากการสลายตัวของชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟที่ปกป้องโลหะ เช่นเดียวกับการกัดกร่อนแบบหลุม การสลายตัวนี้ส่งผลให้เกิดรอยแยกเล็กๆ รอยแยกจะขยายใหญ่ขึ้นและลึกขึ้นจนกระทั่งปกคลุมรอยแยกทั้งหมด
ในบางพื้นที่ ท่ออาจมีรูพรุน การกัดกร่อนแบบรอยแยกเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าการกัดกร่อนแบบหลุมมาก

เรื่องของวัสดุ
เมื่อน้ำทะเลแพร่กระจายเข้าไปในรอยแยก ไอออน Fe++ บางส่วนจะละลายและไม่สามารถแพร่กระจายออกจากรอยแยกที่แคบได้อย่างรวดเร็ว ในน้ำเกลือ ไอออนคลอไรด์ที่มีประจุลบ (Cl-) จะถูกดึงดูดโดยไอออน Fe++ ที่มีประจุบวกเหล่านี้ และเริ่มแพร่กระจายเข้าไปในรอยแยก เมื่อความเข้มข้นของคลอไรด์เพิ่มขึ้น สารละลายในรอยแยกจะกัดกร่อนมากขึ้น ทำให้เหล็กละลายมากขึ้น ซึ่งจะดึงดูดไอออนคลอไรด์ให้แพร่กระจายเข้าไปในรอยแยกมากขึ้น ในที่สุด สารละลายในรอยแยกจะเปลี่ยนเป็นสารละลายกรดที่มีความเข้มข้นของคลอไรด์สูง ซึ่งกัดกร่อนได้มาก

โซลูชันที่เป็นไปได้
โลหะผสม 6 โมลิบดีนัม; โลหะผสม 2507; โลหะผสม 825; โลหะผสม 625; โลหะผสม C-276; โลหะผสม 400

การแตกร้าวจากการกัดกร่อนในสื่อที่มีคลอไรด์

การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) เป็นอันตรายเพราะสามารถทำลายชิ้นส่วนได้เมื่อความเค้นต่ำกว่าค่าความแข็งแรงผลผลิตของโลหะผสม ในกรณีที่มีไอออนคลอไรด์ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกจะไวต่อ SCC ไอออนจะทำปฏิกิริยากับวัสดุที่ปลายรอยแตกร้าวซึ่งเป็นจุดที่ความเค้นดึงสูงที่สุด ทำให้รอยแตกร้าวขยายตัวได้ง่ายขึ้น ในขณะที่กำลังเกิดขึ้น SCC อาจตรวจจับได้ยาก และอาจเกิดความล้มเหลวขั้นสุดท้ายได้ทันที

วิธีการเกิดขึ้น
SCC จะเกิดขึ้นได้นั้น ต้องมีเงื่อนไข 3 ประการพร้อมกัน

- โลหะจะต้องไวต่อการเกิด SCC
- ต้องมีสภาพแวดล้อม (ของไหลหรืออุณหภูมิ) ที่เอื้อต่อการเกิด SCC
- แรงดึง (ที่ใช้ + แรงตกค้าง) จะต้องสูงกว่าระดับวิกฤต

โซลูชันที่เป็นไปได้
โลหะผสม 6 โมลิบดีนัม; โลหะผสม 2507; โลหะผสม 825; โลหะผสม 625; โลหะผสม C-276; โลหะผสม 400

ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นแสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่อ SCC ที่เกิดจากคลอไรด์ที่สูงขึ้น

SSC1

การแตกร้าวจากก๊าซเปรี้ยวหรือการแตกร้าวจากความเครียดของซัลไฟด์ที่ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) สูง

การแตกร้าวจากก๊าซเปรี้ยว หรือที่เรียกว่าการแตกร้าวจากความเค้นซัลไฟด์ (SSC) คือการเสื่อมสภาพของโลหะอันเนื่องมาจากการสัมผัสกับไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และความชื้น H2S จะกัดกร่อนอย่างรุนแรงเมื่อมีน้ำ สภาวะดังกล่าวอาจทำให้วัสดุเปราะบางลง ส่งผลให้เกิดการแตกร้าวจากแรงดึงและการกัดกร่อนร่วมกัน

วิธีการก่อตัว
ความเสี่ยงของ SSC จะเพิ่มขึ้นเมื่อปัจจัยต่อไปนี้เพิ่มขึ้น
- โลหะจะต้องอ่อนไหวต่อ SSC
- สภาพแวดล้อมจะต้องมีความเปรี้ยวเพียงพอ (มี H2S สูง)
- แรงดึง (ที่ใช้ + ตกค้าง) จะต้องสูงกว่าระดับวิกฤต

ความเสี่ยงต่อ SSC ที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นเมื่อมีปริมาณสิ่งต่อไปนี้เกิดขึ้นมากขึ้น เมื่อเทียบกับวัสดุที่มีโอกาสเกิด SSC น้อยกว่า
- ความแข็งของวัสดุ/ความแข็งแรงในการดึง
- ความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจน (ค่า pH ต่ำกว่า)
- แรงกดบางส่วนของ H2S
- แรงดึงทั้งหมด (ที่ใช้ + แรงตกค้าง)
- เวลาสัมผัส

ความเสี่ยงของ SSC จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งเป็นช่วงที่วัสดุมีแนวโน้มจะเหนียวน้อยกว่า
เรื่องของวัสดุ
มาตรฐาน NACE MR0175/ISO 15156 อธิบายถึงวัสดุที่เหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีกรดกัดกร่อนในการผลิตน้ำมันและก๊าซ สำหรับความช่วยเหลือเพิ่มเติมในการเลือกส่วนประกอบสำหรับแหล่งน้ำมันที่มีกรดกัดกร่อน โปรดดูที่ การเลือกส่วนประกอบของระบบไหลสำหรับใช้ในแหล่งน้ำมันที่มีกรดกัดกร่อน

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้

โลหะผสม 825; โลหะผสม 625; โลหะผสม C-276; โลหะผสม 400

Hydrogen Embrittlement 2

การแตกเปราะจากไฮโดรเจน

อะตอมไฮโดรเจนสามารถแพร่กระจายเข้าไปในโลหะ ทำให้โลหะเปราะได้ วัสดุทุกชนิดที่เปราะเนื่องจากไฮโดรเจนยังเปราะบางและแตกร้าวจากการกัดกร่อนได้ด้วยเช่นกัน

มันเกิดขึ้นได้อย่างไร
การแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้หากโลหะอยู่ภายใต้แรงดึงแบบสถิตหรือแบบวงจร ไฮโดรเจนสามารถทำให้คุณสมบัติเชิงกลและพฤติกรรมของโลหะเปลี่ยนแปลงไป รวมถึง:

- ความเหนียวลดลง (การยืดออกและการลดพื้นที่)
- ความแข็งแรงต่อแรงกระแทกและความเหนียวแตกหักลดลง = พฤติกรรมความล้าเพิ่มขึ้น

การเปราะเนื่องจากไฮโดรเจนสามารถหลีกเลี่ยงการได้โดยเลือกใช้วัสดุที่ทนต่อไฮโดรเจน เช่น โลหะผสมออสเทนนิติกที่มีปริมาณนิกเกิลระหว่าง 10% ถึง 30%

โลหะผสมเฟอร์ริติกที่มีปริมาณนิกเกิลต่ำมากจะเปราะได้มาก ในขณะที่โลหะผสมออสเทนนิติกที่มีปริมาณนิกเกิลระหว่าง 10% ถึง 30% จะเปราะได้เพียงเล็กน้อย
ที่มา: G.R. Caskey, Hydrogen Compatibility Handbook for Stainless Steels (1983)

โซลูชั่นที่เป็นไปได้
สแตนเลส 316/316L

การกัดกร่อนระหว่างเม็ดเกรน

ในการทำความเข้าใจการกัดกร่อนระหว่างเกรน (IGC) ให้พิจารณาว่าโลหะทั้งหมดประกอบด้วยเกรนแต่ละเม็ด ในแต่ละเกรน อะตอมจะถูกจัดเรียงอย่างเป็นระบบจนเกิดโครงตาข่ายสามมิติ IGC โจมตีวัสดุตามขอบเกรน (ซึ่งเป็นจุดที่เกรนที่ประกอบเป็นโลหะมาบรรจบกัน)

มันเกิดขึ้นได้อย่างไร
ในระหว่างการเชื่อม การอบชุบด้วยความร้อน หรือการสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูง คาร์ไบด์อาจเริ่มก่อตัวขึ้นที่ขอบเกรน ตะกอนคาร์ไบด์เหล่านี้อาจขยายตัวมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป การก่อตัวของคาร์ไบด์นี้ส่งผลต่อการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของธาตุต่างๆ ภายในโลหะ โดยแย่งธาตุสำคัญ เช่น โครเมียม จากวัสดุที่อยู่ติดกับขอบเกรน เมื่อของเหลวที่กัดกร่อน (เช่น กรด) โจมตีบริเวณที่โครเมียมหมดไป อาจเกิดรอยแตกร้าวตามขอบเกรนได้ รอยแตกร้าวเหล่านี้อาจแพร่กระจายไปทั่ววัสดุและไม่ถูกตรวจพบ ทำให้ IGC กลายเป็นการกัดกร่อนที่อันตราย

โซลูชั่นที่เป็นไปได้
สแตนเลส 316/316L

การกัดกร่อนแบบกัลวานิกเมื่อมีอิเล็กโทรไลต์

การกัดกร่อนแบบกัลวานิกเกิดขึ้นเมื่อวัสดุที่มีศักย์อิเล็กโทรดที่ไม่เท่ากันสัมผัสกันโดยมีอิเล็กโทรไลต์อยู่
ชั้นพาสซีฟบนสเตนเลสประกอบด้วยฟิล์มออกไซด์โครเมียมบางมากที่ก่อตัวขึ้นโดยอัตโนมัติในอากาศแวดล้อมและปกป้องวัสดุจากการกัดกร่อน ชั้นพาสซีฟทำให้วัสดุมีคุณภาพสูงขึ้นและมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนน้อยลง ความเข้ากันได้ของโลหะสามารถกำหนดได้จากดัชนีอะโนดิก ซึ่งอธิบายถึงความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้าของโลหะที่วัดในน้ำทะเลเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรดมาตรฐาน

SCE ย่อมาจาก Saturated Calomel Electrode ดัชนีอะโนดิก: วัสดุที่มีค่าสูงที่มี "พื้นผิวแบบพาสซีฟ" จะไม่ไวต่อการกัดกร่อนแบบกัลวานิกเท่ากับวัสดุที่มีค่าต่ำกว่าหรือวัสดุที่มีค่าสูงที่มี "พื้นผิวแบบแอ็คทีฟ" ในแผนภูมินี้ แมกนีเซียมเป็นวัสดุที่มีค่าสูงน้อยที่สุด และกราไฟต์เป็นวัสดุที่มีค่าสูงที่สุด

วิธีการก่อตัว
เมื่อความต่างศักย์ระหว่างโลหะต่างชนิดสองชนิดในสภาพที่มีอิเล็กโทรไลต์มากเกินไป ชั้นเฉื่อยของวัสดุก็จะเริ่มสลายตัว

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้
เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนแบบกัลวานิก ให้เลือกวัสดุที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าไม่เกิน 0.2V ตัวอย่างเช่น ข้อต่อสแตนเลส 316 (-0.05V) พร้อมท่อ 6-Moly (0.00V) จะทำให้มีแรงดันไฟฟ้าระหว่างโลหะผสมทั้งสองชนิดที่ 0.05V แรงดันไฟฟ้านี้ต่ำกว่า 0.2V อย่างเห็นได้ชัด ซึ่งหมายความว่าความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนแบบกัลวานิกนั้นต่ำ




ดาวน์โหลดคู่มือการเลือกวัสดุ

อ้างอิงจาก 
1 พิมพ์ซ้ำจาก Science Direct, เล่มที่ 1, ฉบับที่ 3, S.M.R. Ziaei, A.H. Kokabi, M. Nasr-Esehani, การแตกร้าวจากการกัดกร่อนด้วยความเครียดซัลไฟด์และการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนของตัววาล์วควบคุมการไหลของหัวบ่อน้ำมัน A216-WCC กรณีศึกษา หน้า 223-224 กรกฎาคม 2556 ได้รับอนุญาตจาก Elsevier
2 ภาพการเปราะจากไฮโดรเจนโดย Salim Brahimi, IBECA Technologies Corp.