Korozja atmosferyczna w tunelach drogowych

Zastosowanie stali nierdzewnej w podstawowych gatunkach austenitycznych serii
304 lub 316 jest coraz bardziej popularne w otaczającym nas świecie. Postęp
techniczny stwarza jednak nowe możliwości wykorzystania nierdzewki. Trudność
polega tylko na odpowiednim doborze gatunku tak, aby nowe rozwiązanie okazało
się lepsze i prawdziwie opłacalne – pisze Tomasz Olej, prezes Hempel Special

Metals.

Głównym czynnikiem determinującym stopień korozji jest klimat. Im wilgotniej tym
gorzej dla zastosowanej stali. Jedna z tabel prezentowanych poniżej przedstawia
parametry klimatyczne w wybranych europejskich tunelach drogowych (w naszym
klimacie, przy długich zimach, warunki panujące wewnątrz podobnych konstrukcji są
analogiczne). Dodając do nich związki ołowiu znajdujące się w atmosferze i emisję
pozostałych metali ciężkich związaną z eksploatacją samochodów (wyciekające
płyny silnikowe, spalanie oleju napędowego), sadzę (powstającą przy ścierających
się oponach), azbest (tarcze sprzęgła, okładziny hamulcowe) oraz rozpuszczoną sól i
stałą wilgoć, otrzymujemy jedno z najgorszych środowisk dla stali nierdzewnych.
Agresywna atmosfera
Pomiary wykazały, że elementy tunelu, które są regularnie czyszczone mają osad
chlorków o pH powyżej 5,5. W przypadku elementów nieczyszczonych powstaje
na powierzchni stali warstwa chlorów. Jest ona silnie higroskopijna (podatna na
wchłanianie wilgoci), co powoduje przyspieszoną korozję wżerową. Chlorki oraz
spaliny z ołowiem i tlenkami (SO2 i NOx) tworzą w połączeniu z parą wodną
mieszaninę wszystkich możliwych kwasów. Dwutlenek siarki obniża odporność stali
na korozję szczelinową. W tunelu wytwarza się sytuacja podobna do tej na krytych
basenach, gdzie wilgoć i wysoka temperatura powodują, że materiały serii 316 L
okazują się niewystarczające. W takim otoczeniu stal może pokryć się warstwą
korozji już po kilku dniach. Image by tunelko via Flickr

Dobór odpowiedniego gatunku stali
Wybór materiału zależy od wielu czynników. Odporność na korozję, najczęściej szczelinową, nie powinna być zbyt wysoka, aby nie spowodować nieuzasadnionego
wzrostu kosztów materiału, ale też i zbyt niska, aby zapewnić oczekiwaną wytrzymałość. Według moich informacji, w polskich tunelach stosowana jest stal w gatunku 1.4571.
Doświadczalnie możemy dokonać obliczeń i dobrać stal na podstawie równania PRE
(Pitting Resistance Equivalent; PRE=%Cr+3,3Mo%+30N%). Im wyższa liczba PRE
tym lepsza odporność na korozję. Składniki chemiczne wybranych stali nierdzewnych
i ich liczbę PRE przedstawia kolejna z prezentowanych obok tabel. Pokazuje ona,
że im większa zawartość chromu i molibdenu w stopie tym większa odporność
na korozję. Typowe stale austenityczne nie będą więc odpowiednie do tuneli
drogowych. Badanie przeprowadzone na stali duplex 1.4462 (PRE 32) w tunelu
Świętego Gotarda pokazały nieakceptowany poziom korozji wżerowej. Dopiero przy
stopach niklu powyżej PRE 40 można powiedzieć, że stal ma dobrą odporność na
środowisko tworzące się w tunelu drogowym.
Image by guevonaso via Flickr

Najczęściej stalowe elementy tunelu są skręcane śrubami lub spawane. Wiele z
tych miejsc jest niedostępnych podczas kontroli lub przy rutynowym czyszczeniu.
To oznacza, że materiały muszą być dobrane tak, aby miały możliwie długi czas użytkowania. Analizując tabelę z informacjami o liczbie PRE widać, że dostępne są dwa gatunki stali ze współczynnikiem powyżej 40: stal stopowa w gatunku 1.4529 z sześcioprocentową zawartością molibdenu, zwyczajowo nazywaną 6Mo, oraz 1.4547 (254SMO).

W Niemczech dobór stali do konstrukcji jest uregulowany w dokumencie rządowym
– Bauaufsichtliche Zulassung Z-30. Podane są w nim cztery kategorie środowisk
atmosferycznych, w których mogą pracować stale nierdzewne. Tunele drogowe
należą do konstrukcji o najwyższym zagrożeniu korozyjnym. Nakazuje się
stosowanie do ich budowy stali 1.4565, 1.4529, 1.4547.

Bazując na wzorcach niemieckich i szwajcarskich można stwierdzić, że tylko stal

1.4529 daje całkowitą gwarancję odporności na korozję wżerową oraz szczelinową.
Wówczas wykonana konstrukcja będzie służyła przez lata, bez potrzeby zamykania
tunelu i wymiany zardzewiałych elementów, które mogłyby zagrażać bezpieczeństwu
ruchu drogowego.
Image via Wikipedia
Tabelka
Tunel Św. Gottharda (Szwajcaria, długość 17 km) w roku 2006 przejechało 5,5 mln samochodów, San Bernardino (Szwajcaria, 6,6 km) ma przejezdność 2,2 mln samochodów na rok. W Europie jest olbrzymia ilość tuneli, od małych po te największe. W Polsce sytuacja wygląda o wiele skromniej. Nasz obecnie najdłuższy tunel, Emilia na drodze ekspresowej S 69 Żywiec – Zwardoń, ma długość 670 metrów.

Wszystkie wymienione gatunki są dostępne w firmie HEMPEL SPECIAL METALS - sponsora tego artykułu - dystrybutora stali nierdzewnych oraz stopów niklu i tytanu.

Fragment oferty  Hempel Special Metals.

Hempel Special Metals proponuje swoim klientom dostarczenie oprócz cięcia z kręgów cienkich blach ( od 0,5 mm do 3 mm - w naszym centrum serwisowym w Sosnowcu), również cięcie grubszych nawet do 12 mm - cięcie z kręgów, oraz do 150 mm w przypadku zastosowania cięcia plazmowego. W stosunku do konkurencji staramy się dostarczać materiał w stosunkowo krótkim czasie. Regułą jest max czas 5 dni gdy korzystamy z polskiego składu  i 10 dni gdy ściągamy materiał z zagranicy. Wachlarz materiałów, które proponujemy jest szeroki:

Ferryty: gat.1.4016; 1.4512; 1.4000; 1.4003; 1.4505

Austenity: gat. 1.4301; 1.4307, 1.4306; 1.4541; 1.4404; 1.4435; 1.4436; 1.4571; 1.4539

Austenoferryty (duplex): gat. 1.4462; 1.4410

W krótki czasie realizujemy gat żarodporne i to zarówno te tańsze ferrytyczne: np; 1.4724; 1.4742; 1.4762 jak i te droższe austenityczne; 1.4828; 1.4845; 1.4841.

Osobną dywizją działalności firmy Hempel Special Metals jet dystrybucja stopów niklu i tytanu.

W sprawie zakupów proszę o kontakt pod numerem:

515 - 223 - 796 

       Krążki blachy przygotowane do cięcia
                         ( gdzieś w Chinach)