Zastosowanie stali nierdzewnych do budowy jachtów

17-07-2018

Mimo rosnącej popularności innych materiałów konstrukcyjnych (tworzyw sztucznych, materiałów kompozytowych, stopów aluminium i miedzi) stal nierdzewna wciąż stanowi nieodłączny element wyposażenia łodzi i jachtów.

Materiały stosowane w konstrukcjach morskich muszą spełniać wymagania wytrzymałościowe (być dostatecznie wytrzymałe) oraz wykazywać odpowiednią odporność korozyjną. Dlatego doskonale sprawdzają się tu stale nierdzewne. Są to zarówno klasyczne stale austenityczne, ale też stopy dwufazowe duplex, stale umacniane wydzieleniowo, jak i austenityczne wysokostopowe gatunki o dużej wytrzymałości.

Jakie gatunki

Wciąż podstawowym materiałem stosowanym do budowy elementów wyposażenia pokładów jachtów jest austenityczna stal nierdzewna typu AISI 316 i jego odmiany (1.4401/1.4404/1.4571). Dopuszcza się je do budowy elementów cyklicznie spryskiwanych przez wodę i elementów o nieciągłym kontakcie z wodą morską. Dla elementów na stałe zanurzonych w wodzie morskiej (np. kadłub jachtu) zaleca się wysokostopowe austenityczne stale nierdzewne z 6% dodatkiem molibdenu (1.4547, 1.4529). Z powodzeniem można także stosować gatunki duplex (np. 1.4462), które charakteryzacją się wysoką wytrzymałością, co umożliwia zmniejszenie wagi konstrukcji przez redukcję grubości elementów. Ostatnie próby potwierdziły także możliwość budowy kadłubów łodzi ze stali ferrytyczno-austenitycznej typu super-duplex 1.4410 (S32750). Gatunki duplex zaleca się do wód brakicznych (o mniejszym stężeniu chlorków niż woda morska). Dla eksploatacji w wodzie morskiej stosuje się gatunki super-duplex (1.4410), które dopuszcza się do bezpośredniego i długotrwałego kontaktu w wodą morską (zastosuje się je również w konstrukcjach morskich platform wiertniczych) [1].

Do budowy takich elementów, jak wirniki napędowe, pompy oraz wały stosuje się gatunek typu AISI 316 oraz bardziej stopowane odmiany austenitycznych stali nierdzewnych. Jednak należy zadbać o to, aby wykonane z nich elementy nie pozostawały przez długi czas w bezruchu. Dla zminimalizowania negatywnych skutków statycznego oddziaływania słonej wody stosować można ochronę katodową. [2]

Stale nierdzewne powszechnie stosuje się do produkcji przeróżnych akcesoriów wykorzystywanych w przemyśle morskim. Chodzi m.in. o liny, haki, śruby, kosze dziobowe, pachołki, knagi cumownicze, relingi, uchwyty dla pasażerów, zbiorniki paliwai wiele innych elementów (tabl. 1). Do wytwarzania osprzętu i wyposażenia łodzi i jachtów najczęściej stosuje się dwa gatunki stali austenitycznej nierdzewnej: typu AISI 304 (A2) i AISI 316 (A4). W niektórych przypadkach jako stal typu AISI 316L oprócz klasycznie stosowanego gatunku 1.4404 stosuje się także odpowiedniki o podwyższonym stężeniu pierwiastków stopowych (Cr, Ni, Mo) – czyli gatunki 1.4432, 1.4435 także klasyfikowane jako AISI 316L. Elementy układu wydechowego jachtów i statków wytwarza się ze stali austenitycznej typu AISI 316L, 1.4541, 1.4529. Dla elementów o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych i odporności na ścieranie (wały śrub napędowych) oprócz gatunku 1.4401 stosuje się stale nierdzewnetypu duplex 1.4462, 1.4410, gatunek austenitycznej stali nierdzewnej umacnianej wydzieleniowo 1.4542 oraz wysokowytrzymałe austenityczne stopy niklu, np. 2.4602(N06022, alloy 22) [3].

Skład chemiczny to nie wszystko

Odporność na korozję stali nierdzewnych, oprócz składu chemicznego, zależy w dużej mierze od chropowatości powierzchni. Powierzchnia gładsza (polerowana) wykazuje wyższą odporność korozyjną niż powierzchnia chropowata, przy tym samym składzie chemicznym stali. Na powierzchni chropowatej preferencyjnie zalega brud, osad bogaty w chlorki, co przy utrudnionym jej zmywaniu powoduje rozwój korozji powierzchni. Powierzchnia gładka łatwo się zmywa a niska chropowatość powierzchni przeciwdziała akumulacji chlorków niszczących warstwę pasywną.

Z tego względu aplikacje narażone na wysokie stężenie chlorków, tak jak w przypadku wyposażenia jachtów, wymagają gładkiego wykończenia powierzchni, które będzie łatwo zmywalne (w sposób naturalny lub wymuszony) oraz będzie sprzyjać odbudowie warstwy pasywnej. W takich zastosowaniach preferuje się polerowaną (na lustro) powierzchnię uzyskaną przez wykończenie mechaniczne lub elektropolerowanie wraz z kolejną pasywacją chemiczną. Obróbka wykańczająca powierzchni spoin wymaga dokładnej obróbki, także przez miejscowe wytrawianie elektrolityczne. Elektropolerowanie i wytrawianie elektrolityczne zapewniają bardzo gładkie i równomierne wykończenie powierzchni o niskiej chropowatości, co zabezpiecza przed przebarwieniami powierzchni w okolicach spoin i w miejscach stagnacji wody nasyconej w chlorki.

Zaletą elektropolerowania jest możliwość uzyskania w jednym procesie obróbki wykończenia powierzchni o wysokiej odporności korozyjnej przy atrakcyjnym aspekcie wizualnym. Kolejna zaleta to dość krótki czas obróbki i możliwość jej stosowania dla najbardziej popularnych gatunków austenitycznych, które szczególnie dobrze nadają się do tego procesu. Umożliwia on też dużą powtarzalność oraz nadaje się do stosowania dla elementów o skomplikowanych kształtach. Elektropolerowanie zapewnia maksymalną odporność korozyjną powierzchni. Ponadto zmniejsza poziom naprężeń szczątkowych powierzchni obrabianych mechanicznie, co wpływa na podwyższenie ich wytrzymałości zmęczeniowej. Proces odbywa się kąpielowo dla całych elementów. Na podobnej zasadzie działa wytrawianie elektrolityczne stosowane do obróbki małych powierzchni i detali.

Zastosowanie elektropolerowania dla gatunku 1.4301 podwyższa jego odporność korozyjną do poziomu stali 1.4401 z wykończeniem 2B. Proces elektropolerowania jest często stosowany dla aplikacji przeznaczonych do agresywnych środowisk eksploatacji, jak np. osprzęt do jachtów. W innych zastosowaniach jego użycie wynika także z konieczności zachowania wysokich wymogów higienicznych, jak w przemyśle farmaceutycznych.

Stal nierdzewna wymaga czyszczenia i konserwacji

Dla wszystkich elementów wyposażenia jachtów ze stali nierdzewnych, zwłaszcza takich, które są cyklicznie spryskiwane przez wodę morską należy przestrzegać wymogów okresowego czyszczenia powierzchni – spłukiwania słodką wodą oraz wycierania do sucha wraz z cyklicznym polerowaniem/natłuszczaniem (środki czyszczące z woskiem).

Proces czyszczenia powierzchni jest niezwykle istotny dla odporności korozyjnej stali nierdzewnych. Pozostawione na powierzchni skropliny wody, zwłaszcza morskiej, z czasem odparowują prowadząc do koncentracji zanieczyszczeń chlorkowych i osadu soli. W takich miejscach preferencyjnie rozwinie się korozja powierzchniowa, która z czasem może także doprowadzić do korozji wżerowej i szczelinowej. Cykliczne zmywanie powierzchni usuwa nadmiar soli i innych zanieczyszczeń przyspieszając naturalny proces odbudowy warstwy pasywnej.

Zbigniew Brytan, Politechnika Śląska, ekspert SSN

Tablica 1. Przykłady zastosowań gatunków stali nierdzewnych w wyposażeniu łodzi i jachtów oraz aplikacjach morskich

Zastosowanie/aplikacja	Gatunek: numer i znak EN / (UNS/AISI/ nazwa handlowa)
drabiny jachtowe, kausze do lin, zaciski do lin, karabińczyki i raksy, knagi, półkluzy, okucia masztu i bomu, przejścia burtowe (szpigat, odpływ o różnej średnicy przyłącza), obręcze, półkola, D-ringi, sworznie, zawleczki, kółka do kluczy, słupki relingowe, osprzęt do montażu pasów relingowych, szekle snapszekle, kratki wentylacyjne, zawiasy, podnośniki i uchwyty denne, przelotki na liny (kute, blaszane), zbiorniki paliwa, elementy złączne	1.4301/1.4307 (AISI 304/304L) 1.4401/1.4404 (AISI 316/316L)
elementy wyposażenia podkładu jachtów i łodzi – łańcuchy do kotwic, liny, obudowy sprzętu i wyposażenia, poręcze, szekle	1.4542 (17/4 PH)
wały śrub napędowych	1.4401 (AISI 316) wody słodkie i brakiczne, 1.4462 (2205), 1.4410 (2507), 1.3964 (S20910, Nitronic 50), 2.4602 (N06022, alloy 22), 1.4542 (17/4 PH)
elementy zanurzone poniżej linii wody – rurociągi, okratowanie dla oleju, ścieków, wody, wymienniki ciepła na statkach, wyposażenie mocowane do kadłuba łodzi i statków, elementy w długotrwałym kontakcie z wodą morską – wyciągarki pomp, zbiorniki magazynowe wody morskiej	1.4547 (254 SMO) 1.4529 (alloy 25-6MO)
elementy układu wydechowego jachtów i statków	1.4404 (AISI 316L), 1.4541 (AISI 321), 1.4529 (alloy 25-6MO)

Literatura

[1]. Stainless Steel Applications – Marine, ISSF, International Stainless Steel Forum, www.worldstainless.org

[2]. Brian Todd, Nickel-Containing Materials in Marine and Related Environments (10011), www.nickelinstitute.org

[3]. Propelling the boating world, International Molybdenum Association, IMOA, MolyReview 1/2016, 5-8, www.imoa.info