utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju nehrđajućih čelika
TRANSCRIPT
SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI ODJEL ZA STRUČNE STUDIJE
ODSJEK ZA KONSTRUKCIJSKO STROJARSTVO
IVAN VRLJIČAK
ZAVRŠNI RAD
UTJECAJ ZAOSTALIH NAPREZANJA NA KOROZIJU NEHRĐAJUĆIH ČELIKA
Split rujan 2012
SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI ODJEL ZA STRUČNE STUDIJE
ODSJEK ZA KONSTRUKCIJSKO STROJARSTVO
PREDMET MATERIJALI II
ZAVRŠNI RAD KANDITAT Ivan Vrljičak TEMA ZAVRŠNOG RADA Utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju nehrđajućih čelika MENTOR Igor Gabrić pred
Split rujan 2012
SADRŽAJ
SAŽETAK 2
10 UVOD 3
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA 3
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 5
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 7
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 11
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
13
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 13
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 15
30 PLANIRANJE POKUSA 17
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA 17
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE 18
33 STANJE POKUSA 20
34 PLAN POKUSA 21
40 PROVEDBA POKUSA 22
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA NEOPTEREĆENE EPRUVETE 22
42 PROVEDBA POKUSA 23
43 REZULTATI ISPITIVANJA 24
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE 28
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA 30
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU 30
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU 35
ZAKLJUČAK 40
LITERATURA 41
2
SAŽETAK
U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno
austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje
literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski
pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u
praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju
Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku
vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju
nehrđajućih čelika
Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog
kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije
o utjecajnim faktorima
SUMMARY
In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic
primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of
literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic
examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of
practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive
media for long time
Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea
water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the
corrosion of stainless steel
The experiment was processed on the software Design expert Applying the central
composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of
the influential factors on strength and elongation
3
10 UVOD
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA
Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji
sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna
količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-
oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti
materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju
oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena
oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do
pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku
lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi
površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje
korozijskih procesa
Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]
Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE
klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled
kemijskog sastava nehrđajućih čelika
- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost
koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su
feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne
pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju
njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju
- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski
poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i
martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih
4
čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja
ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje
- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu
kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih
- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u
omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s
austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i
naponsku koroziju
- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom
rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno
nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće
upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na
koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se
polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do
senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju
Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]
Zastupljenost na tržištu
57
7
2
13
12
3
2
1
3 AISI 304
AISI 316
Ostali austenitni čelici
AISI 430
AISI 409
Ostali feritni čelici
Martenzitni čelici
Martenzitni čelici otvrdnuti
starenjem
duplex
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI ODJEL ZA STRUČNE STUDIJE
ODSJEK ZA KONSTRUKCIJSKO STROJARSTVO
PREDMET MATERIJALI II
ZAVRŠNI RAD KANDITAT Ivan Vrljičak TEMA ZAVRŠNOG RADA Utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju nehrđajućih čelika MENTOR Igor Gabrić pred
Split rujan 2012
SADRŽAJ
SAŽETAK 2
10 UVOD 3
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA 3
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 5
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 7
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 11
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
13
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 13
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 15
30 PLANIRANJE POKUSA 17
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA 17
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE 18
33 STANJE POKUSA 20
34 PLAN POKUSA 21
40 PROVEDBA POKUSA 22
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA NEOPTEREĆENE EPRUVETE 22
42 PROVEDBA POKUSA 23
43 REZULTATI ISPITIVANJA 24
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE 28
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA 30
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU 30
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU 35
ZAKLJUČAK 40
LITERATURA 41
2
SAŽETAK
U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno
austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje
literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski
pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u
praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju
Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku
vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju
nehrđajućih čelika
Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog
kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije
o utjecajnim faktorima
SUMMARY
In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic
primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of
literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic
examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of
practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive
media for long time
Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea
water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the
corrosion of stainless steel
The experiment was processed on the software Design expert Applying the central
composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of
the influential factors on strength and elongation
3
10 UVOD
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA
Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji
sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna
količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-
oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti
materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju
oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena
oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do
pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku
lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi
površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje
korozijskih procesa
Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]
Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE
klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled
kemijskog sastava nehrđajućih čelika
- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost
koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su
feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne
pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju
njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju
- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski
poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i
martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih
4
čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja
ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje
- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu
kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih
- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u
omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s
austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i
naponsku koroziju
- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom
rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno
nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće
upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na
koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se
polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do
senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju
Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]
Zastupljenost na tržištu
57
7
2
13
12
3
2
1
3 AISI 304
AISI 316
Ostali austenitni čelici
AISI 430
AISI 409
Ostali feritni čelici
Martenzitni čelici
Martenzitni čelici otvrdnuti
starenjem
duplex
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
SADRŽAJ
SAŽETAK 2
10 UVOD 3
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA 3
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 5
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 7
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE 11
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
13
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 13
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA 15
30 PLANIRANJE POKUSA 17
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA 17
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE 18
33 STANJE POKUSA 20
34 PLAN POKUSA 21
40 PROVEDBA POKUSA 22
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA NEOPTEREĆENE EPRUVETE 22
42 PROVEDBA POKUSA 23
43 REZULTATI ISPITIVANJA 24
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE 28
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA 30
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU 30
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU 35
ZAKLJUČAK 40
LITERATURA 41
2
SAŽETAK
U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno
austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje
literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski
pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u
praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju
Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku
vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju
nehrđajućih čelika
Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog
kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije
o utjecajnim faktorima
SUMMARY
In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic
primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of
literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic
examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of
practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive
media for long time
Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea
water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the
corrosion of stainless steel
The experiment was processed on the software Design expert Applying the central
composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of
the influential factors on strength and elongation
3
10 UVOD
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA
Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji
sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna
količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-
oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti
materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju
oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena
oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do
pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku
lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi
površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje
korozijskih procesa
Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]
Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE
klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled
kemijskog sastava nehrđajućih čelika
- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost
koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su
feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne
pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju
njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju
- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski
poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i
martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih
4
čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja
ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje
- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu
kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih
- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u
omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s
austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i
naponsku koroziju
- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom
rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno
nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće
upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na
koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se
polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do
senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju
Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]
Zastupljenost na tržištu
57
7
2
13
12
3
2
1
3 AISI 304
AISI 316
Ostali austenitni čelici
AISI 430
AISI 409
Ostali feritni čelici
Martenzitni čelici
Martenzitni čelici otvrdnuti
starenjem
duplex
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
2
SAŽETAK
U ovom završnom radu istražen je utjecaj korozije na nehrđajuće čelike prvenstveno
austenitne zbog njihove zastupljenost u svakodnevnoj praksi Rad obuhvaća proučavanje
literature planiranje pokusa na softwareu Designexpert izvođenje pokusa mikroskopski
pregled epruveta te statističku analizu rezultata ispitivanja Također je dan osvrt na primjer u
praksi u slučaju korozije spremnika i cjevovoda koji su bili izvrgnuti agresivnom mediju
Pokusi su provedeni na epruvetama od materijala AISI 304 koje su uronjene u morsku
vodu i podvrgnute naprezanju te je praćen utjecaj zaostalih naprezanja na koroziju
nehrđajućih čelika
Pokus je obrađen na softverskom paketu Design expert Primjenom centralnog
kompozitnog plana i analize varijance određena je matematička ovisnost čvrstoće i elongacije
o utjecajnim faktorima
SUMMARY
In this final paper is explored the impact of corrosion on stainless steels austenitic
primarily due to their presence in everyday practice Exploration includes the study of
literature test development by software Design expert conducting experiments microscopic
examination of samples and statistical analysis of test results It also provides an overview of
practical example of the corrosion of pipelines and tanks that were exposed to aggressive
media for long time
Experiments were conducted on specimens of AISI 304 stainless steel immersed in sea
water and subjected to stress and is accompanied by the influence of residual stresses on the
corrosion of stainless steel
The experiment was processed on the software Design expert Applying the central
composite design and analysis of variance were determined the mathematical dependences of
the influential factors on strength and elongation
3
10 UVOD
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA
Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji
sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna
količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-
oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti
materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju
oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena
oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do
pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku
lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi
površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje
korozijskih procesa
Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]
Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE
klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled
kemijskog sastava nehrđajućih čelika
- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost
koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su
feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne
pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju
njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju
- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski
poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i
martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih
4
čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja
ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje
- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu
kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih
- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u
omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s
austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i
naponsku koroziju
- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom
rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno
nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće
upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na
koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se
polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do
senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju
Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]
Zastupljenost na tržištu
57
7
2
13
12
3
2
1
3 AISI 304
AISI 316
Ostali austenitni čelici
AISI 430
AISI 409
Ostali feritni čelici
Martenzitni čelici
Martenzitni čelici otvrdnuti
starenjem
duplex
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
3
10 UVOD
11 OPĆENITO O NEHRĐAJUĆIM ČELICIMA
Nehrđajući čelici su legure željeza i kroma sa ili bez drugih legirajućih elemenata koji
sadrže najmanje 105 kroma sa izuzetnom otpornošću na koroziju To je minimalna
količina koja je potrebna za stvaranje otpornog čvrsto prijanjajućeg površinskog filma krom-
oksida (Cr2O3) Film krom-oksida ima ulogu zaštitnog pasivizacijskog sloja koji štiti
materijal od korozije Ovaj sloj je samoobnovljiv u sredinama s dovoljno kisika u slučaju
oštećenja (slika 1) Debljina samog filma iznosi približno 1-5 nanometara Odnos volumena
oksidnog sloja prema volumenu materijala koji je oksidirao je malo gt 1 pa ne dolazi do
pucanja i ljuštenja istoga Korozija kod nehrđajućih čelika javlja se najčešće u obliku
lokaliziranih korozijskih fenomena Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi
površinskih nehomogenosti zaostalih naprezanja najugroženija mjesta za pokretanje
korozijskih procesa
Slika 1 nastajanje pasivnog filma [2]
Nehrđajući čelici su klasificirani u pet kategorija prema kristalnoj strukturi po SAE
klasifikaciji Na slici 2 prikazana je njihova zastupljenost na tržištu dok tablica 1 daje pregled
kemijskog sastava nehrđajućih čelika
- Feritni serija 400 imaju bolja mehanička svojstva od austenitnih ali slabiju otpornost
koroziji zbog smanjenog udjela nikla i kroma Također imaju i manju cijenu Feritni čelici su
feromagnetični i ne mogu se otvrdnuti postupcima toplinske obrade jer nemaju fazne
pretvorbe Mala čvrstoća (275-350 Nmm2) i osjetljivost na senzibilizaciju ograničavaju
njihovu primjenu Dobro podnose naponsku koroziju
- Martenzitni serija 400 imaju odlična mehanička svojstva te se mogu toplinski
poboljšati Odlično su obradivi Imaju manju otpornost na koroziju od austenitnih i
martenzitnih nehrđajućih čelika Ovi čelici su magnetični Najveći nedostatak martenzitnih
4
čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja
ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje
- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu
kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih
- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u
omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s
austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i
naponsku koroziju
- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom
rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno
nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće
upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na
koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se
polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do
senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju
Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]
Zastupljenost na tržištu
57
7
2
13
12
3
2
1
3 AISI 304
AISI 316
Ostali austenitni čelici
AISI 430
AISI 409
Ostali feritni čelici
Martenzitni čelici
Martenzitni čelici otvrdnuti
starenjem
duplex
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
4
čelika je osjetljivost prema vodikovoj krhkosti u sulfidnom mediju Zbog visokog sadržaja
ugljika posjeduju dobru otpornost na habanje
- Martenzitni očvrstivi starenjem serija 600 posjeduju otpornost na koroziju sličnu
kao i austenitni te mogu postići veće čvrstoće od martenzitnih
- Duplex (austenitni + feritni) imaju mješovitu austenitno i feritnu mikrostrukturu u
omjeru 5050 ndash 4060 Duplex čelici mogu imati i dvostruko veću čvrstoću u usporedbi s
austenitnim čelicima uz poboljšanu otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu i
naponsku koroziju
- Austenitni serija 300 imaju austenitnu strukturu sa plošno centriranom kubnom
rešetkom U sastavu imaju maksimalno 015 ugljika minimalno 16 kroma te dovoljno
nikla ili mangana da zadrže austenitnu strukturu u širokom rasponu temperatura Dva najčešće
upotrebljavana čelika ovoga tipa su AISI 304 i 316 Ovi čelici imaju odličnu otpornost na
koroziju te su nemagnetični Postaju blago magnetični ako se plastično deformiraju Mogu se
polirati do visokog sjaja Ne mogu se toplinski poboljšati Prilikom zavarivanja dolazi do
senzibilizacije što može izazvat interkristalnu koroziju
Slika 2 zastupljenost nehrđajućih čelika na tržištu [1]
Zastupljenost na tržištu
57
7
2
13
12
3
2
1
3 AISI 304
AISI 316
Ostali austenitni čelici
AISI 430
AISI 409
Ostali feritni čelici
Martenzitni čelici
Martenzitni čelici otvrdnuti
starenjem
duplex
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
5
Tablica 1 Kemijski sastav nehrđajućih čelika
AISI Tip Cr Ni C Mn
Si
Mo
Ostalo
304 Austenitni 18-20 8-105 008 2 075 - -
316 Austenitni 16-18 10-14 008 2 075 2-3 -
409 Feritni 10-12 005 008 1 1 - 075 Ti
430 Feritni 16-18 075 012 1 - - -
440 Martenzitni 16-18 - 075 1 1 075 -
630 Martenzitni
ndash starenjem
15-17 3-5 007 1 1 - 3-5 Cu
015-045 Ta
2205 Duplex 22 5 003 - - 4
Slika 3 prikazuje mikrostrukturu raznih nehrđajućih čelika
Slika 3 Prikaz strukture nehrđajućih čelika [2]
12 UTJECAJ LEGIRAJUĆIH ELEMENATA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Ugljik - Sadržaj je nizak osim kodu martenitnih čelika gdje omogućuje toplinsku
obradu Ima utjecaja na smanjenje otpornosti na koroziju kada se ugljik veže s kromom i
stvara karbide čime se osiromašuje površinski sloj slobodnim atomima kroma čime
onemogućava stvaranje dovoljne količine otpornog površinskog sloja krom oksida
Krom ndash Visoko je reaktivan element zaslužan za stvaranje pasivnog filma
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
6
Nikal ndash Zaslužan za stvaranje austenitne strukture koja omogućuje povišenu čvrstoću
duktilnost čak i na vrlo niskim temperaturama Također daje materijalu nemagnetičnost
Povećava otpornost materijala na koroziju u kiselim sredinama posebno sumpornu kiselinu
Na slici 4 prikazan je Schaefflerov dijagram u kojem se vidi ovisnost strukture
nehrđajućeg čelika o sadržaju krom i nikal ekvivalentnih legirajućih elemenata
Slika 4 Schaefflerov dijagram [2]
Molibden ndash Povećava otpornost na rupičastu koroziju koroziju u procijepu te
otpornost na kloride
Mangan - Austenitizator koji se dodaje umjesto nikla zbog niže cijene Također
pomaže u deoksidaciji prilikom taljenja te sprječava stvaranje željeznih sulfida koji mogu
izazvati pukotine
Silicij i bakar ndash Male količine silicija i bakra se dodaju austenitnim nehrđajućim
čelicima koji sadrže molibden da se poboljša otpornost na sumpornu kiselinu
Dušik ndash povećava čvrstoću i otpornost na koroziju u austenitnim i duplex čelicima
Titan ndash veže ugljik i sprječava interkristalnu koroziju u zoni zavara kod feritnih čelika
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
7
Sumpor ndashkoristi se radi povećanja obradivost Inače se teži što manjoj koncentraciji
zbog stvaranja uključina sulfida
13 UTJECAJ OBLIKA KOROZIJE NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE Na slici 5 se vidi raspodjela korozije po tipu u procesnoj i kemijskoj industriji
Slika 5 Raspodjela korozije u procesnoj i i kemijskoj industriji [3]
Opća korozija
Opća korozija je najuobičajeniji oblik korozije koju karakterizira jednoliko korodiranje
materijala po cijeloj površini Kod nehrđajućih čelika pasivni film propada ali se kontinuirano
obnavlja Ako je pasivni film lokalno uništen npr kloridima može doći do korozije u
procijepu rupičaste kororzije ili naponske korozije Erozija također može uništiti pasivni film
i povećati brzinu korozije
Naponska korozija
Naponsku koroziju izazivaju vlačna naprezanja a uglavnom su posljedica zaostalih
naprezanja zbog zavarivanja hladne deformacije u okolini povišene temperature tlaka
agresivnih otopina Ova pojava ni do danas nije u cijelosti objašnjena Naponska korozija
napreduje kroz materijal transkristalno ili interkristalno Ovaj tip korozije naročito je opasan
zbog otežane detekcije i zbog toga što mali gubitak materijala (ispod 01) može dovesti do
velikog obaranja čvrstoće (i do 80) Za austenitne nehrđajuće čelike posebno su opasni
elektroliti koji sadrže Cl- i OH- kao što je voda u izmjenjivačima topline gdje se kloridi
nakupljaju lokalno (slika 6) Najugroženiji su čelici sa 8-10 nikla dok oni sa većom ili
manjom koncentracijom nisu toliko ugroženi Važan čimbenik je i temperatura jer se
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
8
naponska korozija ne pojavljuje na temperaturama nižim od 55 degC Transkristalni lom nastaje
na temperaturama većim od 80 degC
Slika 6 Kloridna naponska korozija AISI 316 čelika [4]
Posebnu opasnost za nehrđajuće čelike predstavlja sumporvodik (H2S) Da bi se
razvila otpornost na ove uvjete materijali se legiraju sa karbidotvorima kao što je titan u
kombinaciji sa toplinskom obradom žarenjem
Rupičasta korozija
Slika 7 Prikaz otpornosti na rupičastu koroziju AISI 304 čelika [4]
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
9
Rupičasta korozija je lokalizirani oblik korozije koji dovodi do malog gubitka
materijala no koja može dovesti do potpunog uništenja opreme Pojavljuje se na mjestima
gdje je uništen pasivni film te se dalje korozija povećava ubrzanim tempom stvarajući kaverne
u unutrašnjosti materijala (slika 8) Intenzitet rupičaste korozije se povećava s temperaturom
Kloridi najčešće uzrokuju ovaj oblik korozije koji su u stvari anioni jake kiseline agresivan
medij koji sprječava obnavljanje zaštitnog filma U prirodnim i slanim vodama koncentracija
klorida dominantna je komponenta koja utječe na ovaj oblik korozije Legirajući elementi koji
pospješuju otpornost na rupičastu koroziju su molibden krom i nikal Otpornost na rupičastu
koroziju može se poboljšati poliranjem površine (slika 7)
Slika 8 Rupičasta oštećenja na čeliku AISI 304 [2]
Korozija u procijepu
Korozija u procijepu je glavni ograničavajući čimbenik upotrebi austenitnih
nehrđajućih čelika u kloridnom okruženju Korozija se pojavljuje na mjestima spoja dva dijela
kao što je na prirubnicama vijcima i maticama preklopima (slika 9) Do korozije dolazi zbog
različite koncentracije kisika na mjestima spoja i okoline što dovodi do porasta kiselosti
(klorida) i uništavanja pasivnog filma Korozija se ubrzava s porastom temperature dok
molibden i dušik povećavaju otpornost materijala Treba težiti odgovarajućim
konstrukcijskim rješenjima kako bi se spriječio nastanak ovog tipa korozije
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
10
Slika 9 Prikaz korozije u procjepu na ogradi od AISI 316 čelika [4]
Galvanska korozija
Do galvanske korozije dolazi na mjestima dodira dva različita metala koji se nalaze u
korozivnom okruženju Između raznorodnih metala dolazi do razlike u potencijalu što dovodi
do toka električne struje koji ima za posljedicu uništavanje manje plemenitog metala (slika
10) Električna struja odvlači elektrone s jednog metala (anoda) na suprotan metal koji prima
elektrone (katoda) Korozija ovisi o razlici potencijala između metala izloženoj površini te
mediju (elektrolitu) u kojem se nalaze
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
11
Slika 10 Prikaz galvanske korozije između nehrđajućeg čelika i aluminija [5]
14 UTJECAJ MEDIJA NA NEHRĐAJUĆE ČELIKE
Izbor nehrđajućih čelika za specifično područje upotrebe ovisi o nekoliko kriterija
Najvažnija je korozijska otpornost materijala Tako da za primjenu u nekim blagim radnim
uvjetima se može koristiti tip 430 dok se u prehrambenoj industriji koristi prvenstveno tip
304 ili čak 316 U kemijskoj industriji gotovo isključivo se koristi tip 316 Važan kriterij
izbora su mehanička svojstva koja su posebno dobra kod martenzitnih čelika no sa
smanjenom korozijskom otpornošću
Atmosferska korozija
Uzrok atmosferske korozije je izloženost nehrđajućeg čelika na kloride i metalnu
čeličnu prašinu Kloridi mogu potjecati iz cementara u obliku kalcium klorida (CaCl2) ili zbog
izloženosti morskoj vodi Uglavnom do povećane korozije nehrđajućih čelika dolazi u
industrijskim područjima
Korozija u vodi
Otpornost nehrđajućih čelika u vodi ovisi o koncentraciji klorida koji izazivaju
rupičastu koroziju i koroziju u zazoru na povišenoj temperaturi Povišena temperatura
povećava opasnost od naponske korozije Morska voda je izrazito korozivan medij za
nehrđajuće čelike posebno pri malim brzinama toka (manje od 15 ms) jer dolazi do
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
12
nakupljanja mikroorganizama koji ograničavaju kontakt površine čelika s kisikom Samo
austenitni čelici sa visokim sadržajem kroma i nikla te određenim sadržajem molibdena
dušika i bakra mogu pružiti dovoljno dobru zaštitu
Kiseline
Klorovodična ndash nehrđajući čelici nisu otporni na klorovodičnu kiselinu osim na
razrijeđenu klorovodičnu kiselinu na sobnoj temperaturi
Dušična kiselina ndash koriste se austenitni nehrđajući čelici tip 304 ili 316
Fosforna kiselinandashtip 304 se može koristiti za spremanje hladne fosforne kiseline
koncentracije do 85 Tip 316 je otporniji ali temperature ne bi smjele prelaziti 100 degC
Sumporna kiselina ndash tip 304 se koristi za koncentracije do 80 pri sobnoj
temperaturi Tip 316 je otporan na koncentracije do 10 pri temperaturi od 50 degC Malo veću
otpornost ima tip 317
Lužine
Austenitni nehrđajući čelici imaju dobru korozijsku otpornost na lužine pri svim
koncentracijama i temperaturama u slabim lužinama U jačim lužinama kao što je natrij
hidroksid može doći do korozije pri povišenim temperaturama U komercijalnim lužinama
može doći do kontaminacije kloridima koji mogu izazvati koroziju na nehrđajućim čelicima
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
13
20 PRIMJER KOROZIJE CJEVOVODA I SPREMNIKA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
21 KOROZIJA SPREMNIKA IZ NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Slika 11 Izgled unutrašnjosti spremnika
Za potrebe tvrtke bdquoDalmacijavinoldquo na lokaciji Sjeverna luka 1979 g izgrađeni su
spremnici za skladištenje vina i etilnog alkohola volumena 1580 m3 (slika 11) Dimenzije
spremnika su promjer 15180 mm i visina preko svega 9250 mm Pod spremnika je izrađen je
od limova dimenzije 4000 x 1500 x 5mm Limovi su spojeni sučeonim zavarivanjem s
podložnim trakama Plašt je izrađen iz 5 limova širine 1500 i 750 mm Debljina limova se
smanjiva od dna prema vrhu (od 6 do 3 mm) Materijal spremnika je Č4572 (Prokron 11 spec
sa 01 C 18 Cr 8 Ni 1 Ti [5])
Spremnik je zavaren elektrolučno sa obloženom elektrodom Dodatni materijal je E 347-16 po
AWSASTM [6]
Pregledom spremnika uočena je rupičasta korozija (slika 13) koja je najviše zahvatila
sam zavar Zavareni spojevi su zbog izraženih razlika u strukturi površinskih nehomogenosti
te zaostalih naprezanja kritična mjesta za nastajanje korozijskih procesa
Dubina rupičaste korozije iznosi od 2-4 mm i posebno je izražena na podnici
spremnika (slika 14) Plašt spremnika je u boljem stanju te je manje zahvaćen korozijom
(slika 15) Indikacija dobivena pomoću penetrirajućih boja ukazuje na pogreške nastale
prilikom zavarivanja koje su kasnije propagirale (slika 12) Sanacija spremnika koja bi se
sastojala od izmjene cjevovoda pjeskarenja spremnika te popravak zavara spremnika nikada
nije provedena
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
14
Slika 12 Penetrantska indikacija ukazuje na pogreške nastale prilikom zavarivanja koje su kasnije
propagirale
Slika 13 Oštećenja zavara rupičastom korozijom
Slika 14 Oštećenje podnice spremnika rupičastom korozijom
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
15
Slika 15 Oštećenje plašta spremnika korozijom
22 KOROZIJA CJEVOVODA OD NEHRĐAJUĆEG ČELIKA
Uz spremnike se nalazi i cjevovod od nehrđajućeg čelika koji povezuje spremnike i
istakalište u Sjevernoj luci Dužina instalacije iznosi 800 m Cjevovod prolazi jednim dijelom
kroz tunel s visokom relativnom vlagom sa povremenim kvašenjem i zadržavanjem ustajale
morske vode Dolazi i do nakupljanja taloga organske materije u fazi truljenja Izlazeći iz
tunela cijev prolazi iznad površine nekoliko metara od mora
Slika 16 Korozija izazvana mikroorganizmima
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
16
Materijal ovoga cjevovoda je čelik AISI 304 kemijskog sastava prema certifikatu
0042 C 101 Mn 014 Si 0023 P 0001 S 183 Cr i 858 Ni U praksi se
pokazalo da ovaj tip čelika nije otporan na uvjete visoke vlažnosti s visokom koncentracijom
klorida i sulfida te se planira izmjena sa nehrđajućim čelikom AISI 316Ti Kloridi iz morske
vode razaraju pasivni film te izazivaju rupičastu koroziju Sulfidi iz taloga su puni sulfat
reducirajućih bakterija koji se skupljaju u vlažnim anaerobnim džepovima te uzrokuju
koroziju na način da sulfate koji su otopljeni u morskoj vodi reduciraju na sulfide pri čemu se
na površini materijala postepeno formira spoj željeznog sulfida te se time smanjuje integritet
pasivizacijskog sloja (slika 16)
Na dijelu cjevovoda koji se nalazi iznad površine oštećena su znatno manja jer nije u
doticaju s bakterijama i izloženost kisiku je veća tako da se oštećenja lakše popravljaju (lakša
repasivizacija)
Na cjevovod je naknadno primijenjen premaz HEMPADUR HI 45200 Premaz je
dvokomponentna epoksidna boja koja stvara tvrdu i žilavu presvlaku otpornu na morsku vodu
i naftne derivate Premaz također daje električnu izolaciju metala tako da nema opasnosti od
galvanske korozije
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
17
30 PLANIRANJE POKUSA
31 CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA
Kako bi se broj pokusa smanjio na minimum a time i troškovi uz dobivanje dovoljnog
broja informacija koriste se metode planiranja pokusa U ovom radu je odabran centralni
kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) koji spada u skupinu planova
pokusa višeg reda tzv metoda odzivne površine Metoda odzivne površine obuhvaća skup
statističkih i matematičkih modela koji se primjenjuju za razvoj poboljšavanje i optimiziranje
procesa Svrha plana pokusa je generiranje matematičkog modela tj jednadžbe koja opisuje
proces (npr polinom drugog stupnja) Mjerljiva veličina procesa naziva se odziv Ulazni
faktori se variraju na organizirani način da bi se dobio utjecaj tih faktora na odziv s
najmanjom mogućom varijabilnošću [7]
Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design CCD) se svrstava u
nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina ali se ne koriste sve
kombinacije razina CCD je model I reda (2k) proširen dodatnim točkama (stanjima pokusa)
u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena parametara modela II reda CCD se
sastoji od
- 2k stanja u vrhovima ((-1-1) (+1-1) (-1+1) (+1+1)) [8]
- 2k stanja u osima ((-α 0) (+ α 0) (0 + α) (0 - α)) [8]
- stanja u središtu (00) [8]
Gdje je k ndash broj faktora Za k = 2 (faktori su x1 x2) prikazan je model centralno
kompozitnog pokusa (slika 17) u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0 (n0 - broj
ponavljanja srednje točke) Za n0=1 i k=2 ukupan broj pokusa N iznosi 9 α predstavlja
udaljenost od središta do aksijalnih točaka
Obično broj ponavljanja srednje točke je više od n0=1 kako bi se mogle usporediti
vrijednosti mjerenja zavisne varijable u središtu pokusa s aritmetičkim sredinama za ostatak
pokusa Ako se pokus barem djelomično ponavlja tada se može procijeniti pogreška pokusa
iz varijabilnosti ponovljenih stanja Ta stanja se izvode pod identičnim uvjetima pa je
procjena pogreške pokusa iz tih podataka neovisna o tome je li model pokusa linearan ili
nelinearan
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
18
Slika 17 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
Polinom drugog stupnja kojim se opisuje proces za općeniti slučaj glasi
y = b0 + b1 x1 + bkxk + b12x1x2 + b13x1x3 + + bk-1k xk-1 xk +b11 x +hellipbkkx
Koeficijenti b0 bk određuju se primjenom metode minimalne sume kvadratnih odstupanja
računskih i stvarnih vrijednosti [9]
32 ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE
U pokusu su se koristile epruvete (slika 18) izrađene od austenitnog nehrđajućeg
čelika AISI 304 kemijskog sastava prema tablici 2
12
2k
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
19
Tablica 2 Kemijski sastav AISI 304 nehrđajućeg čelika [10]
C 008
Mn 2
Cr 19
Ni 95
P 0045
S 003
Riječ je o nemagnetičnoj leguri dobre otpornosti na koroziji visoke duktilnosti dobre
obradivosti i zavarljivosti Koristi se u prehrambenoj industriji kemijskoj opremi ventilima
posudama pod tlakom cjevovodima Ovaj tip čelika nije moguće toplinski obraditi
Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika prikazana su u tablici 3 Materijal epruvete
isporučen je u polu tvrdom stanju vlačne čvrstoće 700 Nmm2
Tablica 3 Mehanička i fizička svojstva AISI 304 čelika [10]
Svojstvo Vrijednost
Modul elastičnosti E 193-200 GPa
Gustoća 8000 kgm3
Konvencionalna granica tečenja Re (u
mekom stanju)
215 Nmm2
Tvrdoća Brinell 123
Žilavost 325 J
Elongacija 55
Vlačna čvrstoća Rm (u mekom stanju) 505 Nmm2
Slika 18 Epruveta korištena prilikom ispitivanja
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
20
33 STANJE POKUSA
Programom Design expert generirano je 13 stanja pokusa Na sljedećoj tablici 4 prikazan je
redoslijed izvođenja i parametri za svako stanje pokusa
Tablica 4 redoslijed izvođenja i parametri
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa
7 2160 90 200 1
6 4320 180 200 2
13 2160 90 550 3
12 4320 180 550 4
11 1713 71 375 5
3 4767 199 375 6
4 3240 135 128 7
8 3240 135 622 8
9 3240 135 375 9
10 3240 135 375 10
5 3240 135 375 11
2 3240 135 375 12
1 3240 135 375 13
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
21
34 PLAN POKUSA
Na slici 19 prikazan je centralni kompozitni plan pokusa sa dva faktora (vrijeme
držanja u slanoj vodi i intenzitet prednaprezanja) Svaki faktor variran je na 5 nivoa +α -α
+1 -1 0
Simbol bdquooldquo predstavlja centralnu točku gdje svaki faktor ima srednju vrijednost te se ponavlja
pet puta radi smanjenje varijacije i dobre procijene čiste greške Simbol bdquoldquo označava
aksijalne točke udaljene za α=15 od središta Simbol bdquoOldquo označava vršne točke plana pokusa
Slika 19 Centralno kompozitni plan pokusa za dva faktora
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
22
40 PROVEDBA POKUSA
41 POKUS UTJECAJA KOROZIJE U MORSKOJ VODI NA MEHANIČKA SVOJSTVA
NEOPTEREĆENE EPRUVETE
Na izviđačkom pokusu na ispitivanoj epruveti koja je bila u morskoj vodi 199 dana
bez prednaprezanja postignuta je vrijednost vlačne čvrstoće Rm = 696 MPa i elongacije A5 =
38 kao što se vidi na slici 20
Slika 20 Dijagram naprezanje ndash deformacija ispitne epruvete
Netretirana epruveta koja nije bila izvrgnuta prednaprezanju i morskoj vodi dostigla je
vrijednosti vlačne čvrstoće Rm = 732 MPa i elongacije A5 = 42 kao što se vidi na slici 21
Vidljiv je malen pad vrijednosti čvrstoće i elongacije na epruveti koja je bila u morskoj vodi
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
23
Slika 21 Dijagram naprezanje ndash deformacija netretirane epruvete
42 PROVEDBA POKUSA
Nakon generiranja parametara pokusa pomoću programa Design expert pristupilo se
pripremi epruveta koja se sastojala od finog tokarenje epruveta Epruvete su zatim umetnute
unutar distantne cijevi (slika 22) te prednapregnute uz pomoć hidraulične kidalice (slika 23) i
osigurane dotezanjem matica Prednapregnute epruvete su uronjene u spremnik s morskom
vodom gdje su zadržane prema planu pokusa Konačno nakon isteka vremena držanja u
morskoj vodi izvršena je vlačna proba na kidalici uz snimanje Hooke-ovog dijagrama
Slika 22 Izgled epruveta prije uranjanja u morsku vodu
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
24
Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je pomoću digitalnog mikroskopa u svrhu
promatranja tragova korozije i promjena na površine epruvete Uvećanje iznosi 200 puta
Slika 23 Hidraulično pritezanje epruvete
43 REZULTATI ISPITIVANJA
Epruveta br 1
Epruveta br 2
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
25
Epruveta br 3
Epruveta br 4
Epruveta br 5
Epruveta br 6
Epruveta br 7
Epruveta br 8
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
26
Epruveta br 9
Epruveta br 10
Epruveta br 11
Epruveta br 12
Epruveta br 13
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
27
Iz rezultata pokusa vidljivo je da nije došlo do interkristalne korozije koja bi drastično
oborila čvrstoću Čvrstoće su ujednačene i kreću se od 694 MPa do 735 MPa Postoji veće
odstupanje u elongaciji koje se kreće od 31 do 42 Prema rezultatima ispitivanja se vidi da
ne postoji zamjetna veza između elongacije i prednaprezanja kao što se vidi na slici 24 i
tablici 5
Slika 24 Centralno kompozitni plan s rezultatima pokusa
Tumačenje oznaka npr 1(69738) ndash epruveta 1 Rm=697MPa A5=38
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
28
Tablica 5 Parametri i rezultati pokusa
NAPONSKA KOROZIJA AISI 304 ČELIKA U MORSKOJ VODI Oznaka
na epruveti
Trajanje pokusa (h)
Trajanje pokusa (dana)
Prednaprezanje (MPa)
Redni broj
pokusa Rm A5
7 2160 90 200 1 723 40
6 4320 180 200 2 717 32
13 2160 90 550 3 735 39
12 4320 180 550 4 723 36
11 1713 71 375 5 732 39
3 4767 199 375 6 713 36
4 3240 135 128 7 705 36
8 3240 135 622 8 710 35
9 3240 135 375 9 728 34
10 3240 135 375 10 731 33
5 3240 135 375 11 694 31
2 3240 135 375 12 710 34
1 3240 135 375 13 697 38
44 MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE
Na slici 25 prikazan je izgled površine nehrđajućeg čelika na mjestu suženja epruvete
Nakon dugotrajne izloženosti u morskoj vodi naziru se jedva vidljivi tragovi korozije što
svjedoči o otpornosti ovoga tipa čelika na morsku vodu Na mjestu loma epruvete dolazi do
pojave grube hrapave površine To je posebno uočljivo na slici 26 u usporedbi s netretiranom
epruvetom Na slici 27 vide se tragovi korozije na površini matice koja je bila u dodiru sa
podloškom korozija u procijepu
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
29
Slika 25 Izgled narančine kore tretirane epruvete s tragovima korozije
Slika 26 Netretirana epruveta s tragovima tokarenja
Slika 27 Površinski korodirana matica
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
30
50 STATISTIČKA OBRADA REZULTATA
51 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ČVRSTOĆU Rezultati mjerenja čvrstoće statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Design expert U tablici 6 prikazane su izmjerene vrijednosti vlačne
čvrstoće za različite vrijednosti trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 6 Izmjerene vrijednosti čvrstoće i parametri pokusa
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije sam program sugerira funkciju
koja najbolje opisuje slučaj (tablica 7)
Tablica 7 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 6679E+006 1 6679E+006 Linear 33088 2 16544 092 04289 Predloženo
2FI 900 1 900 0045 08360 Quadratic 37543 2 18742 093 04375
Cubic 2412 2 1206 0044 09578 Residual 138488 5 27698
Total 6681E+006 13 5193E+005
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
31
Predložena je linearna funkcija modela Zatim je pomoću analize varijance određena
značajnost modela i članovi polinoma (tablica 8)
Tablica 8 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 33088 2 16544 092 04289 Nije
značajan A 25438 1 25438 142 02612 B 7650 1 7650 043 05284
Ostatak 179343 10 17934 Odstupanje od modela
62343 6 10390 036 08758 Nije
značajan Čista greška 117000 4 29250
Ukupno 212431 12
Iz tablice 8 se vidi da F-vrijednost modela iznosi 092 što ukazuje na vjerojatnost da se
pojavi vrijednost šuma od 4289
Vrijednost ProbgtF je veća od 01 što upućuje da vrijednosti parametara A i B
nisu značajne U ovome modelu značajniji je član A (vrijeme držanja epruvete u morskoj
vodi)Vrijednost odstupanja od modela iznosi 036 upućuje na to da ova veličina nije značajna
u odnosu na čistu grešku Postoji 8758 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma
Tablica 9 opisuje kvalitetu matematičkog modela
Tablica 9 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 1389 Aritmetička sredina 71677 Koeficijent varijacije- 187 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 263213 R2-koeficijent determinacije 01558 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije -00131 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -02391 Adekvatna preciznost 2633
Adekvatna preciznost koja iznosi 2633 je manja od poželjne vrijednosti 4 To znači da
odnos veličine signala u odnosu na šum nije adekvatan i da ovaj model nije najpogodniji za
upotrebu u eksperimentalnoj primjeni Unatoč tome odabran je model i dalje je analiziran u
svrhu cjelovitog prikaza statističke analize
U tablici 10 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
32
Tablica 10 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
71677 1 371 70849 72505
A-Trajanje pokusa
-547 1 459 -1571 476 100
B- Prednaprezanje
300 1 459 -723 1323 100
Tablica 11 prikazuje stvarne vrijednosti čvrstoće dobivene iz pokusa te modelom
izračunate vrijednosti te njihovu razliku Tablica 11 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 72300 71924 376 2 71700 70830 870 3 73500 72524 976 4 72300 71430 870 5 73200 72498 702 6 71300 70856 444 7 70500 71227 -727 8 71000 72127 -1127 9 69400 71677 -2277
10 69700 71677 -1977 11 71000 71677 -677 12 72800 71677 1123 13 73100 71677 1423
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 28) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
33
Slika 28 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
Rm = +71677 - 547 A + 300 B
Matematički model s stvarnim faktorima
Rm = +72675242 - 012157 Trajanje cikusa + 0017143 Prednaprezanje
Kose linije na slici 29 predstavljaju vrijednosti konstantnih čvrstoća za parametre
trajanja pokusa i prenaprezanja Očito je iz dijagrama da nema većih promjena u zavisnosti od
parametara pokusa
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
34
Slika 29 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 30 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti čvrstoće o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 30 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
35
52 UTJECAJ PARAMETARA PREDNAPREZANJA I VREMENA NA ELONGACIJU Rezultati mjerenja elongacije statistički su obrađeni te je dobiven matematički model
pomoću programa Designexpert Tablica 12 predstavlja izmjerene vrijednosti elongacije za
različite parametre trajanja pokusa i unesenog prednaprezanja
Tablica 12 Izmjerene vrijednosti
Za određivanje vrste transformacije izlaznih veličina nije bila potrebna transformacija
odzivne veličine (λ=1) Na osnovi odabrane transformacije program sugerira funkciju koja
najbolje opisuje slučaj
Tablica 13 Modeli minimalne sume kvadrata odstupanja
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-
Vrijednost
ProbgtF
Mean 1648992 1 1648992 Linear 2954 2 1477 225 01556 2FI 625 1 625 095 03555 Quadratic 2477 2 1238 251 01506 Predloženo Cubic 852 3 284 044 07390 Residual 2600 4 650 Total 1658500 13 127577
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
36
Predložena je linearna funkcija modela (tablica 13) Zatim je pomoću analize varijance
određena značajnost modela i članovi polinoma (tablica 14)
Tablica 14 Rezultati analize varijance
Izvor
varijacije
Suma
kvadrata
odstupanja
Broj
stupnjeva
slobode
Srednji
kvadrat
odstupanja
F-
vrijednost
P-Vrijednost
ProbgtF Značajnost
Model 6056 5 1211 246 01364 Nije
značajan A 2204 1 2204 447 00723 B 628 1 628 127 02963 A2 2239 1 2239 454 00706 B2 459 1 459 093 03670 AB 625 1 625 127 02973
Ostatak 3452 7 493 Odstupanje od modela
852 3 284 044 07390 Nije značajan
Čista greška 2600 4 650 Ukupno 9508 12
F-vrijednost modela iznosi 246 što ukazuje na vjerojatnost da se pojavi vrijednost
šuma od 1364
Vrijednost ProbgtF je veće od 01 što upućuje da model nije značajan Vrijednost
odstupanja od modela iznosi 044 što upućuje na to da ova veličina nije značajna u odnosu na
čistu grešku Postoji 739 šanse da se pojavi tako velika vrijednost šuma U tablici 15 dane
su vrijednosti koje opisuju kvalitetu matematičkog modela
Tablica 15 Kvaliteta izrađenog matematičkog modela Standardna devijacija 222 Aritmetička sredina 3562 Koeficijent varijacije- 623 PRESS (Predviđena suma kvadrata ostataka) 10122 R2-koeficijent determinacije 06370 Radj
2- prilagođeni koeficijent determinacije 03777 Rpre
2- predviđeni koeficijent determinacije -00646 Adekvatna preciznost 4674
Negativni predviđeni koeficijent determinancije znači da ukupna srednja vrijednost
elongacije bolje predviđa odziv nego odabrani model Adekvatna preciznost koja iznosi 4674
je veća od poželjne vrijednosti 4 To znači da je odnos veličine signala u odnosu na šum
adekvatan i da je ovaj model primjeren primjeni u eksperimentalnoj praksi
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
37
U tablici 16 su prikazani procjene koeficijenata stupnjevi slobode standardna
pogreška donje i gornje granice intervala te faktor inflacije za svaki član modela
Tablica 16 Prikazane procjene koeficijenata stupnjevi slobode procijenjena pogreška donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela Član modela Procjena
koeficijenta Stupnjevi slobode
Standarna pogreška
95 Interval povjerenja donja granica
95 Interval povjerenja gornja granica
Faktor inflacije varijance
Slobodni član
847229 1 402193 -103805 1798263
A-Trajanje pokusa
591542 1 279778 -70028 1253112 2200031
B- Prednaprezanje
8645 1 7661 -9471 26761 952300
A2 103665 1 48651 -11376 218706 2200040 B2 081 1 084 -118 280 102 AB 3000 1 2665 -3301 9301 952300
Tablica 17 prikazuje stvarne vrijednosti elongacije dobivene iz pokusa te modelom izračunate vrijednosti pomoću programa Designexpert te njihovu razliku Tablica 17 Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva
Redni broj pokusa
Stvarna vrijednost
Modelom izračunata vrijednost
Razlika
1 40 3958 042 2 32 3327 -127 3 39 3748 152 4 36 3617 -017 5 39 4032 -132 6 36 3493 107 7 36 3534 066 8 35 3591 -091 9 34 3400 0000
10 33 3400 -100 11 31 3400 -300 12 34 3400 0000 13 38 3400 400
Iz normaliziranog grafa odstupanja (slika 31) vidi se odstupanje modela i obrazac
raspodjele ostataka od normalne razdiobe Nema većih odstupanja niti obrasca raspodjele
ostataka od normalne razdiobe što govori o dobroj transformaciji odziva
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
38
Slika 31 Normalizirani graf odstupanja
Matematički model sa kodiranim faktorima
A5= + 847229 + 591542 A + 8645 B + 103665 A2 + 081 B2 + 30 A B
Matematički model s stvarnim faktorima
A5 = +6720787 - 034145 Trajanje pokusa - 0040176 Prednaprezanje +888760E-004 (Trajanje pokusa)2 + 265071E-005 (Prednaprezanje)2
+158730E-004 Trajanje pokusa Prednaprezanje
Zakrivljene linije na slici 32 predstavljaju vrijednosti konstantnih elongacija za
parametre trajanja pokusa i prednaprezanja Iz dijagrama se vidi da nema većih promjena u
zavisnosti od parametara pokusa
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
39
Slika 32 Kontinuirani prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
Slika 33 prikazuje prostorni prikaz matematičkog modela zavisnosti elongacije o
parametrima prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi
Slika 33 3D prikaz matematičkog modela ovisnosti trajanja pokusa i vremena na čvrstoću
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
40
ZAKLJUČAK
U ovome završnom radu dan je pregled nehrđajućih čelika njihova primjena vrste
korozije te njihove otpornosti u raznim sredinama Također je naveden primjer iz prakse gdje
je nehrđajući čelik godinama bio izložen agresivnim medijima
Izvršena je analiza utjecaja prednaprezanja i vremena držanja u agresivnom sredstvu
(morskoj vodi) na koroziju Proveden je pokus na epruvetama izrađenim iz austenitnog
nehrđajućeg čelika AISI 304 prema centralnom kompozitnom planu pokusa uz pomoć
programskog paketa Design expert Pomoću istog programa izvršena je statistička analiza
pokusom dobivenih rezultata Dobiven je matematički model koji pokazuje utjecaj
prednaprezanja i vremena držanja u morskoj vodi na odzivne veličine - prekidnu čvrstoću i
elongaciju
Iz dobivenih rezultata očito je neslaganje matematičkog modela i vrijednosti dobivenih
pokusom Uvrštavanjem rezultata u program za statističku analizu evidentno je da nije bilo
utjecaja korozije na mehanička svojstva epruvete To možemo lako uočiti ako usporedimo
rezultate ispitivanja epruveta 1 2 5 9 10 koji su imale identične parametre ispitivanja Kod
ovih epruveta uočljivo je rasipanje rezultata slično kao i za epruvete ispitane sa bitno
različitim parametrima pokusa Zaključak u pogledu korozije čelika AISI 304 u morskoj vodi
je u promatranom vremenskom intervalu držanja epruveta u morskoj vodi nije bilo
značajnijeg utjecaja na mehanička svojstva (vizualno su uočljivi tragovi produkata korozije na
površini epruvete) Očito nema pojave korozije ispod površine tj ni interkristalne niti
transkristalne korozije (nema smanjenja čvrstoće i rastezljivosti materijala) Također možemo
zaključiti da se uneseno prednaprezanje poništilo uslijed relaksacije materijala na sobnoj
temperaturi u vrlo kratkom vremenu nakon početka pokusa ndash ovo znači da praktički nije
moglo doći do pojave naponske korozije u morskoj vodi prednaprezanjem pomoću matice
U cilju daljnjih istraživanja trebalo bi obratiti pozornost na izvršenje pokusa tako da
epruvete ostanu trajno napregnute bilo teretom povremenim dotezanjem ili stalnim
djelovanjem sile kako ne bi došlo do pojave relaksacije Kontrola naprezanja bi se mogla
vršiti tenzometrijskim trakama Također bi trebalo proširiti opseg ispitivanja uvođenjem
parametra temperature pri kojoj se vrši ispitivanje zbog znatnog utjecaja ovog faktora na
pojavu naponske korozije posebno na temperaturama višim od 55degC
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304
41
LITERATURA [1] httpwwwnickelinstituteorg~MediaFilesAnnualReportNIAnnualReport2010pdf
[2] SEMINAR Čelici otporni na koroziju (nehrđajući čelici) 24052007 Pula
[3] NAPONSKA KOROZIJA Horvat M Samardžić IKondić V
[4] httpwwwfsbunizghrkorozijaprvaphpp=corrosionsampzap=0
[5] Kraut B Strojarski priručnik Tehnička knjiga Zagreb 1987
[6] Projekt spremnika Dalmastroj ndash metalne opreme i konstrukcije
[7] Rujnić-Sokele M Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca izvorni
znanstveni članak Zagreb 2008
[8] Design-Expert 6 Userguide
[9] Diplomski rad Ivo Matijaš - Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost
čelika za poboljšavanje
[10] httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=stainless_steel_aisi_304