Korozivzdorné oceli a jejich použití v oblasti technického zařízení budov

V povědomí široké veřejnosti jsou korozivzdorné oceli známy jako „nerez oceli“, jejichž použití je univerzální zejména v korozivním prostředí.
Autor článku popisuje druhy korozivzdorných ocelí a jejich značení. Zabývá se též několika konkrétními aplikacemi i způsoby spojování nerezových ocelí. Upozorňuje na nebezpečí bodové koroze nerezových materiálů vlivem chloridů ve vodním prostředí.

Recenzent: Jiří Matějček

Úvod

Korozivzdorná ocel, někdy také nazývaná zjednodušeně nerezová ocel, je vysokolegovaná ocel a v porovnání s nelegovanými a nízkolegovanými ocelemi se vyznačuje zvýšenou odolností proti chemické a elektrochemické korozi. V současné době se vyrábí nepřeberné množství druhů korozivzdorných ocelí a orientovat se v možnostech jejich použití bývá v praxi obtížné. Článek se zaměřil především na druhy ocelí používané pro potrubní rozvody v oblasti technického zařízení budov.

Druhy korozivzdorných ocelí

Podle chemického složení (hlavních legujících prvků) se korozivzdorné oceli rozdělují do tří základních skupin: feritické, martenzitické a austenitické oceli. V oblasti technického zařízení budov (potrubní rozvody) se nejčastěji využívají austenitické oceli (nemagnetické) a v menší míře feritické (magnetické) oceli. Další tzv. přechodové skupiny (duplexní, např. austeniticko-feritické oceli) nenalézají v oblasti TZB širší uplatnění. Tyto oceli mají vyšší pevnost, a proto se používají v stavebnictví na konstrukce.

Značení korozivzdorných ocelí

Korozivzdorné oceli se značí podle ČSN EN 10088 a jednotlivé druhy jsou označovány značkou a mate­riálovým číslem:

 

Odolnost korozivzdorných ocelí proti korozi

Již z názvu by se mohlo zdát, že odolnost nerezových ocelí proti korozi je neomezená. Je nutné si však uvědomit, že jednotlivé druhy ocelí mají proti korozi různou odolnost. Zvlášť v silném korozivním prostředí (koncentrované kyseliny a louhy) se životnost těchto ocelí výrazně snižuje.

Odolnost proti korozi je založena na schopnosti tzv. pasivace povrchu železa. Chrom vytváří na vzduchu pasivní vrstvu oxidu chromitého, která brání další korozi. Při mechanickém poškození pasivní vrstvy se tato opět spontánně obnovuje. Korozivzdorné oceli obsahují min. 10,5 % chromu (Cr) a max. 1,2 % uhlíku (C). Vyšší odolnost nerezavějící oceli proti korozi je dána nejen obsahem chromu, ale je ji možné zvýšit podílem dalších legujících prvků např. niklu (Ni) a molybdenu (Mo). Odolnost korozivzdorných ocelí je kromě chemického složení závislá také na její struktuře a povrchu. Proto je pro odolnost proti korozi velmi důležitá nejen správná volba druhu oceli, ale i správné tepelné zpracování a opracování povrchu.

Druhy koroze

Pravděpodobnost vzniku koroze a její rychlost v rozvodech pro distribuci vody je, podle ČSN EN 12502-1 a ČSN EN 12502-4, ovlivněna řadou faktorů a závisí především na vlastnostech kovové slitiny, vlastnostech a složení dopravovaného média, provozních podmínkách a způsobu uvedení zařízení do provozu.

V oblasti potrubních rozvodů z nerezavějící oceli se nejčastěji mohou vyskytovat tyto druhy koroze (vnitřní koroze):

• rovnoměrná (plošná) koroze,
• bodová (důlková) koroze,
• štěrbinová koroze,
• koroze za napětí,
• korozní únava.

Rovnoměrná koroze korozivzdorných ocelí v rozvodech pitné vody je díky pasivní ochranné vrstvě oxidu chromitého zanedbatelná.

Místní koroze, jako například bodová a štěrbinová koroze, může nastat v rozvodech pitné vody pouze, pokud dojde k nepřijatelnému zvýšení obsahu chloridů. K tomu může například dojít při chemické dezinfekci vnitřního vodovodu chlor­di­oxidem (ClO₂), kdy nejsou dodrženy přípustné koncentrace.

Pravděpodobnost vzniku bodové koroze u feritických a austenitických korozí bez obsahu molybdenu nastane, pokud koncentrace chloridového iontu přesáhne hodnotu okolo 6 mmol/l (u rozvodů studené vody) a 1,5 mmol/l (u rozvodů teplé vody). Na obr. 1 je bodová koroze způsobená vysokým obsahem chloridových iontů. Z tohoto důvodu výrobci doporučují pro rozvody pitné vody korozivzdorné s obsahem molybdenu.

K bodové korozi také může dojít vlivem mechanického poškození povrchu trub a tvarovek na příklad při manipulaci a montáži potrubí. Při manipulaci nebo montáži potrubí z korozivzdorné oceli mohou na povrchu ulpět částečky nelegované oceli, které mohou působit jako malé anody korozních článků. Katodou těchto článků je korozivzdorná ocel a rozpouštěním anody se vlivem migrace zvýší i místní koncentrace chloridových iontů, a tím vzroste pravděpodobnost bodové koroze.

Ke štěrbinové korozi může docházet také, pokud jsou pro závitové spoje použity těsnicí materiály, které obsahují vyluhovatelné chloridové ionty s obsahem vyšším než 0,05 %. Zkušenosti z praxe ukazují, že teflonové těsnicí pásky nejsou pro závitové spoje vhodné. S ohledem na minimalizaci vzniku koroze za napětí je nutné při montáži potrubí zabránit přetažení závitových spojů na přechodových tvarovkách. Ve vnitřních vodovodech mohou vznikat cyklická napětí vlivem teplotní roztažnosti a smršťování potrubí, které mohou způsobovat korozní únavu. Korozní únavě lze zabránit vhodným návrhem a montáží potrubních rozvodů. Jedná se především o správné rozmístění pevných a kluzných bodů a správné navržení trubních kompenzátorů.

Pokud dojde k přímému styku (napojení) korozivzdorné oceli například s uhlíkovou ocelí (pozinkovanou) v rozvodech vody dochází k bimetalické korozi. Samozřejmě dochází pouze ke korozi pozinkovaných ocelových trubek. Korozi ocelového potrubí lze zabránit buď oddělením těchto dvou materiálů distanční vložkou délky L > 50 mm, nebo montáží uzavírací armatury z barevných kovů (např. z červeného bronzu nebo mosazi). U smíšených instalací například z nerezavějící oceli a mědi, bez ohledu na směru proudění, nedochází k bimetalické korozi.

Ochrana proti vnější korozi

Korozivzdorné oceli, které se po­užívají v oblasti technických zařízení budov, jsou v běžné atmosféře odolné proti korozi. V přímořských oblastech se doporučuje použít pro venkovní rozvody korozivzdorné oceli s příměsí molybdenu. K vnější korozi může dojít v následujících případech:

• kontaktem vnějšího povrchu potrubí s materiály, které mohou způsobit korozi (např. stavební materiály obsahující chloridy, sádra, beton a stavební materiály obsahující čpavek);
• při instalaci v agresivním prostředí (např. chemické průmyslové provozy).

Jako vhodnou ochranu proti vnější korozi lze použít tepelné izolace (např. návlekové izolace), jejichž vnější povrch je bez pórů (vodotěsný) a všechny spoje jsou přelepeny vodotěsnou páskou. Materiál izolace musí odolávat předpokládaným provozním teplotám, stárnutí a nebezpečí vnějšího poškození. Jako minimální ochranu potrubí proti korozi je možné použít vhodné protikorozní nátěry nebo vodotěsné izolační pásky.

Spojování korozivzdorných ocelí

Trubky a tvarovky se nejčastěji spojují svařováním a lisováním. Dříve se nejvíce používaly svařované spoje. Jejich nevýhodou bylo, že se svařování spojů musí provádět v ochranné atmosféře a vyžaduje velmi zručné svářeče, kteří vlastní svářečský průkaz. Další nevýhodou svařovaných spojů je, že neodborné svařování může být příčinou vzniku bodové koroze.

V poslední době se v oblasti TZB stále více prosazuje technologie lisovaných spojů. Tvarovky pro lisované spoje jsou sice finančně náročnější, než zhotovení svaru, ale montáž je podstatně jednodušší a rychlejší. Při dodržení technologických postupů výrobce je i zaručena dlouhodobá spolehlivost a těsnost lisovaných spojů. Lisovací tvarovky jsou vybaveny tvarovanými těsnicími kroužky, které spolehlivě indikují nezalisovaný spoj na stavbě (tzv. technologie „nezalisované-netěsné“). Výrobci lisovaných systémů stále zdokonalují lisovací tvarovky, které mohou být vybaveny indikátory zalisování. Barva indikátoru zalisování (obr. 2) zpravidla zároveň označuje účel použití tvarovky pro dané médium. Na obr. 2 je například tvarovka z nerezavějící oceli s indikátorem zalisování zelené barvy, která označuje, že tato tvarovka je určena pro rozvody vnitřních vodovodů a vytápění.

Použití korozivzdorných ocelí pro potrubní rozvody

Použití korozivzdorných ocelí pro potrubní rozvody je především ovlivněno druhem dopravovaného média, provozním tlakem a teplotou a technologií spojování. Například v potravinářském průmyslu se pro dopravu potravinářských produktů (např. mléko, pivo, víno) používají trubky a tvarovky spojované svařováním. U těchto rozvodů se nesmí používat lisované spoje, protože v místě lisovaného spoje vzniká štěrbina. Ta je u potravinářských rozvodů z hygienických důvodů nepřípustná, neboť se může stát zdrojem mikrobiálního rizika.

V oblasti TZB je prakticky použití ­korozivzdorných ocelí neomezené a v poslední době se jejich používání stále více rozšiřuje. Tuto praxi podporuje rozšíření progresivní technologie lisovaných spojů (obr. 3). Při použití korozivzdorných ocelí pro různá média je vždy nutné respektovat doporučení výrobce trub a tvarovek.

Pro potrubní rozvody v oblasti TZB se používají především austenitické chromniklové oceli (CrNi – např. 1.4301) a chromniklmolybdenové oceli (CrNiMo – například 1.4401 a 1.4404). Tyto oceli obsahují více než 16,5 % chromu. Tím je zajištěna velmi dobrá odolnost proti korozi i po zpracování (tepelné vlivy). U ocelí s materiálovým číslem 1.4401 a 1.4404 je dosaženo vyšší korozivzdornosti legováním molybdenu. Podle ČSN EN 10088 tyto oceli musí obsahovat min. 2,0 až 2,5 % molybdenu, čímž se zvyšuje odolnost zejména proti bodové korozi. Z feritických ocelí se v poslední době rozšířilo používání chrommolybdentitanové oceli (CrMoTi – např. 1.4521), neboť neobsahují nikl, jehož cena na světových trzích vzrostla, a který je jednou z legujících složek austenitických ocelí. V porovnání s austenitickými ocelemi vychází feritická ocel cenově příznivěji.

Lisované spoje se mohou použít rozvody do provozního přetlaku 1,6 MPa. Větší provozní tlaky u lisovaných spojů jsou omezeny průměrem potrubí. Někteří výrobci umožňují u potrubí do průměru 22 mm použít např. provozní přetlak až 4 MPa.

U lisovaných systémů z korozivzdorné oceli je nutné ještě zohlednit materiál těsnicího kroužku. Většina výrobců má ve výrobním programu více druhů těsnicích kroužků pro různá média, které jsou navíc pro snadnější rozlišení barevně odlišeny.

Vnitřní vodovody

Podle ČSN EN 806-2 je možné použít potrubí z korozivzdorné oceli pro rozvody vnitřních vodovodů. V České republice jsou dále obecné hygienické požadavky na výrobky, které přicházejí do přímého styku s pitnou vodou, stanoveny Vyhláškou č. 409 Sb. z roku 2005. Podle této vyhlášky musí být všechny součásti vnitřního vodovodu vyrobeny z takových materiálů, aby při jeho provozu nedocházelo k přenosu jejich složek do vody v množství, které by mohlo být nebezpečné pro lidské zdraví, nebo způsobit nežádoucí změny ve složení vody. Současně nesmí být ovlivněny senzorické vlastnosti vody, nesmí obsahovat patogenní mikroorganizmy, případně být zdrojem mikro­biálního nebo jiného znečištění.

V této vyhlášce jsou zároveň stanoveny jednotlivé druhy korozivzdorných ocelí, které mohou přicházet do přímého styku s pitnou vodou. U těchto výrobků nemusí být prováděny výluhové zkoušky. Výrobce musí mít ověření (zkušební protokol) o chemickém složení, vydané příslušnou akreditovanou zkušební laboratoří.

Pro vnitřní vodovody výrobci doporučují použít korozivzdorné oceli s materiálovým číslem 1.4401, 1.4404 a 1.4521, které jsou odolnější proti zvýšenému obsahu chloridů.

U lisovaných systémů pro rozvody vody se používají v lisovacích tvarovkách těsnicí kroužky z EPDM (etylen-propylen-dien-monomer kaučuk) a kroužky z CIIR (chlor-isobuten-isopren-kaučuk). Velkou pozornost při použití nerezavějících ocelí je nutné věnovat chemické dezinfekci vnitřního vodovodu. Pro chemickou dezinfekci je možné použít pouze prostředky schválené výrobcem a je nutné dodržet maximální koncentraci chemického prostředku, aplikační teplotu a dobu provádění dezinfekce.

Otopné soustavy

Pro otopné soustavy, odvod kondenzátu, rozvody páry, chlazení, solární zařízení je možné použít například ocel s materiálovým číslem 1.4401, 1.4404 a 1.4521. Volba materiálu těsnicího kroužku se řídí podle provozní teploty a tlaku a druhu dopravovaného média. V případě použití nemrznoucích směsí nebo protikorozních přípravků je nutné použít výrobky schválené výrobcem a posoudit vhodnost použitého těsnicího kroužku.

Rozvody plynů

Pro rozvody plynu (zemní plyn, zkapalněný plyn) se používá ocel s materiálovým číslem 1.4401. Lisovací tvarovky musí být vybaveny těsnicím kroužkem HNBR (hydrogenovaný acrylnitril-butadien-kaučuk).

Lisované systémy z nerezavějící oceli se mohou použít pro vnitřní nízkotlaké plynovody s provozním přetlakem do 0,5 MPa a provozní teplotou –20 °C až +70 °C. Lisované systémy pro rozvod plynu nelze ukládat do země.

Stabilní hasicí zařízení

Pro rozvody sprinklerových systémů se používá ocel s materiálovým číslem 1.4401. Volba těsnicích kroužků u lisovaných systémů se řídí druhem sprinklerového systému. Pro zavodněné systémy se používají těsnicí kroužky z EPDM nebo CIIR, pro nezavodněné systémy se vždy musí použít speciální těsnicí kroužky (např. FKM -- fluor-polymer-kaučuk).

Speciální aplikace

Nerezavějící ocel 1.4401 je možné použít také pro změkčenou, neionizovanou a demineralizovanou vodu, technické plyny (nevýbušné), rozvody tlakového vzduchu, topných olejů, motorových olejů a další média. Vždy je nutné respektovat doporučení výrobce a posoudit vhodnost použitého těsnicího kroužku pro dané médium.

Závěr

Použití nerezavějících ocelí, respektive přesněji řečeno ocelí se zvýšenou odolností proti korozi, je v širokém spektru případů možné i v oblasti technických zařízení budov. Podmínkou úspěchu je velká pozornost věnovaná výběru vhodného druhu oceli podle dopravovaného média. Typickým hrubým podceněním nebezpečí je například přímý kontakt akumulačních zásobníků z nerezové oceli a tvarovek z uhlíkové oceli nebo temperované litiny. Žádný z tzv. nerezových potrubních rozvodů nebo zásobníků není proti korozi chráněn absolutně a nebezpečí nemusí přijít jen z vnitřku rozvodu, z přepravovaného média, ale i z vnějšího okolí. Při správném technickém návrhu a dodržení technologických postupů při montáži však nerezavějící oceli zaručují dlouhodobý, hygienický provoz.

---

Stainless steel in HVAC

Kinds of stainless steel, marking, protection against corrosion, connecting, heating, gas, water applicatons.