7 نکته ای که باید در مورد خوردگی فولاد بدانید!

وقتی نوبت به دوام و انعطاف پذیری می رسد، مواد کمی قابلیت مقایسه با فولاد را دارند. با این حال، برای بهره گیری بیشتر از این آلیاژ، درک صحیح فرآیندهای مربوط به خوردگی فولاد ضروری است.

فولاد یکی از پرکاربردترین مواد در صنعت ساختمان است. استحکام و دوام آن قابلیت انعطاف پذیری بی نظیری را به آن می دهد که سبب می شود کاربردهای بیشماری برای آن در نظر گرفته شود. این ماده همچنین با هزینه های تولید سالانه حدود 1.87 میلیارد دلار، تقاضای زیادی در بازار دارد.

برخلاف تصور عمومی، فولاد یک عنصر فلزی طبیعی نیست. بلکه آلیاژی از آهن و کربن است. به عبارت دیگر، این مادۀ مهندسی مخلوطی از این دو عنصر مستقل است. حتی کمترین نوسان محتوای کربن نیز می تواند به طور بالقوه بر ترکیب و عملکرد فولاد حاصل تأثیر بگذارد.

5

دقیــقه مطالعه

مواد مهندسی Engineering materials

مواد نام عام و وسیعی است که به هر چه از اتم ها یا مولکول ها تشکیل می شود، اطلاق ...

مهندسان و پیمانکاران علی رغم استفاده گسترده و محبوبیت فولاد، از دانش عمیق خوردگی فولاد بهره مند می شوند تا اطمینان حاصل شود که این ماده در تمام ظرفیت خود به کار رود. در ادامۀ این مقاله، برخی از حقایق جالب در مورد خوردگی فولاد را مرور خواهیم کرد. حقایقی که همۀ افرادی که با این ماده کار می کنند، باید از آن ها آگاه باشند.

1) فولاد به طور طبیعی مقاوم در برابر خوردگی نیست!

گفتیم که فولاد یک مادۀ ساختمانی اثبات شده، با دوام و کارآمد است. اما معمولاً مشکلاتی در مقاومت در برابر خوردگی دارد. جزء اصلی فولاد، یعنی آهن بسیار حساس به خوردگی است. هنگامی که در معرض اتمسفر قرار می گیریم، عنصر آهن موجود در فولاد با هوا و رطوبت واکنش می دهد و مواد زیر را تولید می کند:

• اکسیدهای آهن (III) هیدراته: Fe₂O₃ · nH₂O
• اکسید آهن (III) – هیدروکسید : FeO(OH), Fe(OH)₃

که معمولاً به این مواد زنگ (Rust) می گویند.

بر خلاف برخی از فلزات و آلیاژهای که محصولات خوردگی آنها یک لایۀ محافظ طبیعی خارجی ایجاد می کند، زنگ زدگی شکننده است و هیچ گونه محافظتی از فلز پایه نمی کند. به عبارتی زنگ فولاد را مصرف می کند. سپس پوسته پوسته می شود تا مواد زیرین بیشتری در معرض دید قرار گیرد. این فرآیند تا زمان مصرف و تخریب کامل فولاد ادامه می یابد.

2) فولاد می تواند برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی با سایر فلزات آلیاژ شود

فولاد زنگ نزن یکی از محبوب ترین آلیاژهای فولاد است. این ماده از ترکیب فولاد با کروم و مقدار کمی فلزات دیگر مانند منگنز، سیلیکون، نیکل و مولیبدن ساخته می شود. کروم، جزء اصلی فولاد ضد زنگ، معمولاً بیش از 12٪ آلیاژ را تشکیل می دهد.

5

دقیــقه مطالعه

فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل (Stainless Steel)

در میان فولادهای آلیاژی، فولاد زنگ نزن نامی آشنا محسوب می شود که تاکنون بارها نا...

هنگامی که در معرض اتمسفر قرار می گیرد، کروم با هوا و رطوبت واکنش می دهد و یک فیلم اکسید نازک، پایدار از نظر شیمیایی و با دوام تشکیل می دهد. این لایه از فولاد زنگ نزن در برابر تعامل بیشتر با جو محافظت می کند. بنابراین از خوردگی جلوگیری می کند.

اگر فیلم اکسید خراشیده یا آسیب دیده باشد، بستر آسیب پذیر شده و مجدداً با اکسیژن واکنش می دهد تا فیلم را بازیابی کند. در واقع خود را بهبود می بخشد. در حالی که فولاد ضد زنگ به عنوان آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی در نظر گرفته می شود، در شرایط بسیار خاص در محیط های تهاجمی می تواند خورده شود.

3) فولادها در حضور کلریدها به خوبی کار نمی کنند.

آلیاژهای فولاد ضد زنگ برای محیط هایی با غلظت زیاد کلرید مناسب نیستند. مطالعات نشان می دهد که کلریدها بر توانایی فولاد در تشکیل یک لایه اکسید محافظ تأثیر منفی می گذارند. یون های کلرید در محلول های آبی در طی فرآیند جذب، تمایل به رقابت با هیدروژن و اکسیژن دارند.

در نتیجه، قابلیت رویین شدن (Passivation) کاهش یافته و حفره، شکاف و خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion) تشکیل می شود. بنابراین، فولادها اغلب با پوشش های محافظ پوشانده می شوند تا اثرات مضر محیط های غنی از کلرید به حداقل برسد.

فولاد ضد زنگ 316 در محیط های با حداکثر 1000 میلی گرم در لیتر کلرید، مقاومت در برابر خوردگی از خود نشان می دهد. همچنین می تواند برای کاربردهای با کلرید بالا در نظر گرفته شود.

4) اتصالات فولادی جوش داده شده احتمالاً تحت تأثیر خوردگی قرار دارند

هنگامی که اتصالات فولاد ضد زنگ جوش داده می شوند، به ناچار مناطقی ایجاد می شود که در برابر خوردگی آسیب پذیر هستند. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ آستنیتی حساس به نوعی ترک خوردگی تنشی است که به عنوان انحلال مسیر فعال (active path dissolution) شناخته می شود.

طی این پدیده، گرما می تواند کاربیدهای کروم را از مرز دانه دور کند. در نتیجه، به دلیل کاهش محتوای کروم، خوردگی بین دانه ای و ترک های میکروسایز ایجاد می شود. تنش های کششی ناشی از خنک شدن جوش، باعث باز شدن بیشتر ترک ها می شود. این موضوع سبب می شود محصولات خوردگی از نوک ترک به راحتی پخش شوند.

5) تماس با آهن ساده (Plain Iron) می تواند سبب خوردگی فولاد زنگ نزن شود

اگرچه مادۀ پایه برای فولاد آهن است؛ اما آهن خالص و فولادهای بدون روکش به خوبی با هم کار نمی کنند. در حین کار، حتی کمترین مقدار باقی مانده نیز می تواند بر مقاومت در برابر خوردگی قطعۀ کار فولاد زنگ نزن تأثیر بگذارد. آلودگی ناشی از آهن ساده می تواند در تشکیل لایۀ اکسیدی محافظ فولاد زنگ نزن مانع ایجاد کند و مقاومت در برابر خوردگی آن را به خطر بیندازد.

برخلاف خوردگی دو فلزی (Bimetallic Corrosion) که در اثر تماس دو فلز غیرمشابه ایجاد می شود، این نوع خوردگی حتی در تماس کوتاه این دو فلز نیز می تواند ایجاد شود. اگر باقی ماندۀ آهن روی ابزارهای ماشینکاری باقی بماند، این مشکل به وجود خواهد آمد. بنابراین، تمیز کردن کامل کلیۀ تجهیزات، قبل از استفاده برای پردازش قطعاتی از جنس استنلس استیل بسیار مهم است.

6) خوردگی یکنواخت در سازه های فلزی ممکن است آن قدرها هم بد نباشد!

خوردگی یکنواخت علیرغم ظاهر ناخوشایند آن، معمولا نشان دهندۀ خرابی قریب الوقوع نیست. خوردگی یکنواخت، به عنوان از دست رفتن مواد در کل سطح قطعه تعریف می شود. برخلاف خوردگی حفره ای، خوردگی یکنواخت خیلی هم بحرانی تلقی نمی شود.

زوال ناشی از این نوع خوردگی معمولاً در سطح به آرامی پیش می رود. این سرعت کم به مهندسین فرصت کافی را می دهد که ساختار را ارزیابی کرده و اقدامات فوری را برای متوقف کردن روند تخریب انجام دهند.

7) فولاد پذیرای سیستم های مختلف محافظت در برابر خوردگی است

رنگ ها و پوشش ها، حافظت کاتدی و آلیاژسازی تنها برخی از روش های متداول برای جلوگیری از خوردگی و افزایش طول عمر سازه های فلزی است. گالوانیزه کردن، یکی از محبوب ترین روش های محافظت در برابر خوردگی، فقط در فلزات آهنی مانند فولاد قابل انجام است. آهن برای بروز واکنش با روی ضروری است. بنابراین، فلزات دیگر مانند مس یا آلومینیوم پوشش گالوانیزه ایجاد نمی کنند.

5

دقیــقه مطالعه

حفاظت کاتدی چیست؟

حفاظت کاتدی همواره یکی از مؤثرترین روش‌های کنترل خوردگی به شمار می‌آید، چرا که ب...

جمع بندی

از نظر کاربرد، فولاد کاملاً انعطاف پذیر بوده و برای استفاده های گوناگون مناسب است. با این حال، مانند اکثر مواد، فولاد دارای مزایا و محدودیت های خاص خود است. با درک و دانش عمیق تر از خوردگی فولاد، می توان برای تصمیم گیری های مهم در مورد انتخاب مواد برای پروژه های مختلف بهتر عمل کرد.

منابع

www.corrosionpedia.com