خوردگی در فولاد
طبق تعریف خوردگی موسسه ملی مهندسی خوردگی آمریکا عبارتست از زوال یک ماده…
(معمولا فلز)یا خواص ان براثر واکنش با محیط اطراف.
دلیل خوردگی در فولاد چیست؟
خوردگی در فولاد به واسطه وجود دو عامل اصلی یعنی رطوبت و اکسیژن هوارخ می دهدکه طبعا عدم وجود هریک از این عوامل از خورده شدن فولاد جلوگیری میکند.
در حین فرآیندخورگی بروی بدنه فولاد،برخی نواحی آن نقش آند و برخی دیگر نقش کاتد را ایفا میکنند. البته این نواحی بسیار کوچک و نزدیک به هم هستند و نمیتوان آن را به طور واضح رویسطح زنگ زده مشخص کرد آنداتم های آهن با از دست دادن الکترون به یون آهن تبدیل می شود. با مرطوب شدن سطح آهن فضای مناسبی برای ایجاد یک الکترولیت ایجاد میشود و در این شرایط بخشی از سطح فلز نقش کاتد و بخشی دیگر نقش آندراایفا کرده و خورده میشود.
انواع خوردگی کدامند؟
خوردگی فلزات انواع مختلفی دارد:
1-خوردگی یکنواخت
رایج ترین نوع خوردگی در میان فلزات ،خوردگی یکنواخت است. در این نوع از خوردگی میزان فرسودگی فلزبه راحتی قابل ارزیابی بوده و به اصطلاح، خوش خیم تریم نوع فرسودگی محسوب می گردد. چراکه معمولا میزان فرسودگی وسیع است اما عمیق نیست.
2-خوردگی های موضعی یا غیر یکنواخت
برخلاف خوردگی یکنواخت، این نوع از خوردگی تحریب مقطع و موضع خاصی از ساختار فز خواهد بود.
خوردگی موضعی انواع مختلفی را شامل میشود که در ادامه به معرفی آنها خواهیم پرداخت.
خوردگی فلزات بر اثررطوبت
اولین و مهمترین عامل ایجاد خوردگی در انواع فلزات، رطوبت است. رطوبت در مجاورت انواع فلزات به عنوان یک الکترولیت عمل میکند و موجب زنگ زدگی آنها میشود.
مطابق با منابع علمی، آب با دی اکسید کربن موجود درهوا واکنش نشان میدهد و منجر به تولید اسید کربنیک می گردد. این اسید نسبت به آب الکترولیت قوی تری داشته و سبب افزایش سرعت زنگ زدگی فلزات خواهد شد.
راهکار های محافظت از خوردگی ورق های فولادی
اغلب ورق هایی که برای انتقال نفت و گاز مورد استفاده قرار میگیرند از ورق های گالوانیزه فولادی هستند: بنابراین برای محافظت از ورق های انتقال، روش های سازگار با جنس فولاد استفاده میشود که شامل موارد زیر می باشد:
1-پوشش دهی ورق های فولادی
2- استفاده از پوشش اپوکسی
3-ثابت نگه داشتن ساختار ها
4-لعاب های آلکیدی
5-تعویض خان اطراف لوله
6-پوشش های ضد زنگ
7-به کار بردن سایر فلزات
8-ایجاد فاصله میان فلزات
9-تمیز نگه داشتن لوله ها
10-استفاده از پوشش پلی اورتان
11-کنترل کردن اب و رطوبت
انواع خوردگی فلزات
خوردگی گالوانیک
این خوردگی تخریب یک فلز در نزدیکی یک اتصال یا تقاطع است و زمانی اتفاق می افتد که دو فلز الکتروشیمیایی غیر مشابه در یک محیط الکترولیت در تماس باشند. مانند مجاورت مس با آب شور که سبب خوردگی فولاد می شود.
خوردگی کالوانیک به خوردگی در اثر وجود اختلاف پتانسیل الکتریکی بین فلزات در ارتباط با یکدیگر گفته می شود.
اختلاف پتانسیل باعث شارش الکترون های بین این دو فلز می شود.
در این حالت فلز دارای پتانسیل تعادلی کمتر، آند پیل الکتروشیمیایی را تشکیل داده و خورده می شود. فلز کاتد خورده نمی شود یا خوردگی آن بسیار کم است. در اتصال دو فلز غیر همجنس تشدید خوردگی آند را خوردگی گالوانیکی و کاهش خوردگی کاتد را حفاظت کاتدی می گویند.
چگونه از خوردگی گالوانیک جلوگیری کنیم؟
الف)انتخاب فلزاتی که تا حد امکان در جدول سری گالوانیک به هم نزدیکتر باشند.
ب)اجتناب از تاثیر نامطلوب مساحت آند کوچک و کاتد بزرگ
ج)عایق کردن فلزات غیر همجنس تا حدی که امکان اجرای عملی در آن وجود نداشته باشد
د)انجام پوشش مناسب مخصوصا در منطقه آندی
ه)استفاده از بازدارنده ها جهت کاهش خوردگی محیط
و)اجتناب از اتصالات پیچی در مورد فلزاتی که در سری گالوانیکی از همدیگر خیلی دور باشند.
خوردگی شیاری
این نوع خوردگی همانند خوردگی حفره ای، در سطح موضعی از فلز ایجاد می گردد. سطوحی که تحت تاثیر این خوردی قرار می گیرند سطوحی هستند که مدت زمان طولانی در حالت استاتیک بدون تماس با محیط قرار دارند. خوردگی شیاری در واقع گونه ای از خوردگی است که واکنش آندی آن درون شیاری در سطح که تماس چندانی با بیرون ندارد رخ می دهد. شیار می تواند جای وصل شدن دو قطعه مانند پیچ یا واشر، درز و هرگونه جایی که الکترولیت بتواند در آن راکد بماند.
شرایط مقاومت در برابرخوردگی شیاری در مورد یک فلز
1-منطقه انتقال فعال به غیر فعال باریک باشد.
2-دانسیته جریان بحرانی کوچک باشد.
3-منطقه غیر فعال وسیع باشد.
تیتانیوم و آلیاژهای پرنیکل دارای این خصوصیات می باشند لذا مقاومت در برابر خوردگی شیاری بالایی دارند.
در مقابل، فولاد زنگ نزن نوع 430 بدلیل داشتن دانسیته جریان بحرانی بالا، منطقه وسیع انتقال فعال به غیر فعال و منطقه غیر فعال محدود، به شدت برای خوردگی شیاری مستعد می باشند.
مبارزه با خوردگی شیاری
1-در تجهیزات به جای پرچکاری یا استفاده از پیچ و مهره، از جوشکاری استفاده شود.
2-شیارها در محل روی هم قرار گرفتن دو فلز با جوشکاری مداوم و یا لحیم کاری پوشانده شود.
3-تانک ها و خازن به ونه ای طراحی شود که هنگام تخلیه هیچگونه مایعی داخل آنها باقی نماند.
4-تجهیزات هرچند وقت یکبار به طور منظم بازرسی و رسوبات تمیز شوند.
5-از بین بردن جامدات معلق در فرایند های اولیه در سیکل کارخانه.
6-حذف مواد جاذب رطوبت و ایجاد محیط یکنواخت.
7-استفاده از واشر های جامدی که جاذب رطوبت نیستند مانند تفلون.
8-استفاده از جوشکاری در صفحه لوله ها به جای پرس کردن.
خوردگی حفره ای: مخرب ترین و بدترین نوع خوردگی فلزات
این نوع فرسودگی از مخرب ترین و بدترین نوع فرسودگی فلزات محسوب میشوند، زیرا به صورت عمیق در فلزات رخ داده و میزان زیادی از فلز را از بین می برد. همچنین پیش بینی و شناسایی آن دشوار خواهد بود.
شروع خوردگی حفره ای را می توان ناشی از موارد زیر دانست:
1-تخریبات موضعی مکانیکی یا شیمیایی در فیلم اکسیدی محافظ
2-غلظت بالای کلراید به عنوان یکی از عوامل اصلی تخریب فیلم پسیو موجود برروی سطح مطرح می باشد.
3-تخریبات یا اعمال نامناسب پوشش های محافظ
4-حضور نایکنواختی ها را در سطح فلز
روش های جلوگیری از خوردگی حفره ای
1-انتخاب صحیح مواد با توجه به محیط
2-کنترل غلظت کلراید و دما
3-حفاظت کاتدی
4-استفاده از آلیاژهای مقاوم تر به خوردگی حفره ای
5-بازدارنده های خوردگی
6-جلوگیری از ساکن بودن الکترولیت
7-پوشش های مناسب و لزوم دقت فراوان بر فرایند
خوردگی فرسایشی
خوردگی فرسایشی در اثر سایش مکرر و ارتعاش برروی سطوح خشن به شمار می آید. این نوع از خوردگی سبب ایجاد حفره و خط و خش بر سطح فلز خوهد شد. از سوی دیگر کار مکانیکی و افزایش فشار سطوح روی یکدیگر سبب کنده شدن ذرات به صورت تکه های اکسیدی درآمده و تکرار این مراحل باععث تشدید خوردگی فرسایشی سطوح در تماس با یکدیگر می شوند.
روش های کاهش یا جلوگیری از این نوع خوردگی
1-کم کردن اصطکاک: استفاده از گریس و روغن هایی که دارای سیالات زیاد بوده که باعث کاهش اصطکاک و مانع از تماس اکسیژن با سطوح می شود. به همین منظور گاهی اوقات از پوشش های فسفاته همراه با روغن کاری استفاده می شود.
2-افزایش فشار وارده به سطح برای کاهش لغزش بین سطوح
3-استفاده از واشر برای کاهش(جذب)ارتعاشات نسبی و ممانعت از ورود هوا به سطح تماس
4-افزایش سختی یک یا هر دو جسمی که روی هم قرار دارند.
برای افزایش سختی سطوح فلزات می توان از روش هایی مانند ماسه پاشی، ساچمه زنی، و کارسرد استفاده کرد.
خوردگی انتخابی
حمله به یک جزء خاص از یک آلیاژ در معرض الکترولیت
خوردگی انتخابی یا جدایشی نوعی از خوردگی است که در اثر حمله عوامل خورنده به یک جزء خاص آلیاژی که در معرض الکترولیت قرار گرفته است، رخ خواهد داد.
در اشیای برنزی که در حفاری های باستان شناسی به دست آمده لایه های محصولات خوردگی نسبت به قلع، غنی شده به نظر می رسد. آلیاژهای طلا یا پلاتین به همراه فلزات فعال تر نظیر نقره، نیکل یا مس ممکن است در اسیدهای اکسید کننده ی قوی از حالت آلیاژی خارج شوند.
محلول های تخصصی پیش گیری از خوردگی دو نوع زدایش روی وجود دارد:
1-نوع یکنواخت یا لایه ای
2-نوع موضعی
درموردآلیاژهای دیگر نیز احتمال رخ دادن این نوع خوردگی وجود دارد. به عنوان مثال بعضی از آلیاژهای مس مانند برنز آلومینیوم در مجاورت محیط های اسیدی یا آب دریا در اثر خوردگی جدایشی، آلومینیوم خود را از دست می دهد.
روش های کنترل یا جلوگیری از خوردگی جدایش انتخابی:
1-حذف یا تعدیل عوامل خورنده ی محیطی مانند اکسیژن
2-استفاده از روش حفاظت کاتدی
3-افزودن برخی عناصر به آلیاژهای که موجب افزایش مقاومت آن در برابر این نوع خوردگی میگردد. به عنوان مثال اضافه کردن 1% قلع به برنج زرد معمولی، آلیاژ جدیدی به نام آدمیرالتی به دست می آید که مقاومت قابل ملاحضه ای خواهد داشت. همچنین با اضافه کردن مقادیر اندکی از عناصر آرسنیک، آنتیموان یا فسفر می توان اقدام به کند کنندگی خوردگی جدایشی نمود.
خوردگی مکانیکی
خوردگی همراه با تنش، یکی از انواع خوردگی محسوب می شود که در اثر همکاری همزمان تنش و محیط خورنده اتفاق می افتد.
این نوع خوردگی خود به انواع مختلفی تقسیم می شود:
1- خوردگی فرسایشی
SCC2- خوردگی
3-خوردگی خستگی
برای جلوگیری از این نوع خوردگی می توان از فولاد با آلیاژهای خاص ضد سایش و یا فولاد های پرمقاومت مناسب استفاده نمود.
خوردگی میکروبی به واسطه میکرو ارگانیسم ها
خوردگی میکروبی یا میکروبیولوژیکی به نوعی از خوردگی گفته می شود که به واسطه میکروارگانیسم ها یی که ایجاد شده باشد که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نباشد. این عوامل می توانند سرعت فرآیند خوردگی را افزایش دهد.
دو نوع بسیار مهم از این نوع عبارتند از:
خوردگی میکروبیولوژیک از نوع غیر هوازی
ANAEROBIC TYPE OF MICRIBIOLOGICAL CORROSION
از باکتری های این گروه هستند.SRB
خوردگی میکروبیولوژیک از نوع هوازی
AEROBIC TYPE OF MICROBIOLOGACAL CORROSION
در این نوع بر خلاف خوردگی غیر هوازی، وجود اکسیژن در واکنش حیاتی باکتری های موثر بر روند خوردگی ضروری است. مثال قابل توجه این دسته، باکتری های اکسید کننده سولفور هستند.
دلایل خوردگی میکروبی
خوردگی میکروبی ممکن است به یکی از دلایل زیر باشد:
1-تاثیر مستقیم بر واکنش آندی و کاتدی از طریق ایجاد مزاحمت برای واکنش های کاتدی در شرایط بدون اکسیژن
2-به وجود آوردن محیط خورنده توسط تولید متابولیت های خورنده و یا پسماند های رشد تخمیری
3-تخریب فیلم سطحی محافظ
4- تولید رسوب بر روی سطح فلز که در نتیجه ـن، بین محیط اطراف و رسوباتا پیلهای غلظتی و یا اهتلال دمشی به وجود می آید.
روش های افزایش و تثبیت طول عمر استیل
مراحل جلوگیری از خوردگی فولاد ضد زنگ باید در طول چرخه عمر فولاد ضد زنگ انجام شود. بهترین روش ها در مرحله طراحی و تولید و همچنین تعمیر و نگهداری، مدت عملکرد و ظاهر فلز را طولانی تر می کند.
- 1. طراحی
برنامه ریزی مناسب در مرحله طراحی کاربردهای فولاد ضد زنگ، نفوذ آب را به حداقل می رساند و احتمال آسیب سطحی را کاهش می دهد. در صورت امکان باید از سوراخ های زهکشی آب استفاده کرد و حفره ها و شکاف ها را محدود کرد. جریان هوا نقش بسیار مهمی دارد و و طراحی سازه باید به گونه ای باشد که گردش هوا به راحتی در سراسر سازه ایجاد شود.
- 2. ساخت
در مرحله ساخت، مهم است که از تماس فولاد ضد زنگ با آهن یا فولاد معمولی جلوگیری شود. اینکار مستلزم دقت و توجه فراوان به محیط اطراف از جمله میز کار، ابزار، واحدهای ذخیره سازی، رول های تراش فولادی و زنجیر دارد. هر ذرات گرد و غبار فولاد کربنی که در طول ساخت بر روی فولاد ضد زنگ ته نشین شود می تواند سطح آن را آلوده کند و پتانسیل تشکیل زنگ را افزایش دهد. علاوه بر این، ابزار تمیز کردن و سنگ زنی که با کربن یا فولاد کم آلیاژ استفاده شده اند باید جدا از فولادهای ضد زنگ نگهداری شوند.
- 3. تعمیر و نگهداری
نگهداری منظم نقش کلیدی در جلوگیری از زنگ زدگی فولاد ضد زنگ (استیل) و همچنین محدود کردن پیشرفت زنگ موجود دارد. حذف هرگونه زنگی که با استفاده از وسایل مکانیکی یا شیمیایی ایجاد شده است ضروری است. پس از آن می توان لکه های حاصل از خوردگی را با آب گرم و صابون پاک کرد. پس از تمیز کردن، یک پوشش مقاوم در برابر زنگ زدگی باید اعمال شود.
ادامه مطلب