التآكل هو واحد من ثلاثة أنماط الفشل الرئيسية للمعادن. غالباً ما يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئات أكثر تطلبًا لمنع تآكل المعدن. ومع ذلك ، اكتشف المهندسون أنه حتى مع الفولاذ المقاوم للصدأ ، يمكن أن تتآكل المكونات في ظل ظروف معينة. عندما يحدث التآكل في الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإن العديد من المهندسين لا يفعلون شيئًا. ويعتقد المؤلف أن العديد من المهندسين لديهم سوء فهم في اختيار المواد الفولاذ المقاوم للصدأ. هذا سوء الفهم هو أن تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ أو حتى التآكل. كان هناك قول يقول: إن الرجل قد دموع ، لكنه لا ينفض ، لأنه لم يصل إلى نقطة قلبه. هذه الجملة لا يمكن المبالغة في تقديرها لالفولاذ المقاوم للصدأ. الفولاذ المقاوم للصدأ ليس غير متآكل ، فقط لأنه لا يواجه بيئات تآكل أكثر قسوة. هنا سوف أركز على مسألة التآكل المحلي من الفولاذ المقاوم للصدأ. آمل أن يعفى بعض المشاريع الميدانية من بعض الشكوك في هذا المجال.
وصف موجز للتآكل المحلي من الفولاذ المقاوم للصدأ
بالنسبة للمواد الفولاذية المحتوية على الكروم والنيكل ، هناك نوعان رئيسيان من التآكل: أحدهما هو التآكل المنتظم والآخر هو التآكل الموضعي. الصدأ في الجو البحري هو مثال نموذجي للتآكل العام أو الموحد. هنا يتآكل المعدن بالتساوي على سطحه بالكامل. في هذه الحالة ، يتم تشكيل طبقة فضفاضة على سطح الصلب ، ويتم إزالة هذه الطبقة من منتج التآكل بسهولة. يعتبر التآكل الموحد أحد أسهل أشكال التآكل لأن المهندسين يمكنهم تحديد معدل تآكل المعدن بشكل كمي ويمكنهم التنبؤ بدقة بحياة المعدن. ولذلك ، فإن التآكل المنتظم هو شكل من أشكال التآكل الذي يتأثر بالكساح إلى الحد الأدنى. على الرغم من أنه يتسبب في تلف التآكل ، إلا أنه يمكن التنبؤ به والتحكم فيه.
ومع ذلك ، فإن حدوث التآكل الموضعي غالباً ما يجعل العديد من المهندسين غير مستعدين. ويرجع ذلك إلى أن الضرر الناجم عن التآكل المحلي يصعب التنبؤ به ولا يمكن حساب حياة المعدات بدقة. واحدة من أكثر المواعيد المزعجة ، هو أصعب أنواع التآكل المحلي في المعادن. لأن آلاف الأميال من السد ، انهارت في ثقب النمل. هذا ما يسمى pitting هو نقطة النملة على سد.
في عملية تآكل المعدن ، تحدث تفاعلان في نفس الوقت على القطب. واحد هو رد فعل الكاثود ، ويتم تخفيض غير المعدنية في الكاثود. لدى غير المعادن إلكترونات ويتم تقليل التكافؤ. والآخر هو رد فعل الأنود. عندما يحدث تفاعل الأنود ، يفقد المعدن الإلكترونات ويرتفع التكافؤ. يتم فصل أيونات المعادن عن السطح المعدني. ما أريد قوله هو أن تآكل المعادن يعتمد على التفاعل مع أكبر مقاومة للتآكل. لذلك ، يوفر هذا أيضًا مبدأًا رئيسيًا في حل مشكلة التآكل المعدني.
تصميم مقاومة التآكل باستخدام العلاقة بين الكاثود والأنود. إذا كان وجه الكاثود كبيرًا مرتبطًا بوجه أنود صغير ، فسيتدفق تيار كبير بين الأنود والكاثود. يجب تجنب هذا الوضع. من ناحية أخرى ، عندما نعكس الحالة عن طريق ربط سطح أنود كبير بسطح كاثود صغير ، يحدث تيار تيار صغير بين المعدنين. هذا الوضع هو ما نتوقعه. نصمم كاثود معدن اللحام في حاوية أو دبابة كالكاثود. تم تصميم جهاز التثبيت بحيث يتم توصيل قفل الكاثود (منطقة صغيرة) وقطعة الأنود (منطقة كبيرة) معًا. مثال على هذا المفهوم هو برشام الألواح الفولاذية مع برشام النحاس وفضحها لمياه البحر بمعدلات تدفق منخفضة. التركيب النحاسي هو سطح صغير من الكاثود ، بينما الصفيحة الفولاذية هي سطح أنود كبير. هذا التصميم مناسب جدا وينتج توافقا جيدا.
مشكلة Pitting. ويمكن أيضا أن تنتج Pitting دون ثغرات على سطح المعدن. قد يحدث حدوث تأليب من عاملين: أيون الكلوريد في البيئة وعدم تجانس البنى الدقيقة أو المكونات. يمكن أن يحدث تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب تركيز مادة خاصة مثل كلوريد. في حالة حدوث تأليب في الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب الحساسية أو أسباب أخرى ، أو عندما تكون محتويات الكروم والنيكل غير موحدة أو حتى تفشل في مقاومة تآكل التأرجح ، قد يحدث التآكل. يمكن العيوب على سطح المعدن أيضا يسبب تأليب. على سبيل المثال ، وجود خلل في طبقة أكسيد واقية من الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك النيكل. يمكن منع تأليب باستخدام سبيكة لديها مقاومة عالية للتآكل أو عن طريق القضاء على عنصر كيميائي يسبب تأليب. جانب آخر من السيطرة على تأليب المعادن هو القضاء على المواد المتفاعلة الكاثودية في الوسط البيئي. عادة ما يكون لإزالة الأكسجين تأثير أفضل. وبما أن قاع الحفرة يميل إلى أن يتأكسد ، فإن المنطقة المحيطة من الحفرة أو الفجوة تميل إلى أن تكون كاثودية بحيث تتشكل علاقة البطارية الحالية. عندما يتوسع التآكل في الحفرة أو شق ، يصبح رد فعل autocatalytic. أيون الحديديك يتفاعل مع كلوريد لتكوين كلوريد حديديك. يتكرر التفاعل ويحدث ثقب المعادن بسرعة. يعتبر التآكل أو شق التآكل شكلاً خطيرًا جدًا من التآكل لأنه موضعي بشكل كبير ويمكن أن يتسبب بسرعة في اختراق المعدن.
وصف موجز للتآكل المحلي من الفولاذ المقاوم للصدأ
مشاكل التآكل تحت السطحي. فقط تحت الرواسب أو في شق ، ومحتوى الأكسجين من الحل منخفض ، ومحتوى الأوكسجين من الحل الأكبر في الجزء الخارجي من شق عالية جدا. هذا ينشئ بطارية مع أنود تحت الرواسب أو في شق وخارج. هو الكاثود. داخل الفجوة التي تحتوي على وسط كلوريد ، ينخفض تركيز الأس الهيدروجيني وتركيز الكلوريد. تؤدي حالة الكلوريد الحمضي إلى تسريع التآكل ويتم التوسط تلقائيًا. ثم حدث تآكل متردد شديد. مثال على هذا النوع من التآكل يحدث عندما يتم وضع قفل الفولاذ المقاوم للصدأ على لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ وتعرض للمياه التي تحتوي على الكلوريد. يمكن أن يحدث التآكل عند استخدام رأس البرغي أو الغسالة كمنطقة الأنود. منع تكوين الرواسب والمقاييس أو استخدام المواد ذات المحتوى العالي من السبائك سيساعد على تقليل التآكل الشق.
تجريد التآكل. في هذه الحالة ، يتم تشكيل طبقة تآكل فضفاضة تشبه الصفيحة على السطح المعدني. حتى تدفق منخفض السرعة يمكن بسهولة إزالة طبقات فضفاضة من التآكل. ونتيجة لذلك ، يتم كشف معدن جديد غير منجز مرة أخرى ، بحيث يتم تشكيل العديد من الطبقات الشبيهة بالصفائح. مرة أخرى ، يتم إزالة هذه الصفائح بسهولة وتستمر العملية. استخدام السبائك غير الكيمائية التفاعل يمكن أن يتجنب تآكل التقشر.
تآكل بين الخلايا الحبيبية. وقد يظهر التآكل داخل الحبيبات في بعض السبائك الخاصة عند تسخينها في منطقة درجة الحرارة الحساسة أثناء اللحام أو المعالجة الحرارية. عندما يتم تسخين بعض سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ إلى 425-870 درجة مئوية ، تترسب كربيد الكروم عند حدود الحبوب. وهذا يؤدي إلى وجود مناطق مستنفدة للكروم في محيط الكربيدات ويؤثر أيضا على تخميل منطقة حدود الحبوب. في الوسائط الخاصة ، مثل حمض النيتريك أو المياه ذات درجة الحرارة العالية ، قد يحدث التآكل في منطقة الكروم المنخفضة. تظهر الحبوب على سطح سكرية ويتم فركها بسهولة عند فركها بأخذ العينات. يمكن تجنب التآكل بين الحبيبي من الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل من خلال استخدام سبائك منخفضة الكربون ، إضافة عناصر تشكيل كربيد مثل التيتانيوم أو التنتالوم ، أو استخدام anneals الاستقرار.
وصف موجز للتآكل المحلي من الفولاذ المقاوم للصدأ
الإجهاد التآكل تكسير. مثال نموذجي هو خط بخار معزول مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 316 (UNS S31600). يمكن نقل الكلوريدات التي قد تكون موجودة في مادة العزل إلى سطح المعدن عندما تتعرض للمطر. هذا الشرط يفي بشروط توليد تكسير الإجهاد: سبيكة حساسة - 316 الفولاذ المقاوم للصدأ. تآكل خاص - مياه تحتوي على الكلوريد. والإجهاد - الأنابيب الباردة أو الملحومة. إذا تم إجراء فحص فحص المعادن عبر المنطقة من خلال منطقة الكراك ، فسيتم ملاحظة وجود حبيبي نموذجي (يمتد على طول الحبوب وحدود الحبوب) وشقوق فرعية. هذا هو التآكل نموذجي كلوريد التآكل تكسير الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. القضاء على أي من الشروط الثلاثة المذكورة أعلاه يمكن أن تمنع تآكل الإجهاد التكسير.
وصف موجز للتآكل المحلي من الفولاذ المقاوم للصدأ
محتوى الأكسجين يؤثر على التآكل. بشكل عام ، فإن المياه العذبة والنظيفة المتدفقة إلى محطة توليد الطاقة ليست مسببة للتآكل. يعمل الفولاذ بشكل جيد في المياه المحايدة ويرتبط معدل تآكله بشكل مباشر بقدرة الأكسجين المذاب. بمعنى أنه كلما زاد محتوى الأكسجين كلما ارتفع معدل التآكل. يرتبط تآكل الفولاذ أيضًا بقيمة الأس الهيدروجيني. عندما يكون الرقم الهيدروجيني مرتفعًا ، يكون معدل التآكل في الفولاذ منخفضًا. عندما ينخفض الأس الهيدروجيني إلى ما دون 4 ، يتآكل الفولاذ بسرعة.
سوف درجة الحرارة أيضا تسريع تآكل الصلب. عندما تزيد درجة الحرارة من 72 درجة فهرنهايت إلى 104 فهرنهايت (22-41 درجة مئوية) ، فإنها تؤثر بشكل مباشر على معدل التآكل للصلب. معدل التدفق له تأثير معاكس على تآكل الفولاذ. عندما يكون معدل تدفق مياه البحر أعلى من حوالي 3 أقدام في الثانية (0.9 م / ث) ، يمكن تسريع تآكل الصلب إلى حد كبير. ستؤدي إزالة المواد غير المسببة للتآكل الميكانيكية إلى معدل تآكل عالٍ لأن إزالة المواد المسببة للتآكل تكشف عن معادن جديدة ذات معدل تآكل مرتفع. في الوقت نفسه ، فإن معدل التدفق العالي يجلب كمية كبيرة من الأكسجين إلى السطح المكشوف من المعدن. لذلك ، هناك المزيد من الأكسجين لزيادة معدل التآكل.
إذا انكسر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بسبب تكسير تآكل الضغط ، فإن المادة البديلة التي يجب أخذها بعين الاعتبار هي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج. بسبب هيكلها وتكوينها المختلف ، فإنها تتمتع بخصائص ميكانيكية أعلى في درجة حرارة الغرفة حتى 600 درجة فهرنهايت (315 درجة مئوية) من 316 فولاذ مقاوم للصدأ. لديهم أيضا أعلى مقاومة تكسير تآكل الإجهاد. يمكن للسبائك ثنائية الطور تحقيق مقاومة أعلى للتآكل والتشقق عن طريق زيادة محتوى الكروم والموليبدينوم.
تأثير تركيز الكلوريد على تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ. عندما يستخدم 304 أو 304L الفولاذ المقاوم للصدأ في المياه العذبة ، يجب أن يكون محتوى الكلوريد أقل من 200 جزء في المليون. بعد تصنيع المكونات ، يجب إزالة الحديد المتبقي. لأن الحديد المتبقي سوف يعمل مثل الفجوة ، فإنه سيتفاعل مع الكلوريد لتشكيل كلوريد حديدي لتسريع التآكل الموضعي. 304 يجب تنظيف الأنابيب بشكل دوري لإزالة الشقوق أو الترسبات التي يمكن أن تشكل فجوات. يجب تجنب التعرض لمعدات المصنع 304 أو 304L إلى المياه الراكدة (على سبيل المثال ، معدل تدفق أقل من 0.9 m / s) لأنه سيشكل رواسب على سطح المعدن. كما يجب التحكم في التآكل الميكروبيولوجي.
من أجل استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع 316L بنجاح في المياه المالحة ، يجب أن يكون محتوى الكلوريد أقل من 1000 جزء في المليون ما لم يكن الماء غير مؤكسج تمامًا. سوف يمنع الماء غير المؤكسج من تأليب وتشقق وتآكل الإجهاد من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. في عملية الإنتاج للمصنع ، ينبغي لحام الملح بشكل كامل وسلس للحصول على أفضل تأثير مضاد للتآكل. يجب استخدام الأقطاب ذات المحتوى العالي من الموليبدينوم أو التي تطابق اللحام. من المهم أن يتم تنظيف سطح الفولاذ المقاوم للصدأ نوع 316L مثل 304 لإزالة أي الحديد المتبقي. بشكل عام ، فإن أفضل طريقة لإزالة الحديد المتبقي هي استخدام عامل تنظيف HNO3-HF. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي أيضًا إزالة أي رواسب بانتظام. من المهم الحرص على تجنب حالة المياه الراكدة. يجب أن يكون معدل تدفق الماء على الأقل 0.9 م / ث أثناء توقف المعدات لمنع تكوين الرواسب.
غالباً ما يكون التآكل المعدني مشكلة معقدة ، وحتى بعض أشكال التآكل الجديدة غير مفهومة جيداً من قبل الجمهور. من المستحسن أن يتعلم المهندسون الميدانيون المزيد عن التآكل والحماية حتى يتمكنوا من تعلم كيفية التعامل مع تآكل المكونات المعدنية.