خوردگی حفره‌ای استیل
مقاومت به خوردگی استیل تا حد زیادی به پایداری و یکنواختی لایه پسیو تشکیل‌شده روی سطح آن هنگام قرار گرفتن در محیط‌های خورنده بستگی دارد.
میزان اثربخشی این لایه پسیو در برابر خوردگی حفره‌ای، در درجه اول تحت تأثیر درصد کروم و مولیبدن موجود در استیل است. علاوه بر این، عنصر نیتروژن نقش مهمی در افزایش مقاومت به خوردگی حفره‌ای دارد و می‌تواند جایگزینی مقرون‌به‌صرفه برای مولیبدن باشد.
عوامل مؤثر بر لایه پسیو
تخریب لایه پسیو می‌تواند به دلایل مختلفی رخ دهد، از جمله:
• وجود عیوب در لایه پسیو
• آسیب‌های مکانیکی
• ناهمواری‌های سطحی مانند ناخالصی‌ها، پوسته‌ها و رسوبات
• وجود یون‌های کلرید در محیط
غلظت بالای یون‌های کلرید می‌تواند باعث تخریب لایه پسیو شود. شدت حمله خوردگی تحت تأثیر عواملی مانند درصد کلرید، اسیدیته، pH و وجود اکسیژن یا سایر اکسیدکننده‌ها قرار دارد.
عوامل مرتبط با جوشکاری
فرایند جوشکاری عوامل مختلفی را ایجاد می‌کند که می‌توانند شروع خوردگی حفره‌ای را به دنبال داشته باشند، از جمله:
• ناخالصی‌ها و فازهای ثانویه
• تغییرات ترکیب شیمیایی در داخل یک فاز
• حساس‌شدگی
• ناپایداری قوس و تشکیل قطرات
• ناهمگونی‌های موضعی در ترکیب شیمیایی
در ریزساختار، آخال‌های MnS (سولفید منگنز) از مهم‌ترین محل‌های آغاز خوردگی حفره‌ای هستند. همچنین وجود فریت دلتا و فاز سیگما حساسیت به خوردگی حفره‌ای را افزایش می‌دهد.
عدد معادل مقاومت به خوردگی حفره‌ای (PREN)
مقاومت استیل در برابر خوردگی حفره‌ای با افزایش مقدار کروم بیشتر می‌شود، اما افزودن مولیبدن این اثر را تقویت می‌کند؛ به‌ویژه در گریدهایی مانند 316 که دارای حدود 18٪ کروم، 2.5٪ مولیبدن و 12٪ نیکل هستند.
افزودن نیتروژن نیز مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای را افزایش می‌دهد. بنابراین، اثر ترکیبی کروم، نیتروژن و مولیبدن به‌عنوان معیاری برای ارزیابی مقاومت استیل در برابر خوردگی حفره‌ای استفاده می‌شود. این معیار عدد معادل مقاومت به خوردگی حفره‌ای (PREN) نام دارد و به صورت زیر تعریف می‌شود:
PREN = Cr% + 3.3Mo% + 16N%
جدول زیر فلزات مختلف را بر اساس مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی دسته‌بندی می‌کند.
دمای بحرانی خوردگی حفره‌ای (CPT
دمای بحرانی خوردگی حفره‌ای (CPT) دمای مشخصی است که در آن خوردگی حفره‌ای برای یک گرید مشخص از استیل آغاز می‌شود.
این دما تحت تأثیر شرایط سطح، وجود رسوبات و یون‌های کلرید و همچنین دمای محیط قرار دارد. بنابراین، انتخاب گریدی که در دمای کاری دچار خوردگی حفره‌ای نشود، اهمیت زیادی دارد.
مقادیر CPT را می‌توان طبق استانداردهای ASTM A48 در محلول‌های کلرید فریک (10% FeCl₃) و همچنین در محلول‌های اسیدی مخلوط کلرید و سولفات (4M HCl + 1% FeSO₄ + 3% NaCl) تعیین کرد. آزمایش‌های آزمایشگاهی برای ارزیابی رفتار خوردگی حفره‌ای معمولاً از طریق آزمون‌های الکتروشیمیایی انجام می‌شوند.
گریدهای مناسب برای مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای
استیل‌های آستنیتی با درصد بالاتر کروم و مولیبدن، مانند گریدهای 304، 316 و 317، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی حفره‌ای دارند.
همچنین می‌توان از موادی مانند آلیاژهای پایه نیکل (مانند Inconel 625، Hastelloy و Alloy X-6) یا استیل‌های ویژه‌ای مانند 317L، Jessop 700، LM، تیتانیوم، آلیاژهای مس-نیکل و آلیاژهای نیکل-مس استفاده کرد.
________________________________________
خوردگی شکافی استیل
شکاف‌هایی که در اثر تماس فلز با فلز، استفاده از گسکت‌ها و ایجاد رسوبات خوردگی به وجود می‌آیند، دسترسی اکسیژن را محدود کرده و موجب خوردگی شکافی می‌شوند.
عوامل مختلفی در شروع و گسترش خوردگی شکافی در استیل‌های آستنیتی مؤثر هستند:
عوامل مؤثر بر خوردگی شکافی
عوامل هندسی:
نوع شکاف (فلز-فلز یا فلز-غیرفلز)، عرض و عمق شکاف و نسبت مساحت سطوح.
عوامل محیطی:
غلظت اکسیژن، میزان pH، غلظت کلرید، دما، تلاطم، نفوذ و همرفت.
عوامل الکتروشیمیایی:
محلول فلزی، واکنش کاهش اکسیژن و تولید هیدروژن.
عوامل متالورژیکی:
وجود ناخالصی‌ها در ترکیب آلیاژ و ویژگی‌های لایه پسیو.
کاهش خوردگی شکافی
برای به حداقل رساندن اثرات خوردگی شکافی، ضروری است از تشکیل شکاف‌ها جلوگیری شود. این امر را می‌توان با حفظ سرعت جریان یکنواخت در مبدل‌های حرارتی و استفاده از گریدهای استیل با مقدار بالاتر کروم و مولیبدن بهبود داد؛ زیرا این گریدها مقاومت بیشتری در برابر خوردگی شکافی دارند.
استیل‌های آستنیتی با مقدار بالاتر مولیبدن، مانند L904، L316 و 254 SMO، و همچنین گریدهای فریتی مانند Mo-2Cr18 و استیل‌های داپلکس مانند 2205، مقاومت قابل‌توجهی در برابر خوردگی شکافی نشان می‌دهند.
دمای بحرانی خوردگی شکافی (CCCT)
در گریدهای مشخصی از استیل، خوردگی شکافی تحت تأثیر دمای محیط نیز قرار دارد.
در دماهای بالاتر از دمای بحرانی خوردگی شکافی (CCCT)، خوردگی شکافی آغاز می‌شود؛ در حالی که در دماهای پایین‌تر از این مقدار، خوردگی شکافی رخ نمی‌دهد.
بنابراین، می‌توان گریدی از استیل را انتخاب کرد که در شرایط کاری دچار خوردگی شکافی نشود، مشروط بر اینکه دمای محیط از مقادیر بحرانی تعیین‌شده فراتر نرود.
مقادیر CCCT طبق استاندارد ASTM B48G و با استفاده از کلرید فریک (محلول 6% FeCl₃) در آزمون‌های خوردگی شکافی 72 ساعته به دست می‌آیند.
مقایسه خوردگی حفره‌ای و خوردگی شکافی
اگرچه مکانیسم‌های شروع خوردگی حفره‌ای و خوردگی شکافی با یکدیگر متفاوت هستند، مکانیسم گسترش آن‌ها مشابه است.
برای شروع خوردگی شکافی، لزوماً به شرایط بسیار خورنده نیاز نیست. ممکن است یک استیل در برابر خوردگی حفره‌ای در یک محلول مشخص مقاوم باشد، اما در همان محیط دچار خوردگی شکافی شود.
با کنترل عوامل متالورژیکی که مقاومت به خوردگی حفره‌ای را افزایش می‌دهند، می‌توان مقاومت در برابر خوردگی شکافی را نیز بهبود داد.
جلوگیری از وجود سولفیدهای منگنز (MnS) باعث افزایش مقاومت در برابر هر دو نوع خوردگی حفره‌ای و شکافی می‌شود.
روش‌های کاهش ناخالصی‌های سولفید منگنز
سه روش بالقوه برای کاهش ناخالصی‌های سولفید منگنز وجود دارد:
1. کاهش مقدار منگنز به کمتر از حد حلالیت MnS.
2. کاهش مقدار گوگرد به کمتر از حد حلالیت MnS.
3. افزودن عناصر آلیاژی مانند تیتانیوم و زیرکونیوم برای تشکیل سولفیدهای پایدارتر و مفیدتر
جهت ایجاد خاصیت محافظت یا رویین شدن اولیه در مقابل خوردگی، حداقل 11% کروم و جهت بهبود خواص خوردگی، مکانیکی و غیره عناصر دیگری به فولاد افزوده می گردند. اثر متفاوت این عناصر بر ریز ساختار، شش گروه استنلس استیل به شرح زیر را به وجود می آورد:
فولادهای زنگ نزن (S.S) بر اساس دسته‌بندی موسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) به دو سری ۲۰۰-۳۰۰ و سری ۴۰۰ تقسیم می‌شوند. هر سری شامل چندین نوع فولاد با رفتارهای متفاوت است.
عنصر اصلی در استنلس استیل، کروم است. با این حال، مقدار بیش از حد کروم می‌تواند مشکلاتی در فرآیند تولید، شکل‌دهی و پایداری آلیاژ ایجاد کند.
این فرآیند الکتروشیمیایی هم برای ورق ها و هم برای قطعات مناسب است. این فرآیند سطح را بهبود می دهد و نقاط پستی بلندی سطح را از بین می برد و بنابراین انعکاس افزایش می یابد. درجه نرمی و انعکاسی که در این فرآیند انجام شود بسته به میزان زبری ماده اولیه دارد و باید در نظر گرفته شود که در این فرآیند سطح آینه ای که توسط فرآیندهای پولیش مکانیکی بدست می آید را نمی توان ایجاد کرد.