خوردگی استنلس استیل

خوردگی استنلس استیل ها ؛ استنلس استیل برخلاف استیل کربنی وقتی که در معرض محیط‌های مرطوب قرار می‌گیرد دچار خوردگی یکنواخت نمی‌شود. استیل های کربنی محافظت نشده در هنگام ترکیب با هوا و رطوبت به راحتی زنگ می‌زنند. لایه اکسید آهن سطحی (زنگ) متخلخل و شکننده است. از آنجایی که اکسید آهن حجم بزرگتری نسبت به استیل اصلی را اشغال می‌کند، این لایه گسترش می‌یابد و تمایل به لایه برداری دارد و باعث حمله بیشتر به لایه‌های زیرین استیل می‌شود.

در عوض،استنلس استیل ها دارای کروم کافی برای غیرفعال شدن هستند. این پدیده در صورت قرار گرفتن در معرض اکسیژن موجود در هوا یا آب، خود به خود اتفاق می‌افتد و باعث ایجاد یک لایه نازک از اکسید کروم خنثی روی سطح می‌شود. این لایه نازک غیرفعال با مسدود کردن مسیر اکسیژن به سطح استیل از خوردگی آن جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود که خوردگی به قسمت داخلی فلز نرسد.

مقاومت این لایه به خوردگی بستگی به ترکیب شیمیایی استنلس استیل ها ، به ویژه درصد کروم دارد.

خوردگی استنلس استیل ها می‌تواند زمانی رخ دهد که درجه یا گرید آن برای محیط کاری مناسب نباشد.

معمولاً میان ۴ گونه خوردگی تفاوت در نظر می‌گیرند: یکنواخت، ناحیه ای، گالوانیک و SCC (ترک خوردگی ناشی از تنش).

خوردگی استنلس استیل (یکنواخت)

این خوردگی تنها در استنلس استیل  درحالت فعال رخ می‌دهد. به عبارتی زمانی‌که روی فولاد لایه اکسید غیرفعال وجود نداشته باشد. داده‌های مربوط به خوردگی یکنواخت در جداولی گردآوری می‌شود که واکنش استنلس استیل را در محیط‌های اسیدی مختلف جمع‌آوری می‌کند. از جداول خوردگی برای انتخاب صحیح گریدهای استنلس استیل می‌توان استفاده کرد.

خوردگی استنلس استیل (ناحیه ایی)

چهار گونه خوردگی ناحیه‌ای برای استنلس استیل در نظر می‌گیرند:

• حفره حفره شدن (Pitting)

• خوردگی شیاری (Crevice Corrosion)

• خوردگی بین دانه ایی (Intergranular Corrosion)

• ترک برداشتن ناشی از تنش خوردگی (Stress corrosion cracking)

خوردگی استنلس استیل-حفره‌حفره شدن (Pitting)

این گونه خوردگی تنها در نواحی کوچکی از استنلس استیل رخ می‌دهد و باقی سطوح توسط لایه غیرفعال محافظت می‌شوند. در برخی نواحی لایه غیرفعال ممکن است از میان برود و اگر این لایه خودش را ترمیم نکند خوردگی رخ می‌دهد و ممکن است به یک سوراخ کامل ختم شود.

برای مرتبط کردن ترکیب شیمیایی فولادها به مقاومت به خوردگی حفره ای آن‌ها در محلول‌های دارای کلراید، از رابطه ای تجربی به نام عدد PREN که مخفف عبارت Pitting Resistance Equivalent Number می‌باشد استفاده می‌گردد. این عدد برای استنلس استیل های آستنیتی و دوپلکس به این صورت تعریف می‌شود:

PREN= Cr+3.3(Mo+0.5W) +16N

که در آن Cr بیانگر کروم، Mo مولیبدن، W تنگستن و N نیتروژن بر حسب درصد جرمی می‌باشد.

خوردگی استنلس استیل-شکافی (Crevice Corrosion)

این گونه خوردگی همان‌طور که از اسمش پیداست درون شکاف‌ها یا فضاهای بسته اتفاق می‌افتد. این نواحی باعث جمع شدن اسیدها و از میان رفتن لایه غیرفعال شده و در نتیجه باعث خوردگی می‌شود. وقتی PH اسید به مقداری بحرانی (Depassivation PH) می‌رسد خوردگی آغاز می‌شود. از مقدار Depassivation PH برای تعیین مقاومت یک آلیاژ در محیط‌های خورنده استفاده می‌شود. هر چه این مقدار کمتر باشد مقاومت به خوردگی بیشتر است.

خوردگی استنلس استیل-بین دانه ایی (Intergranular Corrosion)

برخی از فولادها اگر تا دماهای ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سلسیوس گرم شوند، مرز دانه‌ها می‌تواند «حساس» شده و ممکن است توسط سیال خورنده مورد حمله قرار گیرند. این پدیده معمولاً در هنگام جوشکاری و در ناحیه متأثر از گرما یا HAZ رخ می‌دهد.

ترک ناشی از تنش و خوردگی (Stress corrosion cracking)

ترک ناشی از تنش و خوردگی فرایندی است که در آن تنش‌های مکانیکی ناشی از بارگذاری و محیط خورنده به‌طور همزمان باعث شکل گرفتن ترک‌هایی در جسم می‌شوند. این ترک‌ها ممکن است پس از مدت زیادی قرار گرفتن در معرض سیال خورنده شکل بگیرند ولی با سرعت زیاد رشد کنند و باعث شکست ناگهانی قطعه شوند. استنلس استیل های فریتی در مقابل این پدیده بسیار مقاوم‌اند.

خوردگی استنلس استیل در دمای بالا

خوردگی استنلس استیل (اسیدها)

محلول‌های اسیدی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد: اسیدهای کاهنده مانند: هیدروکلریک اسید و اسید سولفوریک رقیق و اسیدهای اکساینده مانند: اسید نیتریک و اسید سولفوریک غلیظ. افزایش درصد کروم و مولیبدن باعث افزایش مقاومت به اسیدهای کاهنده می‌شود، در حالیکه افزایش درصد کروم و سیلیسیم مقاومت بیشتری به اسیدهای اکساینده می‌دهد.

اسید سولفوریک یکی از بزرگترین مواد شیمیایی صنعتی تولیدی است. در دمای اتاق، فولاد گونه ۳۰۴ تنها دربرابر اسید ۳٪ مقاومت دارد، در حالیکه فولاد گونه ۳۱۶ به اسید ۳٪ تا ۵۰ درجه سلسیوس و اسید ۲۰٪ در دمای اتاق مقاوم است؛ به همین دلیل فولاد گونه ۳۰۴ به ندرت در تماس با اسید سولفوریک استفاده می‌شود. فولادهای گونه 904L و Alloy 20 دربرابر اسید سولفوریک در غلظت‌های بالاتر از دمای اتاق مقاوم اند.

اسید سولفوریک غلیظ دارای ویژگی اکساینده ای مانند اسید نیتریک است و در نتیجه در این محیط‌ها استنلس استیل ها سیلیسیم دار کاربرد دارند.

هیدروکلریک اسید به هر گونه استنلس استیل آسیب می‌رساند و باید اجتناب شود.

همه انواع استنلس استیل ها دربرابر حمله اسید فسفریک و اسید نیتریک در دمای اتاق مقاومت می‌کنند. در غلظت‌های بالاتر و افزایش درجه حرارت حمله رخ می‌دهد و استنلس استیل آلیاژ بالاتری باید انتخاب شود.

خوردگی استنلس استیل (بازها)

استنلس استیل گونه ۳۰۴ و ۳۱۶ با هیچ‌یک از بازهای ضعیف مانند آمونیوم هیدروکسید، حتی در غلظت‌های بالا و در دماهای بالا، تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. این استنلس استیل در معرض بازهای قوی مانند سدیم هیدروکسید در غلظت‌های بالا و درجه حرارت بالا، ممکن است به مقداری لایه برداری و ترک خوردگی دچار شوند.

افزایش درصد کروم و نیکل باعث افزایش مقاومت می‌شود.

خوردگی استنلس استیل (گالوانیک)

در شرایط خاصی، این استفاده از فلزات در تماس با یکدیگر می‌تواند باعث خوردگی یکی از فلزات مورد استفاده شود. به این پدیده، خوردگی گالوانیک گفته می‌شود و در آن دو فلز مختلف یک جفت گالوانیک تشکیل می‌دهند.در اکثر کاربردهای عملی، استنلس استیل پتانسیل خوردگی مثبت بیشتری دارد، در نتیجه احتمال خوردگی بیشتر در فلز جفت شده با آن می‌باشد.

مطالعات و پژوهش بسیار زیادی در زمینه رفتار و سازگاری ترکیبات مختلف در رابطه با خوردگی گالوانیک در شرایط مختلف انجام شده‌است که شامل استنلس استیل نیز می‌باشد.استاندارد DIN 50919 یکی از منابعی است که برای مطالعه رفتار خوردگی گالوانیک ترکیبات مختلف موجود است.

در حالت کلی می‌توان گفت که میان گریدهای مختلف استنلس استیل در تماس با یکدیگر خوردگی گالوانیک رخ نمی‌دهد چرا که پتانسیل خوردگی آزاد هر دو جفت یکسان است.