ارائه مطالب علمي، تخصصي و عمومي در مورد فولاد

مقدمه:

انتخاب يك ماده خاص براي يك كاربرد صنعتي تحت هر شرايطي مهم است، زيرا حتي تفاوت هاي جزئي در تركيب شيميايي يك آلياژ منجر به عملكردهاي بسيار متفاوت مي شود. با اين حال، زماني كه برنامه شما بايد در برابر يك محيط شديد مقاومت كند، داشتن مواد مناسب با دوام و مقاومت مناسب ضروري مي شود. اين امر به ويژه در مورد محيط هاي دريايي صادق است.

هنگامي كه بسياري از عناصر مضر براي فولاد، از جمله آب، نمك و ساير مواد معدني را با هم تركيب مي كنيد، نوع خاصي از ورق استيل لازم است تا نياز صنعت برآورده شود. بياييد نگاهي بيندازيم به اينكه چه چيزي باعث خوردگي دريايي مي شود و اينكه آيا ورق استيل 304 انتخاب خوبي براي كاربردهاي دريايي است يا خير.

چه چيزي باعث خوردگي دريايي مي شود؟

اكثر مردم از جدي بودن مشكل خوردگي دريايي آگاه نيستند. يك مطالعه اخير با عنوان "اقدامات بين المللي پيشگيري، كاربرد و اقتصاد فناوري خوردگي (IMPACT)" نشان داد كه خوردگي سالانه 2.5 تريليون دلار خسارت وارد مي كند. اين مقدار معادل سه و نيم درصد توليد ناخالص داخلي جهان است. يافتن راه‌حل‌هاي خوب براي مشكل پرهزينه مواد و انرژي هدر رفته باعث صرفه‌جويي در هزينه‌هاي زيادي مي‌شود.

در واقع چندين نوع خوردگي وجود دارد كه همه آنها را مي توان خوردگي دريايي در نظر گرفت كه بيشتر اوقات اين آسيب ها ناشي از تماس با آب نمك است. اما علل ديگر عبارتند از خوردگي جوي موادي كه در مجاورت خطوط ساحلي قرار دارند و خوردگي نمك داغ كه به ويژه بر موتورها و قطعات متحرك سريع در زير آب تأثير مي گذارد.

خوردگي آب شور يك فرآيند الكتروشيميايي است كه توسط پتانسيل الكتريكي آلياژ يا فلز در تماس با آب دريا ايجاد مي شود و به اسيديته يا قليايي بودن آب دريا بستگي دارد. آب دريا به دليل محتواي كلريد بالايي كه دارد، يك الكتروليت كارآمد نيز ايجاد مي كند. كوبيدن مداوم، همراه با حضور اكسيژن، به اين معني است كه فلزات در معرض انواع محلول‌هاي آندي و اسيدي قرار مي‌گيرند كه مي‌توانند به شكاف‌ها و شيارهاي پنهان نفوذ كنند و شروع خوردگي را امكان‌پذير نمايند.

اين مشكل با عوامل متعددي تشديد مي شود. ميكروارگانيسم هاي آلي كه به وفور در اقيانوس ها يافت مي شوند نيز به شدت بر تعادل pH آب تأثير مي گذارند. سازه ها و كشتي ها بايد با رسوبات ماسه و سيليس مقابله كنند كه مي تواند از تماس اكسيژن با فلز جلوگيري كرده اما شرايط خورنده محلي را ايجاد نمايد. همچنين وجود باكتري هاي كاهنده سولفات وجود دارد كه منجر به غلظت سولفيد هيدروژن مي شود، ماده اي كه به ويژه براي فولاد و آلياژهاي مس خطرناك است.

هميشه مي توان با پلاتين، طلا يا تانتاليوم از خوردگي به طور كامل جلوگيري كرد، اما هزينه اين مواد مقاوم در برابر خوردگي آنها را ثابت مي كند. اين بدان معني است كه توليد كنندگان بايد به طور كلي قيمت را در هر انتخابي لحاظ كنند.

ورق استيل چگونه در برابر خوردگي مقاومت مي كند؟

اكثر آلياژهاي با خواص مقاومت در برابر خوردگي قوي داراي يك لايه اكسيد روي بر سطح خود هستند. مقاوم ترين گريدهاي ورق استيل نه تنها پايدار هستند، بلكه داراي ويژگي خود ترميم شوندگي نيز مي باشند كه به آنها امكان مي دهد خود را ترميم كرده تا دوام آنها افزايش يابد.

ساينتيفيك امريكن در پست اخير توضيح خوبي درباره نحوه عملكرد ورق استيل ارائه كرده است. توانايي ورق استيل در جلوگيري از زنگ زدگي و ساير خوردگي ها به دليل توانايي آن در تعامل با محيط است. علاوه بر آهن، فولاد با افزودن مقادير محدودي از كروم، منگنز، سيليكون، كربن، نيكل و يا موليبدن تشكيل مي‌شود. اين عوامل آلياژي قادر به واكنش با اكسيژن هوا يا آب در محيط هاي دريايي هستند.

اين واكنش همان چيزي است كه فيلم اكسيدي را تشكيل مي دهد كه از ورق استيل محافظت مي كند. فيلم اكسيدي نه تنها از طريق جلوگيري از تماس مستقيم اكسيژن و آب با فولاد در برابر خوردگي محافظت مي كند، بلكه به طور مداوم با محيط اطراف خود واكنش نشان مي دهد. اين بدان معناست كه در موثرترين آلياژها، واكنش قادر خواهد بود هرگونه آسيبي به لايه اكسيدي را ترميم كند و اساساً خود را ترميم و به طور موثر از خوردگي جلوگيري كند.

عملكرد لايه اكسيد كروم اين است كه اين لايه نازك، آنقدر نازك مي باشد كه براي چشم انسان نامرئي است، در واقع يك لايه محافظ خوردگي است. بنابراين، ورق استيل به گونه اي خورده مي شود كه از خوردگي بيشتر جلوگيري مي نمايد. در فولاد معمولي، سطح فلز با اكسيژن موجود در آب دريا واكنش داده و يك لايه اكسيد يا هيدروكسيد آهن ناپايدار ايجاد مي كند. اين لايه محافظت نشده است و تا زماني كه در معرض آب دريا باشد به رشد خود ادامه خواهد داد.

آيا ورق استيل 304 انتخاب خوبي براي محيط هاي دريايي است؟

شركت هايي هستند كه ورق استيل SAE 304 را ارائه مي دهند كه مي توان آن را با نام ورق استيل A2 يا ورق استيل 8-18 نيز يافت. 304 محبوب ترين آلياژ ورق استيل موجود در بازار است. اين فولاد آستنيتي است، به اين معني كه ماهيت آن غير مغناطيسي مي باشد. اين آلياژ براي اولين بار توسط Firth Brown Steels نزديك به يك قرن پيش ساخته شد. به دليل وجود كروم (حدود 18٪) و نيكل (حدود 8٪) به عنوان عوامل آلياژي، در ابتدا تحت علامت تجاري Staybrite 18/8 فروخته شد.

فولاد 304 داراي يك نقطه يوتكتوئيدي است كه در دماي 727 درجه سانتيگراد (1341 درجه فارنهايت) رخ مي دهد. در حالي كه براي كاربردهايي كه نياز به رسانايي الكتريكي يا حرارتي دارند، انتخاب خوبي نيست، اما به دليل شكل‌پذيري عالي خود شناخته شده است. با حداكثر كربن 0.03 درصد، اين آلياژ براي عمليات جوشكاري در دماي 800 درجه فارنهايت نيز ايده آل است. در حالي كه عمليات حرارتي گزينه اي نيست، مي توان كار سرد را انجام داد تا مواد را هم سخت تر و هم قوي تر كرد.

وقتي صحبت از مقاومت در برابر خوردگي مي شود، فولاد 304 به طور كلي يك انتخاب عالي است. تركيب مولكولي آن از انواع آسيب هاي محيطي از جمله خوردگي بين دانه اي محافظت مي كند (اين نوعي خوردگي است كه در نتيجه تنش زدايي يا جوشكاري ايجاد مي شود). محتواي كروم 304 باعث مقاومت بيشتر در برابر خوردگي در محيط هاي اكسيد كننده مي شود، در حالي كه محتواي نيكل آن به محافظت از آن در برابر اسيدهاي آلي كمك مي كند.

با اين حال، ورق استيل 304 يك نقطه ضعف دارد و آن اين است كه در محيط هاي حاوي كلريد، به ويژه آب دريا، عملكرد خوبي ندارد و در اين موارد مستعد خوردگي است. اگر خوردگي دريايي يك نگراني عمده باشد، انتخاب بهتر، ورق استيل 316 است كه 2 درصد موليبدن به آن اضافه شده است. اين تفاوت همان چيزي است كه آن را به ويژه در كاربردهاي دريايي موثر مي كند.

گردآورنده: سيد رحيم كياحسيني

.