مقدمه:
انتخاب یک ماده خاص برای یک کاربرد صنعتی تحت هر شرایطی مهم است، زیرا حتی تفاوت های جزئی در ترکیب شیمیایی یک آلیاژ منجر به عملکردهای بسیار متفاوت می شود. با این حال، زمانی که برنامه شما باید در برابر یک محیط شدید مقاومت کند، داشتن مواد مناسب با دوام و مقاومت مناسب ضروری می شود. این امر به ویژه در مورد محیط های دریایی صادق است.
هنگامی که بسیاری از عناصر مضر برای فولاد، از جمله آب، نمک و سایر مواد معدنی را با هم ترکیب می کنید، نوع خاصی از ورق استیل لازم است تا نیاز صنعت برآورده شود. بیایید نگاهی بیندازیم به اینکه چه چیزی باعث خوردگی دریایی می شود و اینکه آیا ورق استیل 304 انتخاب خوبی برای کاربردهای دریایی است یا خیر.
چه چیزی باعث خوردگی دریایی می شود؟
اکثر مردم از جدی بودن مشکل خوردگی دریایی آگاه نیستند. یک مطالعه اخیر با عنوان "اقدامات بین المللی پیشگیری، کاربرد و اقتصاد فناوری خوردگی (IMPACT)" نشان داد که خوردگی سالانه 2.5 تریلیون دلار خسارت وارد می کند. این مقدار معادل سه و نیم درصد تولید ناخالص داخلی جهان است. یافتن راه‌حل‌های خوب برای مشکل پرهزینه مواد و انرژی هدر رفته باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های زیادی می‌شود.
در واقع چندین نوع خوردگی وجود دارد که همه آنها را می توان خوردگی دریایی در نظر گرفت که بیشتر اوقات این آسیب ها ناشی از تماس با آب نمک است. اما علل دیگر عبارتند از خوردگی جوی موادی که در مجاورت خطوط ساحلی قرار دارند و خوردگی نمک داغ که به ویژه بر موتورها و قطعات متحرک سریع در زیر آب تأثیر می گذارد.
خوردگی آب شور یک فرآیند الکتروشیمیایی است که توسط پتانسیل الکتریکی آلیاژ یا فلز در تماس با آب دریا ایجاد می شود و به اسیدیته یا قلیایی بودن آب دریا بستگی دارد. آب دریا به دلیل محتوای کلرید بالایی که دارد، یک الکترولیت کارآمد نیز ایجاد می کند. کوبیدن مداوم، همراه با حضور اکسیژن، به این معنی است که فلزات در معرض انواع محلول‌های آندی و اسیدی قرار می‌گیرند که می‌توانند به شکاف‌ها و شیارهای پنهان نفوذ کنند و شروع خوردگی را امکان‌پذیر نمایند.
این مشکل با عوامل متعددی تشدید می شود. میکروارگانیسم های آلی که به وفور در اقیانوس ها یافت می شوند نیز به شدت بر تعادل pH آب تأثیر می گذارند. سازه ها و کشتی ها باید با رسوبات ماسه و سیلیس مقابله کنند که می تواند از تماس اکسیژن با فلز جلوگیری کرده اما شرایط خورنده محلی را ایجاد نماید. همچنین وجود باکتری های کاهنده سولفات وجود دارد که منجر به غلظت سولفید هیدروژن می شود، ماده ای که به ویژه برای فولاد و آلیاژهای مس خطرناک است.
همیشه می توان با پلاتین، طلا یا تانتالیوم از خوردگی به طور کامل جلوگیری کرد، اما هزینه این مواد مقاوم در برابر خوردگی آنها را ثابت می کند. این بدان معنی است که تولید کنندگان باید به طور کلی قیمت را در هر انتخابی لحاظ کنند.
ورق استیل چگونه در برابر خوردگی مقاومت می کند؟
اکثر آلیاژهای با خواص مقاومت در برابر خوردگی قوی دارای یک لایه اکسید روی بر سطح خود هستند. مقاوم ترین گریدهای ورق استیل نه تنها پایدار هستند، بلکه دارای ویژگی خود ترمیم شوندگی نیز می باشند که به آنها امکان می دهد خود را ترمیم کرده تا دوام آنها افزایش یابد.
ساینتیفیک امریکن در پست اخیر توضیح خوبی درباره نحوه عملکرد ورق استیل ارائه کرده است. توانایی ورق استیل در جلوگیری از زنگ زدگی و سایر خوردگی ها به دلیل توانایی آن در تعامل با محیط است. علاوه بر آهن، فولاد با افزودن مقادیر محدودی از کروم، منگنز، سیلیکون، کربن، نیکل و یا مولیبدن تشکیل می‌شود. این عوامل آلیاژی قادر به واکنش با اکسیژن هوا یا آب در محیط های دریایی هستند.
این واکنش همان چیزی است که فیلم اکسیدی را تشکیل می دهد که از ورق استیل محافظت می کند. فیلم اکسیدی نه تنها از طریق جلوگیری از تماس مستقیم اکسیژن و آب با فولاد در برابر خوردگی محافظت می کند، بلکه به طور مداوم با محیط اطراف خود واکنش نشان می دهد. این بدان معناست که در موثرترین آلیاژها، واکنش قادر خواهد بود هرگونه آسیبی به لایه اکسیدی را ترمیم کند و اساساً خود را ترمیم و به طور موثر از خوردگی جلوگیری کند.
عملکرد لایه اکسید کروم این است که این لایه نازک، آنقدر نازک می باشد که برای چشم انسان نامرئی است، در واقع یک لایه محافظ خوردگی است. بنابراین، ورق استیل به گونه ای خورده می شود که از خوردگی بیشتر جلوگیری می نماید. در فولاد معمولی، سطح فلز با اکسیژن موجود در آب دریا واکنش داده و یک لایه اکسید یا هیدروکسید آهن ناپایدار ایجاد می کند. این لایه محافظت نشده است و تا زمانی که در معرض آب دریا باشد به رشد خود ادامه خواهد داد.
آیا ورق استیل 304 انتخاب خوبی برای محیط های دریایی است؟
شرکت هایی هستند که ورق استیل SAE 304 را ارائه می دهند که می توان آن را با نام ورق استیل A2 یا ورق استیل 8-18 نیز یافت. 304 محبوب ترین آلیاژ ورق استیل موجود در بازار است. این فولاد آستنیتی است، به این معنی که ماهیت آن غیر مغناطیسی می باشد. این آلیاژ برای اولین بار توسط Firth Brown Steels نزدیک به یک قرن پیش ساخته شد. به دلیل وجود کروم (حدود 18٪) و نیکل (حدود 8٪) به عنوان عوامل آلیاژی، در ابتدا تحت علامت تجاری Staybrite 18/8 فروخته شد.
فولاد 304 دارای یک نقطه یوتکتوئیدی است که در دمای 727 درجه سانتیگراد (1341 درجه فارنهایت) رخ می دهد. در حالی که برای کاربردهایی که نیاز به رسانایی الکتریکی یا حرارتی دارند، انتخاب خوبی نیست، اما به دلیل شکل‌پذیری عالی خود شناخته شده است. با حداکثر کربن 0.03 درصد، این آلیاژ برای عملیات جوشکاری در دمای 800 درجه فارنهایت نیز ایده آل است. در حالی که عملیات حرارتی گزینه ای نیست، می توان کار سرد را انجام داد تا مواد را هم سخت تر و هم قوی تر کرد.
وقتی صحبت از مقاومت در برابر خوردگی می شود، فولاد 304 به طور کلی یک انتخاب عالی است. ترکیب مولکولی آن از انواع آسیب های محیطی از جمله خوردگی بین دانه ای محافظت می کند (این نوعی خوردگی است که در نتیجه تنش زدایی یا جوشکاری ایجاد می شود). محتوای کروم 304 باعث مقاومت بیشتر در برابر خوردگی در محیط های اکسید کننده می شود، در حالی که محتوای نیکل آن به محافظت از آن در برابر اسیدهای آلی کمک می کند.
با این حال، ورق استیل 304 یک نقطه ضعف دارد و آن این است که در محیط های حاوی کلرید، به ویژه آب دریا، عملکرد خوبی ندارد و در این موارد مستعد خوردگی است. اگر خوردگی دریایی یک نگرانی عمده باشد، انتخاب بهتر، ورق استیل 316 است که 2 درصد مولیبدن به آن اضافه شده است. این تفاوت همان چیزی است که آن را به ویژه در کاربردهای دریایی موثر می کند.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی