خوردگی چگونه ایجاد میشود؟
تنها فلزاتی مثل طلا و پلاتین به صورت خالص در طبیعت یافت می‌شوند. بیشتر فلزات معمول به صورت ترکیب با عناصر دیگر وجود دارند. خوردگی یک پدیده طبیعی است، زیرا طبیعت تمایل دارد موادی که توسط بشر برای مصارف شخصی اش خالص‌سازی و جدا شده، با یکدیگر ترکیب کند. آهن به صورت طبیعی در سنگ معدن آهن وجود دارد. آهن خالص ناپایدار است و تمایل به زنگ زدن دارد. به همین علت در حضور آب، عنصر آهن با اکسیژن ترکیب میشود.
قطارهایی که در جنگ جهانی اول در صحرای عربستان منفجر شدند، به دلیل آب و هوای خشک و بدون باران، تقریبا دست نخورده باقی مانده‌اند. کشتی های آهنی که در نواحی عمیق دریا غرق می‌شوند، به کندی زنگ می‌زنند. زیرا سطح اکسیژن آب در عمق زیاد پایین است. حالا این موارد را با کشتی هایی که در ساحل خراب شده‌اند، مقایسه کنید! آن‌ها در طول مد دریا با آب پوشانده می‌شوند و در زمان جزر در معرض هوا قرار می‌گیرند؛ پس به سرعت دچار خوردگی می‌شوند. در طول عصر آهن، یعنی 1000 سال قبل از میلاد، برای ریخته‌گری و شکل دادن آهن، از فلز آهن با درصد کربن بالا و ناخالصی های تصفیه نشده استفاده می‌شد.
تا قرن 19 ام، استیل هنوز به صورت عمده تولید نمی‌شد. را میتوان آلیاژی تشکیل شده از مقداری کمی کربن به همراه آهن تصفیه شده تعریف کرد. با وجود افزودنی های مختلفی که به فولاد ضد زنگ اضافه شده است اما همچنان رفتار آن شبیه استیل است. بر خلاف که در واقع آلیاژهای فلزات مختلفی هستند و آهن تنها یکی از آنهاست. حتی گرید های فولاد ضد زنگ مانند ، حداقل 62% آهن دارد.
کربن استیل بدون داشتن محافظ، پوششی از زنگ تشکیل خواهد داد. این زنگ به عنوان محافظ بقیه استیل عمل می‌کند. پس جدا کردن مداوم زنگ، لایه ای جدید از استیل را در معرض خوردگی قرار می‌دهد. به این پدیده، خوردگی کلی (General Corrosion) گفته می شود. پوشش های متفاوت آهن و استیل مانع ادامه روند خوردگی می‌شوند. مخصوصا فرآیند هایی از قبیل رنگ زدن، پوشش با روی (استیل گالوانیزه) و رزین اپوکسی برای همین کار استفاده می شوند.
مقاومت فولاد ضد زنگ به خوردگی
خوردگی یک اتفاق طبیعی در پی تماس ماده با باد، آب و محیط است. عناصر خالص مثل آهن به صورت ذاتی تمایل به واکنش با محیط اطراف دارند. به خصوص در محیطهای قلیایی یا مکان هایی که آب شور در آن وجود دارد. در حقیقت عناصر کمی به شکل خالص خود در طبیعت یافت می‌شوند. آلیاژها که حاصل ترکیب چند نوع ماده هستند، خصوصیت هم افزایی دارند. به این معنا که اگرچه خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می‌کند، اما ویژگی منحصر به فرد هر عنصر باقی می‌ماند. پس آلیاژ ویژگی های خاص همه مواد تشکیل دهنده را یک‌جا دارد.جهت اطلاع از قیمت فولاد گرمکار لطفا کلیک کنید
زنگ فرآیندی است که طی آن مولکول های آهن در حضور آب با اکسیژن ترکیب می‌شوند. نتیجه آن اکسید قرمز رنگ پوسته پوسته ای است که به سرعت پیشرفت و سطح بیشتری را دچار خوردگی می‌کند. پس آهن ریخته گری شده، آلیاژ و کربن استیل به این نوع خوردگی بسیار حساس هستند.
ریخته‌گری دقیق فولاد ضد زنگ می‌تواند یک سطح محافظ برای جلوگیری از خوردگی فراهم کند. اما چگونه این اتفاق می افتد؟
کروم موجود در فولاد ضد زنگ همانند آهن با اکسیژن محیط واکنش می‌دهد. تفاوت در این است که به علت وجود کروم، تنها لایه بسیار نازکی از سطح آلیاژ زنگ می‌زند. شاید به اندازه عرض چند مولکول که با چشم هم دیده نمی شود. این سد نازک شگفت انگیز، بسیار با دوام و واکنش ناپذیر است. این لایه به سطح فولاد ضد زنگ می‌چسبد و با موارد دیگر واکنش نمیدهد. حتی در صورت خراب شدن و یا برداشته شدن این لایه محافظ، خودش از نو بازسازی میشود. حتی زمانی که سطح فولاد ضد زنگ اکسید شود، سرعت زنگ زدن آن کمتر از 0.05 میلی متر در سال است.
و در صورتی که فولاد ضد زنگ در بهترین شرایط نگهداری شود، سطح صاف و درخشانی برای طرح ها فراهم میشود. برتری محصولات فولاد ضد زنگ، عمر سرویس دهی طولانی‌شان است. این در حالی که کیفیت، درخشندگی و زیبایی خود را حفظ کرده‌اند.
در مقایسه با بقیه مواد، فولاد ضد زنگ نه تنها به علت مقاومت در برابر خوردگی بلکه به دلایل مختلف دیگری در ریخته‌گری دقیق استفاده میشود،. این دلایل شامل:
- فولاد ضد زنگ، در زیبایی حرفی برای گفتن دارد. میدرخشد و میتوان آنرا به صورت آینه‌ای جلا داد.
- خوردگی خشک (Dry Corrosion) استیل در دمای بالایی رخ می‌دهد که در نهایت منجر به اکسید شدن آن میشود. فولاد ضد زنگ در این مورد بسیار مقاوم‌تر از کربن استیل معمولی و سایر سری هایی مثل 310 ( 25% کروم، 20% نیکل) است. با اینکه این گریدها مشخصا برای استفاده در دمای بالا ساخته شده‌اند.
- مایعاتی که در تماس با فولاد ضد زنگ هستند، آلوده نمی‌شوند. چون پوششی وجود ندارد که بخواهد در مایع تجزیه یا حل شود. به همین دلیل امروزه در جایگاه ویژه ای دارد.
- به دلیل خلق ظریف تر بخش هایی از محصول، میتوان از طرح های نوآورانه بیشتری نیز استفاده کرد. این محصولات وزن کمتری خواهند داشت. این موضوع باعث صرفه جویی در هزینه نیز میشود.
- بسیاری از پوشش های ضد خوردگی قابل اشتعال هستند یا خود مواد سازنده نقطه ذوب پایینی دارند
دلیل نامگذاری فولاد ضد زنگ چیست؟
اصطلاح اشاره ای به تمایل آلیاژ به مقاومت در برابر زنگ زدگی در شرایط عادی است. ساینتیفیک امریکن بیان می‌کند که: «عناصر شیمیایی موجود در فولاد ضد زنگ با اکسیژن آب و هوا واکنش می‌دهند و یک لایه بسیار نازک و پایدار تشکیل می دهند.
این لایه زنگ به قدری نازک است که چشم انسان به طور معمول و بدون کمک نمی‌تواند آن را ببیند و ظاهر سطح فولاد را به ظاهر “ضد زنگ” مشخص می‌کند. حالا بیایید کمی عمیق تر کاوش کنیم!
تفاوت فولاد ضدزنگ با فولاد ساده
یکی از اولین چیزهایی که باید در مورد فولاد ضد زنگ بدانید این است که فرمول های بی شماری از آن در بازار وجود دارد. چیزی که یکی از این آلیاژهای فولاد ضد زنگ را از یک آلیاژ فولادی ساده جدا می کند (به غیر از داشتن اجزای فلزات مختلف در نسبت های مختلف) آن، لایه اکسید محافظ فیلم است. تا زمانی که این لایه اکسید بدون مانع باقی بماند، فولاد، ظاهر سطحی براق را حفظ خواهد کرد.
آهن، منگنز، سیلیکون، کربن و کروم. برخی از اشکال فولاد ضد زنگ نیز نیکل و یا مولبیدن را برای افزایش عملکرد لایه اکسید اضافه می‌کنند. از میان این عناصر، کروم بیشترین تأثیر را بر مقاومت زنگ زدگی فولاد ضد زنگ دارد، به این معنی که آلیاژهای فولاد ضد زنگ غنی از کروم (مانند اکثر فولادهای ضد زنگ آستنیتی) بالاترین مقاومت کلی را در برابر خوردگی دارند.
افزودنی های خاص، مانند مولیبدن، می‌توانند به تقویت مقاومت آلیاژ فولاد ضد زنگ در برابر برخی مواد شیمیایی خورنده کمک کنند. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ درجه 316 دارای مولیبدن است که فولاد ضد زنگ درجه 304 فاقد آن است. به همین دلیل، فولاد ضد زنگ درجه 316 در برابر کلریدها مقاوم‌تر است.
دلایل مختلفی وجود دارد که چرا یک قطعه فولاد ضد زنگ ممکن است شروع به زنگ زدگی کند. با این حال، از آنجایی که صدها آلیاژ مختلف از فولاد ضد زنگ وجود دارد، چیزی که ممکن است باعث خوردگی یک آلیاژ فولاد ضد زنگ شود ممکن است روی دیگری تأثیری نداشته باشد. در اینجا نگاهی به پنج عاملی می‌اندازیم که می‌توانند باعث خوردگی فولاد ضد زنگ، از جمله سبدها و قفسه های فلزی شوند.
- وجود کلریدهای قوی
بسیاری از انواع آلیاژهای فولاد ضد زنگ وقتی در معرض محیط های غنی از کلرید (مانند نمک) قرار می‌گیرند، دچار خوردگی حفره ای شدید می شوند. به عنوان مثال: فولاد ضد زنگ درجه 304، هنگامی که در کاربردهای دریایی استفاده می شوند، مکن است در نتیجه تماس با آب دریا ( که سرشار از نمک است) یا نسیم های دریایی غنی شده با نمک، دچار حفره شدن شود.
- خوردگی دو فلزی/گالوانیکی ناشی از جوشکاری آلیاژهای فولاد ضد زنگ غیر مشابه
یکی از اشتباهات اساسی که ممکن است برخی از تولیدکنندگان هنگام ایجاد یک سیم فولادی با فرم فلزی سفارشی مرتکب شوند این است که ممکن است دو فلز غیر مشابه را به هم جوش دهند؛ چه تصادفی و چه بر اساس طراحی.
هنگامی که دو فلز با خواص متفاوت از طریق یک ماده الکترولیتی مشترک (مانند آب یا مواد پر کننده جوش) به یکدیگر متصل می شوند، ممکن است جریان الکتریکی از یک ماده به ماده دیگر وجود داشته باشد. این باعث می شود که فلزی که به راحتی الکترون های جدید را می پذیرد به “آند” تبدیل شود و سریع تر شروع به خوردگی کند.
سرعت این خوردگی بسته به عوامل متعددی از جمله نوع خاصی از فولاد ضد زنگ در حال اتصال، نوع پر کننده جوش مورد استفاده، دما و رطوبت محیط و سطح کل فلزاتی که با یکدیگردر تماس هستند، تغییر خواهد کرد. بهترین اقدام پیشگیرانه برای خوردگی دو فلزی، این است که در وهله اول از اتصال دائمی دو فلز غیر مشابه خودداری شود. دومین مورد نزدیک، اضافه کردن یک پوشش به فلزات است تا آن ها را با پوششی ببندد تا از جریان الکترون ها از کاتد به آند جلوگیری کند.
همچنین باید توجه داشت که استفاده از پُر کننده جوشی که بیش از حد متمایز به فلزات در حال اتصال است می تواند منجر به خوردگی گالوانیکی در محل جوش شود.
- پیوند آهن یا فولاد ساده بر روی فولادهای ضد زنگ
در برخی کاربردها، بقایای ذرات از یک قطعه کار فولادی یا آهنی ممکن است به سطح یک قطعه یا سبد فولادی ضد زنگ منتقل شود. این ذرات ساده آهن یا فولاد، می توانند لایه اکسید محافظ قطعه کار فولاد ضد زنگ را مختل کنند و مقاومت در برابر خوردگی آن را از بین ببرند؛ به طوری که شروع به زنگ زدن کند.
تفاوت بین این و مشکل خوردگی دو فلزی ذکر شده در بالا این است که در این مورد، تماس بین فلزات غیر مشابه کاملاً تصادفی و معمولاً بدون اطلاع سازنده است. یکی از دلایل متداول پیوند فولاد یا بقایای آهن ساده بر روی یک قطعه، یا قطعه کار فولاد ضد زنگ این است که تجهیزات مورد استفاده برای پردازش یک نوع ماده ممکن است برای دیگری، بدون تمیز کردن مناسب بین دسته ها استفاده شود.
به عنوان مثال، فرض کنید از یک ربات خم کن سیم برای خم کردن سیم های آهنی ساده برای چند ساعت استفاده می شود، سپس بلافاصله برای خم کردن سیم های فولادی ضد زنگ استفاده میشود. برخی از ذرات آهن احتمالاً روی دستکاری کننده های ربات خم کننده باقی می مانند و به سیم های فولادی ضد زنگ در حال خم شدن منتقل شوند.
برای جلوگیری از پیوند فولاد ساده یا آهن (یا هر فلز دیگر) به قطعات کار فولاد ضد زنگ، تمیز کردن و آماده سازی کامل تجهیزات هنگام تغییر به مواد جدید، مهم است. برخی از تجهیزات، مانند برس های فولادی، هرگز نباید بین انواع مختلف فلز به اشتراک گذاشته شوند.
- اعمال دمای بسیار زیاد در فولاد ضد زنگ
آلیاژهای فولاد ضد زنگ معمولاً دارای نقطه ذوب بسیار بالایی هستند (معمولاً بیش از 1200 درجه فارنهایت). با این حال، درحالی که فلز در دماهای بالا ذوب نمی شود، ممکن است تغییرات دیگری را تجربه کند که بر توانایی آن در مقاومت در برابر خوردگی تأثیر می گذارد.
به عنوان مثال، پوسته پوسته شدن یک مشکل رایج در آلیاژهای فولاد ضد زنگ است؛ زمانی که در معرض دماهای شدید قرار می گیرند (مانند مواردی که در بسیاری از فرایندهای عملیات حرارتی/بازپخت استفاده می شوند).
هنگامی که فلس ها روی فلز داغ تشکیل می شوند، مواد پوسته پوسته باقی مانده می توانند باعث خوردگی دو فلزی شوند زیرا فلس ها ترکیب متفاوتی با فلز پایه دارند.
علاوه بر این، دمای افراطی می تواند باعث شود آلیاژهای فولاد ضد زنگ در معرض لایه اکسید محافظ خود را برای مدتی از دست بدهند و خطر خوردگی را تا زمانی که لایه اکسید دوباره تشکیل شود افزایش می دهد.
- عوامل محیطی محاسبه نشده
وجود نمک و رطوبت در هوا به دلیل موقعیت ساحلی کارخانه نمونه ای از عوامل محیطی است که ممکن است در سند طراحی از قلم افتاده باشد. هنگام انتخاب فولاد ضد زنگ برای ساخت سیم یا ورق فلزی سفارشی، مهم است که تا حد امکان عوامل محیطی را در نظر بگیرید. این کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که سبد، سینی یا قطعه استیل ضد زنگ به جای زنگ زدگی، تا زمانی که ممکن است در برابر خوردگی مقاومت می‌کند.
چرا از فولاد ضد زنگ برای قالب‌های سیم سفارشی خود استفاده کنید؟
فولاد ضد زنگ اغلب قادر است ترکیب ایده آلی از استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و تحمل دما را برای سازگاری با طیف گسترده ای از کاربردهای تولیدی مانند:
- انتقال مواد
- تمیز کردن قطعات اولتراسونیک
- استریلیزاسیون تجهیزات پزشکی یا غذایی
- فرایندهای تکمیل قطعات
این ها تنها تعدادی از کاربردهایی هستند که می توان از سبد سیمی سفارشی ساخته شده از فولاد ضد زنگ برای آن ها استفاده کرد. البته، نوع خاص فولاد ضد زنگ مورد استفاده به ماهیت دقیق فرایند بستگی دارد. برخی از انواع فولاد ضد زنگ برای کاربردهای خاص بهتر از سایرین کار می‌کنند.به عنوان مثال، اغلب برای کاربردهایی که با نمک یا سایر کلریدها تماس دارند، ترجیح داده می شود زیرا در برابر خوردگی حفره ای ناشی از نمک مقاوم است.
در همین حال، برخی فولاد ضد زنگ 430 سخت شده و بدون تنش را به دلیل استحکام کششی فوق العاده بالا ترجیح می دهند. از سوی دیگر، فولاد ضد زنگ درجه 304 به طور گسترده ای برای کاربردهای مختلف مفید است، و آن را به یکی از رایج ترین درجه های فولاد ضد زنگ در انواع صنایع تبدیل می کند