هل تعرف عن مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل في البيئات المختلفة؟

تزداد مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل عمومًا مع ارتفاع محتوى الكروم. المبدأ الأساسي هو أنه عندما يكون هناك ما يكفي من الكروم في الفولاذ، تتشكل طبقة أكسيد رقيقة وكثيفة جدًا على السطح، مما يمنع المزيد من الأكسدة. يمكن للبيئات المؤكسدة أن تعمل على تقوية هذا الفيلم، في حين أن البيئات المختزلة تعمل حتماً على تدميره، مما يؤدي إلى تآكل الفولاذ.

مقاومة التآكل في بيئات مختلفة

التآكل الجوي

تعتمد مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الجوي بشكل أساسي على محتوى الكلوريد في الغلاف الجوي. وبالتالي، فإن تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بالقرب من البحر أو غيره من مصادر التلوث بالكلوريد له أهمية قصوى. تعتبر مياه الأمطار عاملاً مهمًا فقط عندما تؤثر على تركيز الكلوريد على سطح الفولاذ.

البيئات الريفية تعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr13 و1Cr17 والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات دون تغييرات كبيرة في مظهرها. وبالتالي، فإن اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ للاستخدام الخارجي في المناطق الريفية قد يعتمد على السعر وتوافر السوق والخصائص الميكانيكية وقابلية التشغيل والمظهر.

البيئات الصناعية في البيئات الصناعية الخالية من تلوث الكلوريد، يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr17 والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي العمل لفترات طويلة مع البقاء خاليًا من الصدأ بشكل أساسي. قد تتشكل طبقة من الأوساخ على السطح، ولكن بمجرد إزالتها، يتم الاحتفاظ بالمظهر الساطع الأصلي. في البيئات الصناعية التي تحتوي على الكلوريدات، سوف يتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ.

البيئة البحرية يشكل الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr13 و1Cr17 طبقة رقيقة من الصدأ خلال فترة قصيرة، لكن هذا لا يسبب تغييرات كبيرة في الأبعاد. قد تظهر الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية مثل 1Cr17Ni7 و1Cr18Ni9 و0Cr18Ni9 بعض التآكل عند تعرضها للبيئة البحرية. عادة ما يكون هذا التآكل سطحيًا ويمكن إزالته بسهولة. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم 0Cr17Ni12Mo2 مقاومًا للتآكل بشكل أساسي في البيئات البحرية.

بالإضافة إلى الظروف الجوية، هناك عاملان آخران يؤثران على مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الجوي: حالة السطح وعملية التصنيع. تؤثر درجة التشطيب على مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل في البيئات المحتوية على الكلوريد. الأسطح غير اللامعة (الأسطح الخشنة) معرضة بشدة للتآكل، في حين أن التشطيبات الصناعية القياسية أقل عرضة للتآكل. تؤثر درجة تشطيب السطح أيضًا على إزالة الأوساخ والصدأ. من السهل إزالة الأوساخ والصدأ من الأسطح المصقولة للغاية، ولكن من الصعب القيام بذلك من الأسطح غير المصقولة. بالنسبة للأسطح غير المصقولة، يلزم التنظيف المتكرر للحفاظ على حالة السطح الأصلية.

المياه العذبة

يمكن تعريف المياه العذبة بأنها المياه القادمة من الأنهار أو البحيرات أو البرك أو الآبار، بغض النظر عما إذا كانت حمضية أو مالحة أو مالحة قليلاً.

تتأثر قابلية المياه العذبة للتآكل بدرجة حموضة المياه ومحتوى الأكسجين وميلها إلى تكوين الترسبات. المياه العسرة. يتم تحديد قابليتها للتآكل في المقام الأول من خلال كمية ونوع القشور المتكونة على سطح المعدن. إن تكوين هذا المقياس هو نتيجة للمعادن الموجودة ودرجة الحرارة. تعتبر المياه العذبة عمومًا أكثر تآكلًا من المياه العسيرة. يمكن تقليل قابليته للتآكل عن طريق رفع الرقم الهيدروجيني أو تقليل محتوى الأكسجين.

يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr13 أكثر مقاومة للتآكل في المياه العذبة بشكل ملحوظ من الفولاذ الكربوني ويظهر أداءً ممتازًا عند استخدامه في المياه العذبة. يستخدم هذا الفولاذ على نطاق واسع في تطبيقات مثل أحواض بناء السفن والسدود، حيث تكون هناك حاجة إلى قوة عالية ومقاومة للتآكل. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في ظروف معينة، قد يكون 1Cr13 عرضة للتآكل النقطي المعتدل في المياه العذبة. ومع ذلك، يمكن منع التآكل النقطي بالكامل عن طريق طرق الحماية الكاثودية. يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr17 والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بمقاومة شبه كاملة للتآكل في المياه العذبة في درجة حرارة الغرفة (درجة الحرارة المحيطة).

الماء الحمضي

تشير المياه الحمضية إلى المياه الطبيعية الملوثة المتسربة من الخامات والفحم. وبما أنها حمضية بشدة، فإن قابليتها للتآكل أكبر بكثير من قابلية المياه العذبة الطبيعية للتآكل. بسبب تسرب الكبريتيدات من الخامات والفحم، تحتوي المياه الحمضية عادة على كميات كبيرة من حمض الكبريتيك الحر. علاوة على ذلك، تحتوي هذه المياه على كميات كبيرة من كبريتات الحديديك، التي تلعب دورًا رئيسيًا في تآكل الفولاذ الكربوني.

عادة ما تتآكل المعدات المصنوعة من الفولاذ الكربوني المعرضة للمياه الحمضية بسرعة كبيرة. تشير نتائج الاختبارات باستخدام مواد مختلفة معرضة لمياه الأنهار الحمضية إلى أن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي يتمتع بمقاومة عالية للتآكل في مثل هذه البيئات.

يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مقاومة ممتازة للتآكل في كل من المياه العذبة ومياه الأنهار الحمضية؛ وعلى وجه الخصوص، فإن طبقة التآكل الخاصة به تعيق نقل الحرارة بدرجة أقل، ولهذا السبب تُستخدم أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في تطبيقات التبادل الحراري.

الماء المالح

من خصائص التآكل في المياه المالحة أنه يظهر في كثير من الأحيان على شكل تآكل نقطي. وفي حالة الفولاذ المقاوم للصدأ، يرجع هذا إلى حد كبير إلى الانهيار الموضعي لفيلم التخميل الذي يوفر مقاومة للتآكل. وتشمل الأسباب الأخرى للتآكل النقطي في هذه الفولاذ تكوين خلايا تركيز قوية بواسطة الطحالب البحرية والمواد العضوية البحرية الأخرى الملتصقة بمعدات الفولاذ المقاوم للصدأ. بمجرد تشكلها، تصبح هذه الخلايا نشطة للغاية وتسبب تآكلًا وحفرًا كبيرًا. في ظل ظروف التدفق عالي السرعة في المياه المالحة، كما هو الحال داخل دافعات المضخة، يكون تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ضئيلًا بشكل عام.

بالنسبة للمكثفات التي تستخدم أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، يجب الحفاظ على سرعة تدفق المياه عند أكثر من 1.5 متر/ثانية لتقليل تراكم المواد العضوية البحرية والمواد الصلبة الأخرى داخل الأنابيب. عند تصميم معدات الفولاذ المقاوم للصدأ للتعامل مع المياه المالحة، فمن المستحسن تقليل الشقوق واستخدام المكونات ذات الجدران السميكة.

تربة

تتعرض المعادن المدفونة في التربة لظروف متغيرة ومعقدة باستمرار، اعتمادًا على الطقس وعوامل أخرى. وقد أظهرت التجربة أن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي يظهر عمومًا مقاومة ممتازة للتآكل في معظم أنواع التربة، في حين أن 1Cr13 و1Cr17 عرضة للتآكل في العديد من أنواع التربة. لقد وجد أن الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr17Ni12Mo0 مقاوم تمامًا للحفر في جميع اختبارات التربة.

حمض النيتريك

يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي والأوستنيتي الذي يحتوي على ما لا يقل عن 14% من الكروم مقاومة ممتازة لتآكل حمض النيتريك. لقد تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr17 على نطاق واسع في معدات المعالجة لمصانع حمض النيتريك. ومع ذلك، نظرًا لأن 0Cr18Ni9 يوفر عمومًا قابلية تشكيل ولحام أفضل، فقد حل إلى حد كبير محل الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr17 في التطبيقات المذكورة أعلاه.

إن مقاومة التآكل بحمض النيتريك للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الآخر مماثلة لمقاومة 0Cr18Ni9. يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr17 عمومًا معدل تآكل أعلى قليلاً من 0Cr18Ni9، كما أن درجات الحرارة والتركيزات الأعلى لها تأثير أكثر ضررًا عليه.

إذا لم تتم معالجة الفولاذ حرارياً بشكل مناسب، فإن حمض النيتريك الساخن سوف يسبب تآكلًا بين الحبيبات في كل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفريتي. ولذلك، يمكن منع هذا النوع من التآكل عن طريق المعالجة الحرارية المناسبة أو باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم لهذا النوع من التآكل.

حمض الكبريتيك

نادرًا ما يتم استخدام درجات الفولاذ المقاوم للصدأ القياسية في محاليل حمض الكبريتيك لأن نطاق خدمتها ضيق جدًا. في درجة حرارة الغرفة، يكون الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr17Ni12Mo2 (الدرجة القياسية ذات أعلى مقاومة لحمض الكبريتيك) مقاومًا للتآكل عندما يكون تركيز حمض الكبريتيك أقل من 15% أو أكبر من 85%. ومع ذلك، في نطاق التركيز الأعلى، يتم استخدام الفولاذ الكربوني بشكل عام. الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفريتي ليس مقاومًا بشكل عام للتآكل الناتج عن محاليل حمض الكبريتيك.

كما هو الحال مع حمض النيتريك، يمكن لحمض الكبريتيك أن يسبب تآكلًا بين الحبيبات إذا لم تتم معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل مناسب. بالنسبة للهياكل الملحومة حيث لا تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام ممكنة، يجب استخدام درجات منخفضة الكربون مثل 00Cr19Ni10 أو 00Cr17Ni14Mo2، أو درجات مستقرة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr18Ni11Ti أو 0Cr18Ni11Nb.

حمض الفوسفوريك

يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بمقاومة جيدة للتآكل بواسطة محاليل حمض الفوسفوريك ويُستخدم على نطاق واسع في المعدات المستخدمة في إنتاج ومعالجة حمض الفوسفوريك. إنها تظهر مقاومة فعالة للتآكل عند درجات حرارة تصل إلى 107° درجة مئوية وبتركيزات مختلفة. عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 95° درجة مئوية، يمكن للمعدات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr17Ni12Mo2 التعامل بفعالية مع تركيزات حمض الفوسفوريك التي تتجاوز 100% H₃PO₄.

تجدر الإشارة إلى أن الشوائب النزرة من أملاح الفلورايد أو الكلوريد موجودة أحيانًا في حمض الفوسفوريك الناتج عن العمليات الرطبة. قد يكون لوجود هذه الهاليدات في الحمض تأثير ضار على مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل.

يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفريتي مقاومة أقل بكثير لتآكل حمض الفوسفوريك مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، وبالتالي لا يستخدم بشكل عام مع هذا الحمض.

حمض الهيدروكلوريك

حتى في درجة حرارة الغرفة، تؤدي محاليل حمض الهيدروكلوريك بتركيزات مختلفة إلى تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بسرعة. وبالتالي، فإنه من غير الممكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في هذا الحمض.

الأحماض غير العضوية الأخرى

يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عمومًا مقاومة جيدة للتآكل بواسطة حمض البوريك وحمض الكربونيك وحمض الكلوريك وحمض الكروميك في جميع التركيزات ودرجات الحرارة تقريبًا، باستثناء حمض الكلوريك بنسبة 100%. يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr13 و1Cr17 مقاومة أقل بكثير لحمض الكروميك من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، لكنه يمتلك مقاومة جيدة نسبيًا لتآكل حمض البوريك وحمض الكربونيك.

حمض الخليك

يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عمومًا مقاومة ممتازة لتآكل حمض الأسيتيك، في حين أن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفيريتي غير مناسب لمعظم التطبيقات التي تتضمن حمض الأسيتيك. يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بمقاومة كاملة لحمض الأسيتيك بجميع تركيزاته في درجة حرارة الغرفة؛ وفي درجات الحرارة الأعلى، يظهر 0Cr17Ni12Mo2 و0Cr19Ni13Mo3 مقاومة أفضل للتآكل بحمض الأسيتيك مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الآخر.

حمض الفورميك

في درجة حرارة الغرفة، يمكن استخدام أي فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي للتعامل مع حمض الفورميك دون أي مشكلة. ومع ذلك، عندما يكون حمض الفورميك ساخنًا، فإنه يمكن أن يؤدي إلى تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ الذي لا يحتوي على الموليبدينوم بسرعة؛ لذلك، يلزم استخدام 0Cr17Ni12Mo2 و0Cr19Ni13Mo3. يؤدي حمض الفورميك إلى تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفريتي بسرعة في جميع درجات الحرارة.

حمض الأكساليك

وبشكل عام، عند درجة حرارة الغرفة وبتركيزات لا تقل عن 50%، يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة جيدة للتآكل بحمض الأكساليك. ومع ذلك، عند درجات الحرارة المرتفعة، تكون محاليل حمض الأكساليك مسببة للتآكل لجميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ تمامًا كما يكون المحلول بنسبة 100% في درجة حرارة الغرفة.

حمض اللاكتيك

يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr18Ni9 في معدات تخزين حمض اللاكتيك في درجات حرارة تصل إلى حوالي 38° درجة مئوية. عند درجات الحرارة المرتفعة، يكون الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الخالي من الموليبدينوم عرضة للتآكل النقطي؛ لذلك، يفضل 0Cr17Ni12Mo2 و0Cr19Ni13Mo3. يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفريتي عمومًا مقاومة أقل لتآكل حمض اللاكتيك.

القلويات

يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ عمومًا مقاومة جيدة للتآكل الناتج عن القلويات الضعيفة، مثل هيدروكسيد الأمونيوم. بالنسبة للقلويات القوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد البوتاسيوم، يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مقاومة جيدة للتآكل عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 105° درجة مئوية وتركيزات تصل إلى حوالي 50٪؛ عند درجات حرارة وتركيزات أعلى، قد يصبح معدل التآكل كبيرًا. قد يحدث التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عندما تتجاوز درجات الحرارة نقطة الغليان عند الضغط الجوي (وعند درجات حرارة أقل قليلاً بتركيزات تقترب من 50%).

محاليل حمض الهيدروكلوريك

باستثناء محاليل الهاليد في ظل ظروف معينة، يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ عمومًا مقاومة ممتازة للتآكل بواسطة محاليل حمض الهيدروكلوريك. بالنسبة للأملاح الحمضية، فإن مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل تتأثر حتماً إلى حد ما بالأحماض المحددة المتكونة عن طريق التحلل المائي للملح. بالنسبة لمحاليل الملح الحمضية عند درجات حرارة أعلى، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المحتوي على الموليبدينوم (0Cr17Ni12Mo2 و0Cr19Ni13Mo3) يظهر عمومًا مقاومة أفضل للتآكل من الدرجات الأخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ.

عند استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في محاليل الهاليد، وخاصة محاليل الكلوريد، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه على الرغم من أن معدلات التآكل منخفضة بشكل عام، إلا أن التآكل النقطي و/أو التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي قد يحدث في ظل ظروف معينة. وعلى الرغم من وجود العديد من الحالات التي تم فيها استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ بنتائج ممتازة في وجود الكلوريدات (كما هو الحال في معدات تجهيز الأغذية ومياه البحر المتدفقة في درجات حرارة منخفضة نسبيًا)، إلا أنه يجب النظر في كل تطبيق على حدة. يعتمد حدوث التآكل النقطي أو التآكل الإجهادي على العديد من العوامل، بما في ذلك البيئة وتصميم المعدات وتشغيلها.