آیا ورق استیل زنگ می زند؟ روش‌های جلوگیری از زنگ زدن استیل

از اوایل قرن نوزدهم میلادی که پیدایش و توسعه فولادهای ضد زنگ آغاز شد، به‌مرور این دسته از فولادها به گزینه‌ای بی‌رقیب در صنایع مختلف جهت مقابله با خوردگی و زنگ‌زدگی تبدیل شدند. آنچه موجب حفاظت استنلس استیل‌ها در برابر حملات شیمیایی و خوردگی می‌شود، وجود حداقل 10.5 درصد کروم در ترکیب شیمیایی آن‌هاست که یک لایه محافظ اکسید کروم (Cr2O3) روی سطح تشکیل می‌دهد (لایه پسیو) و موجب جلوگیری از زنگ‌زدگی می‌شود. بااین‌حال، بارها مشاهده شده است که استیل نیز تحت شرایط محیطی مختلف و در مواجهه با عوامل مخرب می‌تواند آسیب‌پذیر باشد. بنابراین، ورق استیل هم ممکن است در تماس با اسیدهای قوی یا مواجهه طولانی‌مدت با رطوبت، دمای بالا و متریال‌های دیگر، دچار زنگ‌زدگی یا خوردگی شود. در این مقاله مهم‌ترین دلایل زنگ زدن استیل و راه‌های جلوگیری از این پدیده را بررسی می‌کنیم.

خرید ورق استنلس استیل

مهم‌ترین دلایل خوردگی و زنگ زدن استیل

برخی از مهم‌ترین دلایل زنگ زدن استیل عبارت‌اند از:

قرارگیری در محیط‌های کلریدی: یون‌های کلریدی می‌توانند منجر به خوردگی حفره‌ای یا ترک‌خوردگی تنشی شوند و استیل‌های ۳۰۴ و ۳۱۶ در برابر حملات کلریدی بسیار حساس هستند. آلیاژهای 304 و 304L معمولاً می‌توانند تا 100 ppm کلرید را تحمل کنند، درحالی‌که آلیاژهای 316 و 316L ممکن است تا 200 ppm را تحمل کنند.

آسیب دیدن لایه اکسید محافظ: آسیب مکانیکی به لایه اکسید محافظ (Cr2O3) استیل می‌تواند مقاومت آن در برابر خوردگی را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد. خراش‌ها، شیارها و ساییدگی‌های ناشی از جابجایی یا حمل‌ونقل نامناسب می‌تواند لایه محافظ اکسید کروم را بشکند و به اکسیژن اجازه دهد تا به داخل فلز نفوذ کند. اگرچه این لایه می‌تواند در هوا دوباره تشکیل شود، اما این فرآیند آنی نیست. اگر ناحیه آسیب‌دیده قبل از تشکیل لایه اکسید با مواد خارجی تماس پیدا کند، زنگ‌زدگی می‌تواند آغاز شود.

انتخاب گرید نامناسب استیل: انتخاب گرید نامناسب استیل باعث می‌شود مقاومت ذاتی آلیاژ در برابر شرایط محیطی کافی نباشد و لایه محافظ اکسید کروم (پسیو) به‌راحتی تخریب شود. وقتی این لایه در محیط‌های خورنده آسیب ببیند، خوردگی موضعی آغاز می‌شود. بنابراین، باید گرید استیل متناسب با شدت خورندگی محیط انتخاب شود. مثلاً استفاده از گرید 304 در محیط‌های دریایی یا کلریدی شدید منجر به خوردگی و زنگ‌زدگی زودتر از موعد این آلیاژ می‌شود. به‌منظور خرید ورق استیل 304 به این صفحه مراجعه نمایید.

دمای کاری بسیار بالا: با افزایش دما، لایه محافظ غیرفعال، معیوب‌تر و متخلخل‌تر می‌شود و ورود یون‌های مهاجم را تسهیل کرده و فرآیندهای انحلال را تسریع می‌کند. رسوبات اکسیدی غنی از کروم، قابلیت حفاظت تا دمای حدود 1150 درجه سانتی‌گراد برای فولادهای ضد زنگ با کروم بالا را فراهم می‌کنند. در مقابل، وجود ترکیبات گوگرد می‌تواند به دلیل تشکیل ترکیبات نیکل-گوگرد با نقطه ذوب پایین، منجر به تخریب سریع شود.

آلودگی آهنی (Iron Contamination): آلودگی آهنی زمانی رخ می‌دهد که ذرات فولاد کربنی یا آهن آزاد روی سطح استیل قرار گیرند و به آن بچسبند. این ذرات در تماس با رطوبت و اکسیژن به‌سرعت زنگ می‌زنند و چون روی سطح استیل قرار دارند، تصور می‌شود خود استیل زنگ زده است. در صورت تداوم، این زنگ‌زدگی می‌تواند لایه پسیو را تضعیف کرده و زمینه شروع خوردگی واقعی در استیل را فراهم کند.

عملیات حرارتی یا جوشکاری غیراصولی: عملیات حرارتی یا جوشکاری غیراصولی می‌تواند با ایجاد پدیده حساس‌شدگی (Sensitization) باعث کاهش مقاومت به خوردگی استیل شود. در این حالت، کاربیدهای کروم در مرزدانه‌ها رسوب کرده و مقدار کروم مؤثر برای تشکیل لایه پسیو کاهش می‌یابد. نتیجه این فرایند، تضعیف لایه محافظ و افزایش احتمال خوردگی بین‌دانه‌ای و زنگ‌زدگی موضعی است.

نحوه تشکیل لایه محافظ روی سطح استیل

نشانه‌های شروع زنگ زدگی در ورق فولادی ضد زنگ

نشانه‌های شروع زنگ‌زدگی در ورق ضدزنگ معمولاً به‌صورت تدریجی ظاهر می‌شوند و تشخیص زودهنگام آن‌ها از پیشرفت خوردگی جلوگیری می‌کند. مهم‌ترین علائم شروع خوردگی و زنگ‌زدگی در ورق‌های استیل شامل موارد زیر می‌شوند:

• لکه‌های قهوه‌ای سطحی: اولین هشدار معمولاً ایجاد لکه‌های زرد یا قهوه‌ای روی سطح است که اغلب ناشی از آلودگی آهنی یا تخریب موضعی لایه پسیو است. این مرحله معمولاً سطحی است اما اگر برطرف نشود می‌تواند پیشرفت کند.
• حفره‌ای شدن (Pitting): در این حالت، خوردگی به‌صورت سوراخ‌های بسیار ریز و عمیق روی سطح ظاهر می‌شود که اغلب در محیط‌های حاوی کلرید رخ می‌دهد. پیتینگ خطرناک است چون می‌تواند به‌سرعت به عمق نفوذ کند درحالی‌که سطح ظاهراً سالم به نظر می‌رسد.
• خوردگی شیاری (Crevice Corrosion): این نوع خوردگی در شکاف‌ها، زیر واشرها، درزها و نقاطی با تهویه ضعیف ایجاد می‌شود. تجمع رطوبت و مواد خورنده در این نواحی باعث تخریب موضعی لایه محافظ و شروع زنگ‌زدگی پنهان می‌شود.

روش‌های جلوگیری از خوردگی و زنگ زدن استیل

انتخاب گرید مناسب

انتخاب گرید مناسب استیل برای محیط‌های خاص، برای تضمین عملکرد و طول عمر بهینه بسیار مهم است. عدد معادل مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای (PRE) به‌عنوان ابزاری ارزشمند در این فرآیند عمل می‌کند که با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

PRE = %Cr + 3.3 %Mo + 16 %N

مقادیر بالاتر PRE نشان‌دهنده مقاومت بیشتر در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی است. برای کاربردهای دریایی، فولاد ضد زنگ گرید 316 با محتوای 2% مولیبدن اغلب ترجیح داده می‌شود. در شرایط بسیار خورنده، فولاد ضد زنگ سوپر داپلکس مقاومت استثنایی در برابر خوردگی عمومی، حفره‌دار شدن، خوردگی شکافی و ترک‌خوردگی ناشی از خوردگی تنشی (SCC) ارائه می‌دهد و درعین‌حال قابلیت جوشکاری را حفظ می‌کند.

تمیزکاری و نگهداری اصولی

تمیز کردن منظم برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی و ظاهر فولاد ضد زنگ بسیار مهم است. بهتر است ابتدا کثیفی‌ها و آلودگی‌ها را با برس نایلونی نرم پاک کرده و سپس با صابون ملایم یا شوینده مناسب شستشو دهید، بعد با آب تمیز آبکشی و کامل خشک کنید تا لکه آب و آسیب به لایه محافظ جلوگیری شود.

برای آلودگی‌های سرسخت‌تر، می‌توان از تکنیک‌های تمیز کردن خاصی استفاده کرد. اثرانگشت را می‌توان با صابون و آب گرم یا محلول‌های موجود در بازار پاک کرد، درحالی‌که لکه‌های روغن و گریس ممکن است به الکل ایزوپروپیل یا استون نیاز داشته باشند.

برای جلوگیری از تشکیل زنگ‌زدگی، بسیار مهم است که از مواد ساینده مانند پشم فولاد یا پدهای تمیزکننده فلزی که می‌توانند رسوبات میکروسکوپی آهن را به‌جا بگذارند، خودداری کنید. در عوض، هنگام تمیز کردن از پارچه‌های نرم یا پدهای تمیزکننده پلاستیکی استفاده کنید.

جلوگیری از تماس با سایر فلزات آهنی

واکنش‌های گالوانیک می‌توانند زمانی رخ دهند که فلزات غیرمشابه در تماس باشند و منجر به خوردگی سریع فلز فعال‌تر شوند. این خطر با عواملی مانند دما، رطوبت و سطح تماس بین فلزات افزایش می‌یابد. برای جلوگیری از خوردگی گالوانیک، اجتناب از اتصال فلزات غیرمشابه (مانند تماس استنلس استیل با فولادهای کربنی) یا اعمال پوشش‌های محافظ برای مهار جریان الکترون توصیه می‌شود.

علاوه بر این، حفظ شیوه‌های صحیح تمیزکاری در طول تولید و پردازش برای جلوگیری از انتقال ذرات آهن یا فولاد ساده کربنی به سطوح فولاد ضد زنگ که می‌تواند لایه اکسید محافظ را مختل کرده و خوردگی را آغاز کند، بسیار مهم است.

استفاده از پوشش‌ها و عملیات سطحی

پرداخت سطحی ورق استیل نقش مهمی در افزایش مقاومت در برابر خوردگی فولادهای ضدزنگ دارد. یکی از روش‌های مؤثر، آندایزینگ است که شامل غوطه‌ور کردن ماده در یک محلول رسانا و اعمال جریان الکتریکی برای ایجاد یک لایه اکسید محافظ است. این فرآیند را می‌توان برای دستیابی به ضخامت‌ها و جلوه‌های زیبایی‌شناختی مختلف سفارشی‌سازی کرد و آن را برای کاربردهای مختلف تطبیق‌پذیر ساخت.

یکی دیگر از تکنیک‌های امیدوارکننده، اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (PEO) است که از تخلیه پلاسما برای تشکیل یک لایه اکسید سخت، متراکم و چسبنده روی سطح فلز استفاده می‌کند. PEO در مقایسه با پوشش‌های آندایز شده، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی برتر، ازجمله سختی بالاتر و خنثی بودن شیمیایی را ارائه می‌دهد.

راه های جلوگیری از زنگ زدن استیل

مقایسه مقاومت به زنگ زدگی گریدهای مختلف ورق استیل

مقادیر عناصر آلیاژی همچون کروم، نیکل، مولیبدن و غیره در گریدهای مختلف ورق استیل متفاوت است و ازاین‌رو این گریدها مقاومت به خوردگی و زنگ زدگی متفاوتی در محیط‌های مختلف از خود نشان می‌دهند. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد استفاده از گرید مناسب برای هر کاربرد و با توجه به میزان خورندگی محیط بسیار مهم است. در جدول زیر مقاومت به زنگ زدگی برخی گریدهای مهم ورق استیل با یکدیگر مقایسه شده است.