خوردگی تخریب تدریجی فلزات از طریق فعل و انفعالات شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط آنها است.
در صنعت, خوردگی عمر دارایی را کاهش می دهد, هزینه نگهداری را افزایش می دهد, و - از همه مهمتر - می تواند شکست های فاجعه بار را تسریع کند.
این مقاله یک پایه فنی ارائه می دهد, بررسی عملی از هشت حالت خوردگی رایج در عمل صنعتی مشاهده می شود, مکانیسم های ریشه را توضیح می دهد,
امضاهای معمولی و روش های تشخیص را فهرست می کند, و به طراحان اقدامات متقابل متمرکز می دهد, اپراتورها و بازرسان می توانند درخواست دهند.
1. خوردگی چیست?
خوردگی تخریب شیمیایی یا الکتروشیمیایی یک فلز است (یا آلیاژ فلز) ناشی از واکنش با محیط خود است.
در قلب آن خوردگی یک واکنش اکسیداسیون است: اتم های فلزی الکترون ها را از دست می دهند و به صورت یون وارد محلول می شوند; این الکترون ها توسط یک واکنش کاهشی در جای دیگری از سطح مصرف می شوند.
در اکثر تنظیمات مهندسی این یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به چهار عنصر نیاز دارد: یک سایت آندی (جایی که فلز اکسید می شود), یک سایت کاتدی (جایی که کاهش رخ می دهد), یک الکترولیت برای حمل یون, و یک مسیر الکتریکی بین نواحی آندی و کاتدی.
2. توضیح مفصل هشت نوع خوردگی رایج
یکسان (عمومی) خوردگی
مکانیزم / امضا:
یکبار, از دست دادن فلز نسبتا همگن در سطوح در معرض ناشی از اکسیداسیون الکتروشیمیایی گسترده (به عنوان مثال, جوی, حمله اسیدی یا قلیایی). اثبات شده توسط نازک شدن, پوسته پوسته شدن یکنواخت یا تغییر رنگ گسترده.
محیط های معمولی / شاخص ها: جوهای مرطوب, آلودگی صنعتی/شهری, باران اسیدی, سیالات پردازش فله; با کاهش ضخامت اولتراسونیک یا مقیاس بصری قابل تشخیص است.
تأثیر: کاهش قابل پیش بینی در سطح مقطع و ظرفیت بار; ضعیف شدن طولانی مدت پیچ و مهره ها, اعضای سازه و قطعات تحت فشار.
اقدامات متقابل:
- انتخاب مواد: از آلیاژهای ذاتاً مقاومتر استفاده کنید (فولادهای ضد زنگ, آلیاژهای نیکل, مس نیکل, برنزهای آلومینیومی) برای محیط خدمات.
- حفاظت از موانع: پوشش ها / آسترهای بادوام را اعمال کنید (حکیم, پلی اورتان, آبکاری فلزی یا گالوانیزه) با آماده سازی مناسب سطح.
- طراحی: افزایش میزان خوردگی در طراحی, اجازه دهید زهکشی برای جلوگیری از حمام کردن.
- نگهدار & نظارت: بررسی ضخامت UT و پایش نرخ خوردگی را برنامه ریزی کنید (کوپن ها, پروب های ER) برای برنامه ریزی جایگزینی قبل از شکست.
خوردگی
مکانیزم / امضا:
شکست بسیار موضعی یک فیلم غیرفعال (اغلب توسط یون های هالید آغاز می شود), ایجاد حفره های عمیق کوچک که به سرعت در زیر سطح ظاهری نفوذ می کنند. چاله ها اغلب به عنوان شروع کننده ترک خستگی عمل می کنند.
محیط های معمولی / شاخص ها: رسانه های حاوی کلرید (آب دریا, نمک های یخ زدایی), رسوبات راکد با آلودگی نمکی; گودال های سطحی ریز, سوراخ شدن موضعی, یا نشت ناگهانی.
تأثیر: حتی حفره های کوچک می توانند به عنوان نقاط تمرکز استرس عمل کنند, باعث شکستگی ناگهانی بست ها در بارهای بسیار کمتر از ظرفیت طراحی آنها می شود.
این امر باعث می شود که خوردگی حفره ای یکی از خطرناک ترین انواع خوردگی برای کاربردهای مهم اتصال دهنده ها باشد.
اقدامات متقابل:
- انتخاب آلیاژ: آلیاژهایی با مقاومت حفره ای بالا را مشخص کنید (نمرات با Mo/N بالاتر و PREN مناسب برای سرویس کلرید انتخاب کنید; فولادهای ضد زنگ دوبلکس یا سوپرآستنیتی و آلیاژهای نیکل در صورت لزوم).
- طراحی برای دسترسی: از رسوبات و رکودی که کلریدها را غلیظ می کنند اجتناب کنید; شستشو و زهکشی را فراهم می کند.
- سایت های شروع را حذف کنید: کنترل کیفیت جوش, سطح صاف به پایان می رسد, از علائم ماشینکاری در بالابرهای تنش اجتناب کنید.
- پوشش & مهار کننده ها: از پوشش های بدون عیب استفاده کنید; استفاده در حین فرآیند از بازدارنده های خوردگی معتبر در صورت سازگاری.
- بازرسی: بازرسی دوره ای نزدیک (بروسکوپ, جریان گردابی, نافذ رنگ روی قطعات کوچک) و آزمایش الکتروشیمیایی در طول صلاحیت (پتانسیل گودال).
ترک خوردگی استرس (SCC)
مکانیزم / امضا:
شروع ترک شکننده و انتشار سریع ناشی از عمل همزمان تنش کششی (اعمال شده یا باقیمانده) و یک محیط خورنده خاص.
ترک خوردگی ممکن است بین دانه ای یا ترانس دانه ای باشد و اغلب با خوردگی عمومی قابل مشاهده اندک رخ می دهد.
محیط های معمولی / شاخص ها: ترکیبات آلیاژ/محیط حساس (به عنوان مثال, فولادهای زنگ نزن آستنیتی در محیط های کلرید; برخی از آلیاژهای با مقاومت بالا در محیط سوزاننده); ظاهر ترک های باریک, اغلب بدون محصولات خوردگی سنگین.
تأثیر: اتصال دهنده ها معمولاً پس از نصب تحت تنش کششی بالا قرار می گیرند (به دلیل پیش بارگذاری), آنها را بسیار مستعد ابتلا به SCC می کند.
این می تواند منجر به فاجعه شود, خرابی پیش بینی نشده سازه ها و تجهیزات حیاتی.
اقدامات متقابل:
- تنش کششی را حذف یا کاهش دهید: طراحی مجدد برای کاهش تنش های کاری, روش های پیش بارگذاری/ سفت کردن را کنترل کنید, انجام کاهش استرس باقیمانده (گرمی) یا از درمان های سطحی فشاری استفاده کنید (شلی).
- جایگزینی مواد: از آلیاژهای مقاوم در برابر SCC برای محیط خاص استفاده کنید (به عنوان مثال, ضد زنگ با حساسیت کم, فولادهای دوبلکس, آلیاژهای نیکل).
- کنترل محیطی: کاهش گونه های مهاجم (کلرید), pH کنترل, در صورت تایید از مهارکننده ها استفاده کنید.
- جوش & کنترل های ساخت: چرخه های حرارتی حساس را به حداقل برسانید; PWHT و روش های جوشکاری را واجد شرایط می کند.
- نظارت: اجرای NDT حساس به ترک (رنگ نافذ, ماوراء الطبیعه, انتشار آکوستیک), و حذف/بازرسی دوره ای بست های حیاتی.
خوردگی شکاف
مکانیزم / امضا:
حمله موضعی به داخل شکاف های باریک که در آن الکترولیت جدا شده و اسیدی می شود (کاهش اکسیژن), تولید یک میکروسل که باعث ایجاد خوردگی موضعی تهاجمی می شود.
اغلب در زیر سخت افزار یا رسوبات پنهان می شود.
محیط های معمولی / شاخص ها: زیر واشر, پشت واشر, زیر سر پیچ ها, بین مفاصل دامان; حمله موضعی اغلب در مجاورت شکاف ها.
تأثیر: از دست دادن پنهان بخش در ریشه های بست, درگیری های رزوه ای و اتصالات واشر که منجر به شکست می شود.
اقدامات متقابل:
- حذف طراحی: در صورت امکان از شکاف ها اجتناب کنید; از بست های خیط و پیت شده یا رو به رو استفاده کنید, جوش های پیوسته, یا هندسه های واشر که مایعات را به دام نمی اندازند.
- انزوا & مهر و موم: از درزگیرهای غیر متخلخل استفاده کنید, واشرهای سازگار, و واشرهای عایق برای جلوگیری از ورود الکترولیت و مسیرهای گالوانیکی.
- مادی & انتخاب پوشش: از آلیاژهای مقاوم در برابر شکاف یا پوشش های مقاوم که روی سطوح جفت شونده استفاده می شود استفاده کنید; اتصال دهنده هایی با همان متالورژی به عنوان بستر انتخاب کنید.
- نظافت & نگهدار: حذف منظم رسوبات و آوار; از مسیرهای گریه و تهویه در مجموعه ها اطمینان حاصل کنید.
- بازرسی هدفمند: تمرکز بازرسی در مکان های پنهان (بروسکوپ, برچیدن انتخابی) به جای تکیه بر ظاهر بیرونی.
خوردگی گالوانیک
مکانیزم / امضا:
هنگامی که دو فلز غیر مشابه به صورت الکتریکی در یک الکترولیت به هم متصل می شوند, فلز آندی بیشتر ترجیحا خورده می شود; شدت بستگی به تفاوت پتانسیل دارد, هدایت الکترولیت و نسبت مساحت.
محیط های معمولی / شاخص ها: مجموعه های فلزی مخلوط در شرایط دریایی یا مرطوب; حمله سریع به عضو آندی نزدیک رابط با فلز نجیب تر.
تأثیر: تسریع از دست دادن جزء آندی (به عنوان مثال, قطعات آلومینیومی با بست های فولادی), به خطر انداختن اتصالات و یکپارچگی ساختاری.
اقدامات متقابل:
- سازگاری مواد: جایی که امکان پذیر است, اتصال دهنده ها و بسترهای خانواده های یکسان یا سازگار را مشخص کنید.
- انزوا: عایق الکتریکی تماس های غیر مشابه (واشر پلاستیکی, پوشش, واشر).
- کنترل نسبت مساحت: اگر باید از فلزات غیرمشابه استفاده شود، ناحیه آندی را نسبت به کاتد بزرگ کنید (چگالی جریان محلی را کاهش می دهد).
- سیستم های حفاظتی: فلز نجیب تر را بپوشانید تا از بزرگ شدن کاتدی جلوگیری کنید, یا به طور فداکاری از فلز آندی محافظت کنید (آندها) در سیستم های غوطه ور.
- طراحی برای نگهداری: امکان تعویض آسان عناصر قربانی و بازرسی دوره ای مفاصل.
خوردگی بین دانه ای (igc)
مکانیزم / امضا:
حمله ترجیحی در امتداد مرزهای دانه ناشی از کاهش موضعی عناصر محافظ (به عنوان مثال, کاهش کروم در فولادهای ضد زنگ حساس شده) یا بارش فازهای شکننده; سطح ممکن است دست نخورده به نظر برسد در حالی که انسجام داخلی از بین رفته است.
محیط های معمولی / شاخص ها: پس از قرار گرفتن در معرض حرارتی نامناسب ایجاد می شود (حساسیت ناشی از جوشکاری یا سرد شدن آهسته) یا سرویس در دماهای حساس کننده; توسط تست های خم تشخیص داده می شود, بررسی ریزساختاری, یا اچ متالوگرافی.
تأثیر: از دست دادن شکل پذیری و شکست شکننده ناگهانی اتصال دهنده ها با هشدار سطح محدود.
اقدامات متقابل:
- انتخاب آلیاژ: از کربن کم استفاده کنید (درجه L), تثبیت شد (اگر/نب) یا آلیاژهای مقاوم در برابر حساسیت برای اجزای جوش داده شده/تنش.
- تمرین جوشکاری: کنترل گرمای ورودی, از فلزات پرکننده مناسب استفاده کنید و در صورت نیاز آلیاژ و سرویس، آنیل محلول پس از جوش را اعمال کنید.
- عملیات حرارتی: چرخه های حرارتی صحیح را برای جلوگیری از بارش فازهای مضر اجرا کنید; برای موارد حیاتی به MTR و میکروگراف نیاز دارید.
- بازرسی: نیاز به آزمایش پذیرش مخرب/غیر مخرب برای اجزای فشار یا ایمنی (به عنوان مثال, متالوگرافی کوپنی, نقشه برداری سختی).
فرسایش - خوردگی (سایش + حمله شیمیایی)
مکانیزم / امضا:
حذف مکانیکی لایه های محافظ توسط جریان, ذرات یا کاویتاسیون فلز تازه را در معرض حمله شیمیایی قرار می دهد; آسیب های مکانیکی و شیمیایی یکدیگر را تقویت می کنند.
نتیجه نامنظم است, اغلب از دست دادن مواد جهت دار.
محیط های معمولی / شاخص ها: پمپ, لوله کشی با دوغاب ذرات, خم های متلاطم, مناطق کاویتاسیون; سطوح اسکالوپ یا شیارهای هم تراز با جریان.
تأثیر: نازک شدن سریع, از دست دادن یکپارچگی مهر و موم, سایش زودرس نخ ها و سطوح گیره دار.
اقدامات متقابل:
- طراحی هیدرولیک/فرآیند: سرعت جریان کمتر, تغییر خم لوله ها, کاهش آشفتگی و جلوگیری از کاویتاسیون با انتخاب صحیح پمپ و مدیریت NPSH.
- فیلتراسیون & حذف: حذف ذرات ساینده بالادست (فیلتر, حل و فصل) برای کاهش فرسایش مکانیکی.
- انتخاب مواد / پوشش: از آلیاژهای مقاوم در برابر فرسایش یا پوشش های سخت استفاده کنید (سرامامیک, پوشش های اسپری حرارتی, برنزهای پر کروم یا آلی بالا در آب دریا) در مناطق پر تاثیر.
- آسترهای قربانی / قطعات قابل تعویض: طراحی را به گونه ای طراحی کنید که به جای جایگزینی کل مجموعه ها، آسترهای فرسوده یا آستین های قابل تعویض را بپذیرد.
- نظارت: ضخامت سنج معمولی و بازرسی بصری مناطق پرخطر.
تردی هیدروژنی (او) / ترک خوردگی به کمک هیدروژن
مکانیزم / امضا:
هیدروژن اتمی به فلزات حساس منتشر می شود (معمولا فولادهای با مقاومت بالا), در سایت های تله و واسط ها انباشته می شود, و باعث ایجاد شکستگی شکننده یا ترک خوردگی تاخیری می شود - اغلب پس از یک دوره تاخیر پس از قرار گرفتن در معرض هیدروژن.
محیط های معمولی / شاخص ها: آبکاری (اسیدی یا جریان زیاد برقی), ترشی, جوشکاری در اتمسفر هیدروژنی, حفاظت بیش از حد کاتدیک, و قرار گرفتن در معرض ترش (باسله) محیط.
شکستگی شکننده است, اغلب بین دانه ای یا شبه شکاف.
تأثیر: ناگهانی, شکست شکننده تاخیری اتصال دهنده های با استحکام بالا حتی تحت بارهای پایدار بسیار کمتر از تسلیم - خطر حیاتی در هوافضا, روغن & گاز, و پیچ و مهره های سازه ای.
اقدامات متقابل:
- کنترل فرآیند: از عملیات شارژ هیدروژن برای قطعات حساس خودداری کنید; در جاهایی که آبکاری/جوشکاری ضروری است از فرآیندهای کم هیدروژن و حمام های فرموله شده مناسب استفاده کنید.
- پخت و پز (تسکین هیدروژن): پخت هیدروژنی پس از فرآیند را انجام دهید (دما/زمان بر اساس استاندارد) برای بیرون راندن هیدروژن جذب شده قبل از اعمال تنش یا نصب.
- کنترل مواد و سختی: فولادها و محدودیت های سختی با مقاومت HE مستند را مشخص کنید; در صورت قبولی از نمرات با مقاومت کمتر استفاده کنید.
- درمان های سطحی & پوشش: از موانع انتشار یا پوشش هایی استفاده کنید که در صورت لزوم، ورود هیدروژن را کاهش می دهد.
- تمرین مونتاژ: پیش بارگذاری و طراحی را برای جلوگیری از سفت شدن بیش از حد کنترل کنید; نیاز به سوابق تایید شده پس از درمان برای اتصال دهنده های حیاتی.
- صلاحیت & تست: نیاز به سوابق کاهش شکنندگی هیدروژن تامین کننده دارد, گواهی پخت پس از آبکاری و در صورت بروز شکست، فراکتوگرافی.
3. چرا مقاومت در برابر خوردگی حیاتی است؟
بی توجهی به حفاظت در برابر خوردگی می تواند منجر به سه پیامد عمده شود:
- هزینه های اقتصادی: خسارات جهانی ناشی از خوردگی سالانه به تریلیون ها دلار می رسد, از جمله هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری, تعویض جزء, و توقف برنامه ریزی نشده.
برای صنایعی مانند نفت و گاز, خودرو, و زیرساخت, این هزینه ها می توانند بخش قابل توجهی از هزینه های عملیاتی را نشان دهند. - خطرات ایمنی: شکست ساختارهای بحرانی (به عنوان مثال, پل, ساختمان ها, خط لوله, هواپیما) در اثر خوردگی می تواند منجر به تلفات جانی شود, بلایای زیست محیطی, و اختلالات درازمدت اقتصادی.
به عنوان مثال, نشت خط لوله ناشی از خوردگی می تواند باعث نشت نفت شود, در حالی که ریزش پل به دلیل خوردگی اتصال دهنده ها می تواند منجر به حوادث تلخ شود. - آلودگی محصول: در صنایعی مانند فرآوری مواد غذایی, داروهای دارویی, و وسایل پزشکی, محصولات خوردگی (به عنوان مثال, یون های فلزی) می تواند محصولات را آلوده کند, خطراتی برای سلامت و ایمنی مصرف کننده ایجاد می کند.
این همچنین می تواند منجر به عدم انطباق مقررات و آسیب به شهرت برند شود.
4. پایان
خوردگی یک مشکل واحد نیست، بلکه خانواده ای از حالت های خرابی متمایز است - هر کدام مکانیسم خاص خود را دارند, امضا و موثرترین اقدامات متقابل.
هیچ درمان جهانی برای خوردگی وجود ندارد; وجود دارد, هر چند, فرآیندهای مهندسی تکرارپذیر که به طور قابل اعتماد ریسک و هزینه چرخه عمر را کاهش می دهد.
با تشخیص مکانیسم خوردگی غالب, استفاده از سلسله مراتب پیشگیری, و بستن حلقه با بازرسی هدفمند و کنترل تامین کننده, سازمان ها خوردگی را از یک خطر غیرقابل پیش بینی به یک پارامتر مهندسی قابل کنترل تبدیل می کنند.
سوالات متداول
که خطرناک ترین حالت خوردگی است?
SCC و شکنندگی هیدروژن از خطرناک ترین آنها هستند زیرا می توانند ناگهانی ایجاد کنند, خرابی های شکننده با پیش ساز کمی قابل مشاهده.
چگونه خطر ایجاد حفره در فولاد ضد زنگ در آب دریا را کاهش دهم؟?
از مواد با PREN بالاتر استفاده کنید (فولادهای ضد زنگ دوبلکس یا سوپرآستنیتی), سپرده ها را حذف کنید, پوشش های محافظ را اعمال کنید, و از شکاف ها اجتناب کنید.
آیا پوشش ها می توانند از خوردگی گالوانیکی جلوگیری کنند?
پوشش های مناسبی که فلزات غیر مشابه را به صورت الکتریکی جدا می کند می تواند از حمله گالوانیکی جلوگیری کند, اما شکستگی های پوشش یا چسبندگی ضعیف باعث ایجاد مکان های گالوانیکی محلی می شود - بازرسی و نگهداری ضروری است.
آیا بازدارنده های خوردگی جهانی وجود دارد؟?
هیچ. بازدارنده ها مختص محیط هستند و باید برای سیال فرآیند تایید شوند, دما و مواد در خدمت.
