بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن آستنیتی تحت word

1-مقدمه

فولادهای زنگ‌نزن اوستنیتی به علت دارا بودن خواص مکانیکی مناسب و مقاومت عالی به خوردگی، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند. اگر چه حالت کارشده (Wrought) این فولادها، مقاوم به خوردگی است، اما حالت جوشکاری شده آن ممکن است مقاوم به خوردگی نباشد. سیکل حرارتی ناشی از جوشکاری و یا عملیات حرارتی تنش‌زدایی که بر فولاد اعمال می‌شود، ممکن است باعث رسوب فاز کاربید کروم در مرز دانه‌های فولاد، در منطقه متأثر از جوش بشود. نتیجه این فرایند، کاهش غلظت عنصر کروم در مناطق چسبیده به رسوبها است که ممکن است این اختلاف غلظت در ترکیب شیمیایی، باعث از دست رفتن مقاومت فولاد به خوردگی بشود و فولاد به نوعی خوردگی به نام “خوردگی بین دانه‌ای” حساس بشود. اگر فولاد تحت این شرایط، در محیط سرویس قرار بگیرد، مناطق حساس شده، خورده می‌شوند و در نهایت، قطعه دچار شکست ناشی از خوردگی خواهد شد

طبق آمارهای موجود، سهم عمده‌ای از شکست قطعات در صنایع، شکست ناشی از خوردگی می‌باشد که قسمتی از آن نیز به خوردگی بین دانه‌ای مربوط می‌شود. در نتیجه، با توجه به اهمیت موضوع، هنگام انتخاب فولاد، باید از مقاومت به خوردگی بین دانه‌ای فولاد مورد نظر، بعد از اتمام پروسه‌های ساخت، اطمینان حاصل نمود

خوردگی بین دانه‌ای، اولین بار حدود 75 سال پیش شناخته شد. از آن موقع به بعد، تحقیقات فراوانی به منظور شناخت بهتر این پدیده و روشهای جلوگیری از آن صورت گرفت. در طول این مدت، در عملیات تولید فولاد و روشهای جوشکاری آن، تغییرات قابل ملاحظه‌ای اتفاق افتاده است. با این همه، کماکان این سئوال مطرح است که هم اکنون نیز در استفاده از این فولادها، با پدیده خوردگی بین دانه‌ای روبرو می‌شویم یا خیر؟

نتیجه تحقیقات فراوان انجام شده در سالیان گذشته و یافته‌های محققان در زمینه مقابله با این پدیده در این گزارش آورده شده است. شرایط ترکیب شیمیایی، روشهای جوشکاری، عملیات حرارتی و شرایط محیطی که تحت آن خوردگی بین دانه‌ای می‌تواند اتفاق بیفتد، مشخص شده و روشهای جوشکاری برای حداقل کردن این پدیده، معرفی شده است

          قسمتی از این گزارش به پدیده Knife Line Attack و مکانیزم تشکیل و روش‌های جلوگیری از آن اختصاص دارد. Knife Line Attack  نیز نوعی خوردگی موضعی است که مکانیزم آن با مکانیزم خوردگی بین دانه‌ای تفاوت دارد و در فولادهای تثبیت شده اتفاق می‌‌افتد، ولی به علت شباهت به خوردگی بین دانه‌ای، در بعضی مراجع، نوعی از خوردگی بین دانه‌ای در نظر گرفته می‌شود

 1-1-    تعریف خوردگی 

به تغییراتی که در نتیجه واکنش‌های شیمیایی یا الکتروشیمیایی مواد با محیط اطراف آنها ایجاد شده و باعث تخریب تدریجی قطعات می‌شود، خوردگی گفته می‌شود. خوردگی، یک واکنش نامطلوب است که سبب جدا شدن تدریجی اتمها از سطح قطعات و تخریب آنها می‌شود که در نهایت باعث شکست قطعه شده و خساراتی را بوجود می‌آورد ]1[

سرعت فعل و انفعالات خوردگی به عواملی مانند درجه حرارت و غلظت محیط اثرکننده بستگی دارد. البته عوامل دیگری نیز مانند تنش مکانیکی (Stress) و فرسایش (Erosion) می‌تواند به خوردگی کمک کند ]1[

پدیده خوردگی، در اغلب فلزات و آلیاژهای آنها ظاهر می‌شود زیرا اغلب فلزات و آلیاژها تمایل به ایجاد ترکیباتی با اتمها یا مولکولهایی از محیط اطراف خود که تحت شرایط موجود از لحاظ ترمودینامیکی پایدار است، دارند. فقط تعداد کمی از فلزات مانند طلا یا پلاتین، تحت شرایط معمولی پایدار هستند و تمایلی به ایجاد واکنش با محیط اطراف ندارند ]1[

در ادامه این فصل به تشریح برخی از خوردگی‌های مرسوم پرداخته می‌شود

 1-2-   خوردگی الکتروشیمیایی

متداولترین نوع خوردگی، خوردگی الکتروشیمیایی است. این نوع خوردگی غالباً در محیط آبی که شامل یونهای نمک محلول است رخ می‌دهد. بنابراین آب حاوی یونها، از مایعات الکترولیتی محسوب می‌شود که محیط مناسبی برای انجام بیشترین واکنشهای خوردگی است. برای درک بهتر خوردگی الکتروشیمیایی، در ذیل، به تشریح واکنشهای الکتروشیمیایی پرداخته می‌شود ]1[

موقعی که قطعه فلزی، در مایع الکترولیتی (مانند HCl) قرار گیرد، اتمهای فلز در اسید حل می‌شوند یا به عبارتی، توسط اسید خورده می‌شوند. بدین صورت اتمهای فلز طبق واکنش ، به صورت یون، از فلز جدا می‌شوند و داخل الکترولیت قرار می‌گیرند. به این ترتیب مدار الکتریکی در سیستم (بین فلز و الکترولیت) برقرار می‌شود. مطابق شکل 1-1 این سیستم دارای 4 جزء است

1-    آند: الکترونها را به مدار داده و یونهای فلزی از آن جدا می‌شوند و آند زنگ می‌زند

2-    کاتد: الکترونها را می‌گیرد

3-    اتصال الکتریکی: به منظور جریان الکترونها از آند به سمت کاتد و ادامه واکنش بین آند و کاتد برقرار می‌شود

4-    الکترولیت مایع: که باید با آند و کاتد در تماس باشد. الکترولیت هادی بوده و مدارالکتریکی را کامل می‌کند. الکترولیت‌ها، وسیله حرکت یونهای فلزی را از سطح آند به سمت کاتد تأمین می‌کنند ]1[

شکل 11- اجزای یک پیل ساده الکتروشیمیایی]1[

 بنابراین واکنشهای خوردگی الکتروشیمیایی، با واکنشهای اکسیداسیون که الکترونها را تولید می‌کند و واکنشهای احیاء که آنها را مصرف می‌کند، در ارتباط است. هر واکنش، یعنی واکنشهای اکسیداسیون و احیاء باید همزمان و با سرعت یکسان انجام شوند. واکنش زیر بصورت اکسیداسیون در آند انجام می‌گیرد به صورتی که فلز، یونیزه می‌شود

 (1)                                     (به داخل فلز)   (به داخل الکترولیت) (در سطح فلز) برعکس، واکنش زیر که در آن فلز با گرفتن الکترون به صورت فلز اتمی آزاد می‌شود (واکنش احیاء)، واکنش کاتدی نامیده می‌شود

(2)         (رسوب در سطح ‌خارجی‌ کاتد)  (الکترون ‌از فلز)  (یون ‌موجود در الکترولیت)

تمایل فلزات برای خوردگی در محیط خورنده خاص متفاوت است. یکی از روشهایی که برای مقایسه تمایل فلزات برای شکل‌گیری یونهای فلز در محلولهای مایع به کار می‌رود، مقایسه پتانسیلهای اکسیداسیون یا احیای نیم پیل آنها با پتانسیل مربوط به نیم پیل یون هیدروژن به عنوان مبناست (الکترود هیدروژن استاندارد) ]1[

1-3-   خوردگی یکنواخت و خوردگی موضعی

عنوان خوردگی موضعی، در مقایسه با خوردگی یکنواخت به کار می‌رود. خوردگی یکنواخت هنگامی اتفاق می‌افتد که شار یونهای فلزی از سطح و شار یون‌های کاتدی (روابط 1 و 2 در صفحه قبل) به سطح، در ابعاد اتمی، یکنواخت باشد. از  نقطه نظر عملی، خوردگی یکنواخت هنگامی اتفاق می‌افتد که سایتهای (sites) موضعی کاتدی و آندی، به اندازه کافی کوچک باشند و بطور یکنواخت توزیع شده باشند تا به شکست به واسطه موضعی شدن واکنش آندی منجر نشوند. در واقع، هر ناهمواری فیزیکی در سطح فلز، به تشکیل یک آند موضعی تمایل دارد مانند مرزدانه‌ها، عیوب کریستالی نظیر نابجائیها، پله‌های سطحی، فازهای متفاوت و سطح خشن ناشی از ماشینکاری، سنگ زدن، خراش و ... . همچنین صفحات کریستالی مختلف شبکه کریستالی از یک فلز، آرایش اتمی مختلف دارند و رفتار الکتروشیمیایی متفاوتی از خود نشان می‌دهند (مثلا" بعضی صفحات در محیط‌های آبی آندی‌تر می‌شوند). دانه‌های سطحی از یک فلز پلی کریستال ممکن است در معرض محیط خورنده، سرعت خوردگی متفاوتی از خود نشان دهند. اغلب اوقات این اختلاف در رفتار موضعی کوچک است و در مقیاس ماکروسکوپی خوردگی بصورت یکنواخت ظاهر می‌شود. در بعضی حالات، حمله خوردگی بسیار موضعی است و به شکست موضعی (localized failure) منجر می‌شود ]2[

برای دریافت اینجا کلیک کنید