basket سبد استعلام
منو

خوردگی و زنگ فولاد

1400/07/26 162 بازدید 0 دیدگاه
مقاله

خوردگی چیست؟

تمامی فلزات به دلیل طبیعت خاصشان و فرایند تولید مستعد خوردگی هستند. این عناصر در تماس با یکدیگر دچار واکنش میشوند. زمانی که فولاد در معرض رطوبت (حتی رطوبت بسیار اندک موجود در هوا) و هوا (اکسیژن) قرار میگیرد، یک واکنش شیمیایی بین آن ها رخ میدهد. خوردگی فولاد یک فرایند الکتروشیمیایی است که نیاز به حضور همزمان رطوبت و هوا دارد. بنابراین، آهن درون فولاد شروع به اکسید شدن میکند که باعث تولید زنگ آهن میشود. در این حالت فولاد به حالت ابتدایی خودش یعنی اکسید آهن تبدیل میشود. زنگ آهن تقریبا شش برابر حجم ماده اصلی را در اشغال میکند. در بسیاری از کاربردهای امروزی این مشکل به آسانی با عملیات پوشش دهی قابل حل است. برای جلوگیری از خوردگی فولاد، روش های محافظتی چون رنگ آمیزی، حفظت کاتدی، آبکاری و دیگر روش‌ها صورت می‌گیرد که رایج‌ترین آن رنگ‌آمیزی فولاد مورد استفاده در سازه است. همچنین، درصد خاصی از عناصر مانند نیکل و کروم را می توان به فولاد اضافه کرد تا از زنگ زدن آن به طور مناسبی محافظت کرد. این عناصر لایه‌ای بسیار مقاوم و در عین حال ظاهری خوش ایجاد می نماید. البته ساخت و نصب اینگونه فولاد‌ها بسیار سخت می‌باشد. به این نوع فولاد فولاد ضد زنگ گفته میشود. برخی از دلایل عمده خوردگی عبارتند از:

  • واکنش‌های شیمیایی
  • خوردگی‌های شیاری و یا حفره ای که از طریق ایجاد شدن حفره
  • شکاف و خراش در قسمتی از سازه و ترک‌های ناشی از عوامل محیطی ایجاد می‌شود
  • خوردگی گالوانیک
  • جدا شدن لایه‌ محافظ و یا پوشش در اثر عواملی چون باد یا آب
  • وجود ناخالصی در فولاد
  • فرسایش و دمای بالادر طول پروسه تولید، حجم زیادی از انرژی به صورت گرما به فلز منتقل میشود. در طول سرد کردن این انرژی باعث تغییر در ریزساختار فلز میشود. در این نواحی یک اختلافی بین سطح تغییر یافته و فلز وجود دارد. در آهن میکروساختار عموما شامل فریت و پرلیت است. زمانی که واکنش شیمیایی رخ میدهد عموما باعث از بین رفتن فریت و شکل گیری خوردگی یا زنگ در مکان های پرلیت میشود. مکان های خورده شده فریت به عنوان مکان های آندی و پرلیت به عنوان مکان های کاتدی شناخته میشوند. خوردگی فلزات همیشه در آند و محصولات خوردگی همیشه در کاتد رخ میدهد.

واکنش شیمیایی خوردگی فولاد:

واکنش آندی: Fe (s) Fe2+(aq) +2e

واکنش کاتدی: O2(g)+2H2O(l)+4e 4OH(aq)

رسوب کاتدی: Fe2++(aq)+2OH-(aq) Fe(OH)2(s) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H20(l) 4Fe(OH)3(s)

رسوب به دست آمده از واکنش به وسیله اکسیژن و آب اکسایش یافته و تبدیل به رسوب Fe(OH)3 میشود. نهایتا این رسوب با از دست دادن آب به آهن 3 اکسید، آب پوشیده یا زنگ آهن تبدیل میشود. 4Fe(OH)3(s) 2 (Fe2O3.3H2O)(s)

نرخ خوردگی فولاد:

فولاد سریعا در محیط اسیدی و در محیط های قلیایی با افزایش میزان قلیایی بودن محیط، خوردگی اش کاهش می یابد و حتی به صفر می رسد. نرخ خوردگی فولاد در خاک با شرایط ایده آل به میزان 0.2 میکرون در سال و تا 20 میکرون در سال در شرایط وخیم دچار خوردگی میشود. پس به طور مثال، در محیط های تا حدودی خطرناک، آهن طی سه الی چهار روز بعد دچار زنگ زدگی میشود. در شرایط زیر آب، فولاد کربنی میتواند دچار خوردگی نیز شود. اما وقتی مقدار اکسیژن موجود حداقل شود، متعاقبا خوردگی نیز به کمترین مقدار خود میرسد. همان طور که میدانیم شکل مولکولی آب شامل اکسیژن و هیدروژن است و زنگ آهن (زنگ فولاد کربنی ساده) همان اکسید آهن است. به واکنش میان قرارگیری این دو در کنار هم اکسیداسیون فولاد گفته میشود. در نتیجه، فولاد در زیر آب اکسید شده و آب نیز به جزیی از اکسیژن تجزیه میشود. آبی که تغییر رنگ و مزه پیدا کرده است بیان کننده خورده شدن فولاد است. زنگ فولاد خود دارای رنگ قرمز مایل به قهوه ای و یا زردی است. لازم به ذکر است زنگ زدن تنها در آهن و آلیاژهای آن (فولاد) رخ میدهد. طبق تحقیقات انجام شده که بر روی خوردگي فولاد کربني 37St و فولاد زنگ نزن 316 درون حمام روي (Zn) انجام شده است، مشخص شد که فولاد کربني 37St مقاومت به خوردگي بهتري نسبت به فولاد زنگ نزن 316 از خود ارائه مي دهد. علاوه بر ترکيب شيميايي حمام، ترکيب شيميايي فولاد نيز مقاومت به خوردگي را تحت تاثير قرار میدهد. کربن بالاي موجود در فولاد 37St منجر به تشکيل لايه هاي ضخيمي بر روي سطح اين فولاد شده و خوردگي کاهش می یابد. از طرفی مطالعات ميکروسکوپي، تفاوت در رفتار خوردگي اين دو فولاد را نازک تر بودن ضخامت لايه بين فلزي تشکيل شده در حمام روي فولاد زنگ نزن 316، بیان میکند. همچنین، سرب موجود در حمام، پوشش فولاد 316 را تحت تاثير قرار میدهد. این سرب باعث دندريتي شدن ساختار پوشش و رشد دانه هاي سطحي پوشش و افزايش بيشتر نفوذ روي به داخل پوشش میشود. جمع بندی فولاد ساده کربنی مانند تمام فلزات دیگر تحت شرایطی محیطی خاص مستعد خوردگی است. خوردگی آهن و فولاد ساده کربنی که در معرض رطوبت و اکسیژن قرار میگیرد را زنگ زدگی میگویند که منحصرا مربوط به آهن و آلیاژهای آن است. خوردگی آهن را میتوان با روش های مختلف مانند رنگ آمیزی، حفظت کاتدی، آبکاری و دیگر روش‌ها کاهش داد و یا به طور کلی از فولاد ضد زنگ به عنوان جایگزین استفاده کرد. با این حال طبق تحقیقات انجام شده، کربن بالاي موجود در فولادSt37 منجر به تشکيل لايه هاي ضخيمي بر روي سطح اين فولاد شده و خوردگي در روی مذاب نسبت به فولاد زنگ نزن 316 کاهش می یابد. پس شرایط محیطی جز موثرترین عوامل خوردگی فلز است.

 

شکل1- شماتیکی از فرایند ایجاد خوردگی و زنگ زدگی در آهن و فولاد ساده کربنی

   

میلگرد ساده A1  س 240  
میلگرد آجدار مارپیچ A2 آج 340 A615G40
  آج 350  

 

 

 

مقالات مرتبط

سوالات متداول

نظرات

name
email
جستجو
search
پشتیبانی

شما میتوانید از طریق واتس اپ و یا تماس تلفنی بصورت رایگان از کارشناسان ما مشاوره بگیرید