Az acél az egyik legszélesebb körben használt mérnöki anyag az építőiparban, gyártás, szállítás, és infrastruktúra. Népszerűsége az erő kombinációjából fakad, sokoldalúság, és költséghatékonyság, amihez kevés anyag tud hozzáállni.
A szerkezeti vázaktól és hidaktól a gépekig és a csővezetékekig, az acél továbbra is a modern ipar gerinceként szolgál.
De az acél nem mentes a korróziótól. Valójában, A korrózió az egyik legfontosabb tényező, amely meghatározza, hogy egy acélelem mennyi ideig maradhat biztonságos, funkcionális, és gazdaságos a szervizben.
A korrózió világos megértése elengedhetetlen a mérnökök számára, gyártók, vállalkozók, és vagyonkezelők egyaránt.
Minél jobban megérti, hogyan korrodálódik az acél, annál jobban tudja kiválasztani a megfelelő fokozatot, a megfelelő védelmi rendszer, és a megfelelő karbantartási stratégia.
Íme hét kulcsfontosságú pont, amelyet minden acélfelhasználónak tudnia kell.
1. Az acél természetesen nem ellenáll a korróziónak
Egyszerű szénacél nem korrózióálló anyag. Fő alkotóeleme a vas, és a vas könnyen reagál oxigénnel és nedvességgel.
Ha ki van téve a légkörnek, az acél oxidálódni kezd és rozsdát képez, amely főleg hidratált vas-oxidokból és -hidroxidokokból áll, beleértve a hidratált vas-oxidot (Fe2O3⋅nH2O), vas-oxihidroxid (Haderő műszaki főtiszt(Ó)) és vas-hidroxid (FE(Ó)3).
Ellentétben az egyes fémeken képződő stabil oxidfilmekkel, a rozsda porózus, gyenge, és nem védő.
Nem zárja le a felületet. Helyette, lehetővé teszi, hogy az oxigén és a víz folyamatosan elérje az alatta lévő fémet.
Ennek eredményeként, a korrózió tovább terjed, több friss acélt tesz ki, és idővel felgyorsítja az anyagveszteséget.
Emiatt nem feltételezhető, hogy a védetlen acél kültéri vagy nedves környezetben tartós marad.
Megfelelő bevonat vagy korrózióvédelmi stratégia nélkül, korrózió nem lehetséges; ez a természetes eredmény.
2. Az ötvözés nagymértékben javíthatja a korrózióállóságot
Miért sérülékeny a sima acél?
Az alapacél főleg vas, a vas pedig kémiailag aktív oxigén és nedvesség jelenlétében. Ez azt jelenti, hogy az ötvözetlen vagy enyhén ötvözött acél nem rendelkezik beépített korrózióvédelemmel.
Miután a felületi film lebomlik, a korrózió folyamatosan fejlődhet, mert a közönséges acélon kialakult rozsdaréteg laza, porózus, és nem tudja elszigetelni a szubsztrátumot a környezettől.
Ez az alapvető oka annak, hogy az ötvözetek tervezése olyan sokat számít az acélgyártásban. A korrózióállóság nem csak felületi probléma; a fém belső kémiájával kezdődik.
Hogyan változtatja meg az ötvözés az acél viselkedését
Kiválasztott ötvözőelemek hozzáadásával, az acél korrózióra hajlamos anyagból korrózióállóvá alakítható.
A kulcsgondolat az, hogy bizonyos elemek elősegítik a stabilabb felületi film kialakulását, javítja az acél ellenállását az agresszív közeggel szemben, vagy lelassítja a fémveszteséget okozó elektrokémiai reakciókat.
Az ötvözés nem minden környezetben szünteti meg a korróziót, de képes áthelyezni az acélt egy erősen védendő anyagról olyanra, amely jóval kevesebb karbantartás mellett képes túlélni a hosszú élettartamot.
Króm: az alap rozsdamentes acélból
A króm a legfontosabb ötvözőelem, amikor a korrózióállóság a cél.
Ha elegendő króm van jelen az acélban, oxigénnel reagálva nagyon vékony, sűrű, és stabil oxidfilm a felületén.
Ez a passzív film a fő ok rozsdamentes acél olyan hatékonyan ellenáll a rozsdának.
A film nem csak akadály. Ez is önjavító. Ha a felület karcos vagy sérült, A króm gyorsan újra reagálhat az oxigénnel, és újjáépíti a védőréteget.
Ez az öngyógyító viselkedés az, ami miatt a rozsdamentes acél alapvetően különbözik a használatban lévő szénacéltól.
Nikkel: stabilitás és szívósság javítása
A rozsdamentes acélhoz gyakran adnak nikkelt az ausztenites szerkezet stabilizálása és az általános szívósság javítása érdekében, hajlékonyság, és korróziós viselkedés.
Számos rozsdamentes minőségben, A nikkel segít, hogy az anyag stabil maradjon számos környezetben, és javítja a teljesítményt az alakítás során, hegesztés, és alacsony hőmérsékletű szolgáltatás.
A nikkel nem helyettesíti a króm szerepét. Helyette, erősíti az általános korrózióálló rendszert azáltal, hogy segít az acélnak kedvezőbb mikroszerkezetet fenntartani.
Molibdén: a kloridokkal szembeni ellenállás erősítése
A molibdén különösen értékes kloridtartalmú környezetben, például tengeri légkörben, tengervíz expozíció, vegyi feldolgozás, és sóban gazdag ipari környezetben.
Segít a rozsdamentes acélnak ellenállni a lyukkorróziónak és a réskorróziónak, amelyek a korrózió legveszélyesebb formái közé tartoznak, mivel lokálisan kialakulhatnak, és kevés látható figyelmeztetéssel mélyen behatolhatnak.
Ezért gyakran választanak molibdéntartalmú minőséget, amikor a hagyományos rozsdamentes acél nem elegendő. Gyakorlatban, ez az elem gyakran különbséget tesz az elfogadható és a megbízhatatlan szolgáltatás között agresszív környezetben.
Egyéb hasznos ötvözőelemek
Más ötvözőelemek is hozzájárulnak a korrózióállósághoz és a szervizteljesítményhez:
Mangán támogathatja az ötvözet egyensúlyát, és egyes minőségekben segíthet a nikkel helyettesítésében.
Nitrogén javíthatja a szilárdságot és fokozhatja a helyi korrózióállóságot bizonyos rozsdamentes acéloknál.
Szilícium javíthatja az oxidációval szembeni ellenállást magas hőmérsékletű alkalmazásokban.
Réz javíthatja az ellenállást bizonyos enyhén korrozív közegekben, és bizonyos speciális minőségekben használják.
Minden elem más szerepet játszik, de a tágabb elképzelés ugyanaz: a korrózióállóság megtervezett, nem véletlenül.
Az ötvözés javul, de nem teszi legyőzhetetlenné az acélt
Még az erősen ötvözött rozsdamentes acélnak is vannak határai. Erős savak, magas kloridkoncentráció, résviszonyok, rossz felületkezelés, és a hő által érintett hegesztési zónák mind-mind veszélyeztethetik a teljesítményt.
Az ötvözés javítja az ellenállást, néha drámaian, de a környezet továbbra is irányítja a végeredményt.
Éppen ezért az anyagválasztásnak mindig meg kell felelnie a szolgáltatás állapotának.
A beltéren jól teljesítő fokozat nem biztos, hogy elegendő tengervízben, és a tengervízben működő minőség erősen savas vagy rosszul karbantartott rendszerben is meghibásodhat.
3. A kloridban gazdag környezet különösen agresszív
Az egyik legkárosabb környezet az acél számára a kloridnak való kitettség.
Só spray, tengervíz, jégmentesítő sók, és bizonyos ipari technológiai folyadékok mind megtámadhatják a védő oxidfilmeket, és helyi korróziót válthatnak ki.
A kloridionok különösen veszélyesek, mert megzavarják a passzivációt, és elősegíthetik a lyukkorróziót és a réskorróziót.
Ahelyett, hogy sima, egyenletes fémveszteség, a kloridok gyakran kis mennyiséget hoznak létre, mély korróziós helyek, amelyek sokkal nehezebben észlelhetők és veszélyesebbek a szerkezeti integritásra nézve.
Ez az oka annak, hogy a közönséges rozsdamentes acélok nehézségekbe ütközhetnek a tengeri vagy part menti szolgáltatások során, míg a molibdéntartalmú minőségek, mint pl 316 gyakran a jobb kloridállóság érdekében választják ki.
Nagyon súlyos körülmények között, még a rozsdamentes acélt is a megfelelő bevonattal kell párosítani, tervezési részlet, és karbantartási terv.
4. A hegesztett területek gyakran a legsebezhetőbbek
A hegesztett kötés ritkán azonos a körülötte lévő nemesfémmel. A hegesztéssel megváltozott mikroszerkezetű hőhatás zónát hoz létre, maradék stressz, és néha csökkent a korrózióállóság.
Rozsdamentes acélból, az egyik klasszikus probléma az érzékenyítés, ahol a króm-karbidok a szemcsehatárok közelében képződhetnek és csökkenthetik a passziválható króm mennyiségét.
Ez érzékenyebbé teheti a hegesztett tartományt a szemcseközi korrózióra vagy a feszültségkorróziós repedésekre, különösen, ha túl nagy a hőbevitel vagy nem megfelelő töltőanyagot használnak.
Még akkor is, ha maga a hegesztés erős, a helyi korróziós viselkedés a vártnál gyengébb lehet.
Ezért a rozsdamentes acél hegesztése nem csak egy illesztési művelet. Ez egy ellenőrzött kohászati folyamat, amelynél figyelembe kell venni a töltőanyag kiválasztását, hőbevitel, hegesztés utáni tisztítás, és, ahol szükséges, hegesztés utáni kezelés.
5. A közönséges vasból származó szennyeződés károsíthatja a rozsdamentes acélt
A rozsdamentes acélnak tisztának kell maradnia, hogy rendeltetésszerűen működjön. Érintkezés hagyományos szénacél szerszámokkal, vasrészecskék, vagy a szennyezett munkafelületek szabad vasat juttathatnak a rozsdamentes felületre.
Ez a szennyeződés megzavarhatja a passzív filmréteget, és helyi rozsdafoltokat vagy korróziós területeket hozhat létre.
Ez nem azonos a két különböző fém közötti galvanikus korrózióval; ez szennyeződési probléma.
Még a piszkos szerszámmal vagy acél csiszolóporral való rövid érintkezés is részecskéket hagyhat a felületben.
Ha azok a részecskék oxidálódnak, a rozsdamentes acélt úgy látják, mintha korrodáló lenne, noha a probléma a szennyeződéssel kezdődött.
Ezért, a rozsdamentes gyártás szigorú bolti fegyelmet igényel. Dedikált eszközök, tisztítsa meg a munkaterületeket, és a megfelelő felülettisztítás nem kötelező; a korrózióvédelem részét képezik.
6. Az egyenletes korrózió általában kevésbé veszélyes, mint a helyi támadás
Nem minden korrózió viselkedik egyformán. Az egyenletes korrózió többé-kevésbé egyenletesen távolítja el az anyagot a felületen, ami gyakran vizuálisan kellemetlen, de viszonylag kiszámítható.
Mert a kár szétterjedt, könnyebben ellenőrizhető, intézkedés, és kezelni.
Ezzel szemben, a lokális korrózió, például a lyuk- vagy réskorrózió, sokkal súlyosabb lehet.
A felületen csekélynek tűnhet, miközben mélyen behatol a felület alá.
Szerkezeti vagy nyomást tartalmazó alkalmazásokban, az a fajta rejtett sérülés hirtelen meghibásodáshoz vezethet.
Ez azt jelenti, hogy a megjelenés önmagában nem elegendő a kockázat megítéléséhez.
A rozsdás felületnek még maradhat ideje, ha a korrózió egyenletes és ellenőrzött, míg a letisztult megjelenésű rozsdamentes alkatrész továbbra is rejtett lokalizált támadást tartalmazhat, ha a környezet súlyos és a minőség rosszul van megválasztva.
7. Az acél több korróziógátló rendszerrel védhető
A korrózióvédelem egy rendszer, egyetlen terméket sem
Az acélkorróziót nem egy univerzális megoldás kezeli.
Gyakorlatban, a korrózióállóságot kombinálással érik el anyagválasztás, felületvédelem, tervezési részletezés, környezeti elszigeteltség, és karbantartási stratégia.
Ez az oka annak, hogy az acél továbbra is olyan széles körben használt mérnöki anyag: annak ellenére, hogy könnyen korrodálhat, sokféleképpen hatékonyan védhető is.
A legfontosabb gondolat az, hogy a korrózióvédelmet a szolgáltatási környezethez kell igazítani.
Egy eltemetett csővezeték, egy tengeri platform, beltéri gépváz, és egy élelmiszer-feldolgozó tartálynak mind más stratégiákra van szüksége. Ami az egyik alkalmazásnál működik, az lehet, hogy nem hatékony, vagy akár alkalmatlan egy másik alkalmazáshoz.
Bevonatrendszerek: az első és leggyakoribb védekezés
A bevonatrendszerek a szénacél védelmének legelterjedtebb módja. Céljuk az acélfelület elválasztása az oxigéntől, nedvesség, só, és vegyszerek.
A tipikus bevonási módok közé tartozik:
| Védelmi módszer | Fő elv | Tipikus előny | Tipikus korlátozás |
| Festékrendszerek | Hozzon létre akadályt az acél és a környezet között | Rugalmas, gazdaságos, széles körben használt | Ütés hatására megsérülhet, kopás, vagy rossz felület-előkészítés |
| Porbevonat | Hőre keményedő polimer gát | Tartós és vizuálisan tiszta | Ellenőrzött alkalmazást igényel, és kevésbé alkalmas nagyon nagy szerkezetekhez |
| Galvanizálás | A cink akadályt és védelmet nyújt | Erős kültéri korróziós teljesítmény | A felület megjelenése ipari jellegű; javítás és javítás gondozást igényel |
| Fémszórás / hőtermelő | Fémes védőréteget képez | Nagy igénybevételre alkalmas | Speciálisabb és berendezésigényesebb |
| Foszfát / konverziós bevonatok | Javítja a felület állapotát és a festék tapadását | Előkezelésként hasznos | Általában nem önálló korróziós megoldás |
Áldozatos védelem: aktívabb fém használata az acél védelmére
Az egyik legerősebb korrózióvédelmi módszer az acél esetében áldozati védelem.
Ebben a megközelítésben, egy reaktívabb fém kerül érintkezésbe az acéllal, így a védőfém korrodálódik először.
A legismertebb példa az cink. A cink aktívabb, mint a vas, tehát ha mindkettő korrozív környezetben van kitéve, a cink elsősorban korrodál, és védi az acél felületet.
Ez az elv a horganyzás és számos cink alapú védelmi rendszer mögött.
Az áldozatos védelem különösen értékes kültéri környezetben, mert akkor is működik, ha a bevonat megkarcolódik vagy megsérül.. Ez robusztusabbá teszi, mint egy tisztán dekoratív záróbevonat, sok terepi körülmény között.
Katódos védelem: nélkülözhetetlen az eltemetett és víz alá süllyesztett acélokhoz
Föld alatti csővezetékekhez, tartályok, tengeri építmények, és víz alá süllyesztett alkatrészek, katódos védelem gyakran használják.
Ez a módszer az acél elektrokémiai viselkedését úgy tolja el, hogy maga az acél válik védett katódjává a korróziós áramkörben.
Két fő formája van:
Feláldozó anód katódos védelem
Egy aktívabb fém, például a cink, magnézium, vagy alumíniumot rögzítenek az acélszerkezetre. Az acél helyett az anód korrodálódik.
Lenyűgöző áram katódos védelem
Külső áramforrás vezet védőáramot a szerkezetbe, katódossá teszi és elnyomja a korróziót.
A katódos védelem különösen hatékony nagyméretű szerkezeteknél, ahol a bevonat önmagában nem elegendő.
Sok rendszerben, bevonatokkal együtt használják, mert a bevonat csökkenti az áramigényt, a katódos rendszer pedig védi a kitett területeket.
Ötvözés: ellenállást épít a fémbe
Egy másik korrózióvédelmi módszer egy olyan ötvözet használata, amely eredendően ellenállóbb, mint a sima szénacél.
A rozsdamentes acél a klasszikus példa, de az időjárásálló acélok és más gyengén ötvözött minőségek azt is megmutatják, hogy az összetétel hogyan változtathatja meg a korróziós viselkedést.
Az ötvözés erős, mert nem csak a felületet védi; magát az anyagot változtatja meg. Rozsdamentes acélból, A króm passzív filmréteget hoz létre, amely ellenáll a rozsdának.
Más acélcsaládokban, kiválasztott adalékok javíthatják az oxidációval szembeni ellenállást, erő megtartása, vagy viselkedés meghatározott környezetben.
Ez különösen hasznossá teszi az ötvözést, ha az ismételt karbantartás nehézkes, vagy ha az alkatrésznek hosszú ideig kell szolgálnia igényes környezetben.
8. Következtetés
Az acél a valaha kifejlesztett egyik legjobban alkalmazkodó anyag, de a korrózió továbbra is a központi korlát számos környezetben. Az egyszerű szénacél könnyen rozsdásodik, ha nincs védve.
A rozsdamentes acél öngyógyuló passzív filmréteget képezve ellenáll a korróziónak, de kloriddús körülmények között is meghibásodhat, hegesztett kötéseknél, vagy ha közönséges vassal szennyezett.
A legfontosabb tanulság az, hogy a korrózió nem egyetlen probléma egyetlen megoldással. Ez egy anyag-környezet kölcsönhatás.
A jó korróziós teljesítmény a helyes ötvözetválasztásból adódik, hanggyártási gyakorlat, megfelelő felületkezelés, és a szolgáltatási környezet megfelelő védelmi rendszere.
Mérnököknek és gyártóknak, Ennek a hét pontnak a megértése a különbség a ma már működő acél és az évekig megbízhatóan működő acél között.
GYIK
Minden acél rozsdásodik?
Igen, megfelelő körülmények között minden acél korrodálódhat. A korrózió sebessége és típusa az ötvözettől és a környezettől függ.
Rozsdamentes acél rozsdaálló?
Nem. A rozsdamentes acél korrózióálló, nem korrózióálló.
Miért rozsdásodik a rozsdamentes acél hegesztés után??
Mivel a hegesztés megváltoztathatja a mikroszerkezetet, csökkenti a króm elérhetőségét a hőhatásövezetben, és maradék feszültséget bevezetni.
Miért károsítja a kloridos környezet a rozsdamentes acélt??
A kloridionok lebonthatják a védő oxidfilmet, és elősegíthetik a helyi korróziót, például a lyukasztást és a repedéseket.
Mi a legegyszerűbb módja a szénacél védelmének?
Használjon bevonatokat, horganyzás, vagy más, a környezethez illő korrózióvédelmi rendszert.
