Plienas yra viena iš plačiausiai statyboje naudojamų inžinerinių medžiagų, Gamyba, transportavimas, ir infrastruktūra. Jo populiarumą lemia jėgos derinys, universalumas, ir ekonomiškumas, kuriam gali prilygti tik nedaugelis medžiagų.
Nuo konstrukcinių karkasų ir tiltų iki mašinų ir vamzdynų, plienas ir toliau tarnauja kaip šiuolaikinės pramonės pagrindas.
Tačiau plienas nėra apsaugotas nuo korozijos. Tiesą sakant, korozija yra vienas iš svarbiausių veiksnių, nulemiančių, kiek laiko plieninė dalis gali išlikti saugi, Funkcinis, ir ekonomiškas eksploatacijoje.
Aiškus supratimas apie koroziją yra būtinas inžinieriams, gamintojus, rangovai, ir turto valdytojai.
Kuo geriau suprasite, kaip plienas rūdija, tuo geriau galėsite pasirinkti tinkamą pažymį, tinkama apsaugos sistema, ir teisinga priežiūros strategija.
Štai septyni pagrindiniai dalykai, kuriuos turėtų žinoti kiekvienas plieno naudotojas.
1. Plienas natūraliai neatsparus korozijai
Paprastas Anglies plienas nėra korozijai atspari medžiaga. Jo pagrindinis komponentas yra geležis, o geležis lengvai reaguoja su deguonimi ir drėgme.
Veikiant atmosferai, plienas pradeda oksiduotis ir formuojasi rūdys, kuri daugiausia sudaryta iš hidratuotų geležies oksidų ir hidroksidų, įskaitant hidratuotą geležies oksidą (Fe2O3⋅nH2O), geležies oksihidroksidas (FeO(Oi)) ir geležies hidroksidas (Fe(Oi)3).
Skirtingai nuo stabilių oksidų plėvelių, susidarančių ant kai kurių metalų, rūdys yra porėtos, silpnas, ir neapsauginis.
Jis neužsandarina paviršiaus. Vietoj, tai leidžia deguoniui ir vandeniui ir toliau pasiekti pagrindinį metalą.
Dėl to, korozija toliau plinta, atskleidžiant daugiau šviežio plieno ir pagreitinant medžiagų praradimą laikui bėgant.
Štai kodėl negalima manyti, kad neapsaugotas plienas išliks patvarus lauke arba drėgnoje aplinkoje.
Be tinkamos dangos ar korozijos kontrolės strategijos, korozija nėra galimybė; tai natūralus rezultatas.
2. Legiravimas gali labai pagerinti atsparumą korozijai
Kodėl paprastas plienas yra pažeidžiamas
Pagrindinis plienas daugiausia yra geležis, o geležis yra chemiškai aktyvi esant deguoniui ir drėgmei. Tai reiškia, kad nelegiruotasis arba mažai legiruotas plienas neturi įmontuotos apsaugos nuo korozijos.
Kai tik paviršiaus plėvelė suyra, korozija gali progresuoti, nes ant paprasto plieno susidaręs rūdžių sluoksnis yra laisvas, akytas, ir negali izoliuoti substrato nuo aplinkos.
Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl lydinio dizainas yra labai svarbus plieno inžinerijoje. Atsparumas korozijai yra ne tik paviršiaus problema; jis prasideda nuo vidinės metalo chemijos.
Kaip legiravimas keičia plieno elgseną
Pridedant pasirinktus legiravimo elementus, plieną iš korozijai jautrios medžiagos galima paversti atsparia korozijai.
Pagrindinė idėja yra ta, kad tam tikri elementai skatina stabilesnės paviršiaus plėvelės susidarymą, pagerinti plieno atsparumą agresyvioms terpėms, arba sulėtinti elektrochemines reakcijas, kurios lemia metalo praradimą.
Legiravimas nepašalina korozijos kiekvienoje aplinkoje, tačiau jis gali pakeisti plieną iš medžiagos, kuri turi būti stipriai apsaugota, į tokią, kuri gali išgyventi ilgą laiką su daug mažiau priežiūros.
Chromas: nerūdijančio plieno pamatas
Chromas yra svarbiausias legiravimo elementas, kai siekiama atsparumo korozijai.
Kai pliene yra pakankamai chromo, jis reaguoja su deguonimi ir susidaro labai plonas, tankus, ir stabili oksido plėvelė ant paviršiaus.
Šis pasyvus filmas yra pagrindinė priežastis Nerūdijantis plienas taip efektyviai atsilaiko rūdims.
Filmas nėra tik kliūtis. Tai taip pat savaime taisosi. Jei paviršius subraižytas ar pažeistas, chromas gali vėl greitai reaguoti su deguonimi ir atstatyti apsauginį sluoksnį.
Dėl šio savaiminio gijimo elgesio nerūdijantis plienas iš esmės skiriasi nuo naudojamo anglinio plieno.
Nikelis: pagerinti stabilumą ir tvirtumą
Nikelis dažnai dedamas į nerūdijantį plieną, kad stabilizuotų austenitinę struktūrą ir pagerintų bendrą kietumą, ausmingumas, ir korozijos elgesį.
Daugelyje nerūdijančio plieno rūšių, nikelis padeda medžiagai išlikti stabiliai įvairiose aplinkose ir pagerina našumą formuojant, suvirinimas, ir žemos temperatūros aptarnavimas.
Nikelis nepakeičia chromo vaidmens. Vietoj, jis sustiprina bendrą korozijai atsparią sistemą, padėdamas plienui išlaikyti palankesnę mikrostruktūrą.
Molibdenas: stiprinti atsparumą chloridams
Molibdenas ypač vertingas aplinkoje, kurioje yra chlorido, pavyzdžiui, jūros atmosferoje, jūros vandens poveikis, Cheminis apdorojimas, ir daug druskos turinčios pramoninės aplinkos.
Tai padeda nerūdijančiam plienui atsispirti įdubimams ir plyšių korozijai, kurios yra viena iš pavojingiausių korozijos formų, nes gali išsivystyti lokaliai ir prasiskverbti giliai be matomo įspėjimo.
Štai kodėl molibdeno turinčios markės dažnai pasirenkamos, kai paprasto nerūdijančio plieno neužtenka. Praktiškai, šis elementas dažnai daro skirtumą tarp priimtinos ir nepatikimos paslaugos agresyvioje aplinkoje.
Kiti naudingi legiravimo elementai
Kiti legiravimo elementai taip pat prisideda prie atsparumo korozijai ir eksploatacinių savybių:
Manganas gali palaikyti lydinio balansą ir padėti pakeisti kai kurių rūšių nikelį.
Azotas gali pagerinti tam tikrų nerūdijančio plieno stiprumą ir vietinį atsparumą korozijai.
Silicis gali pagerinti atsparumą oksidacijai, kai naudojama aukštesnėje temperatūroje.
Vario gali pagerinti atsparumą tam tikroms silpnai korozinėms terpėms ir yra naudojamas kai kuriose specialiose klasėse.
Kiekvienas elementas atlieka skirtingą vaidmenį, bet platesnė idėja ta pati: atsparumas korozijai yra sukurtas, neatsitiktinai.
Legiravimas pagerėja, bet nepadaro plieno nenugalimu
Net labai legiruotas nerūdijantis plienas turi ribas. Stiprios rūgštys, didelė chlorido koncentracija, plyšio sąlygos, prasta paviršiaus apdaila, ir karščio paveiktos suvirinimo zonos gali pakenkti našumui.
Legiravimas pagerina atsparumą, kartais dramatiškai, bet aplinka vis tiek valdo galutinį rezultatą.
Štai kodėl medžiagų pasirinkimas visada turi atitikti aptarnavimo sąlygas.
Geros kokybės patalpose gali nepakakti jūros vandenyje, o laipsnis, kuris veikia jūros vandenyje, vis tiek gali sugesti stipriai rūgštinėje arba prastai prižiūrimoje sistemoje.
3. Chloridų turtinga aplinka yra ypač agresyvi
Viena iš žalingiausių aplinkų plienui yra chlorido poveikis.
Druskos purškalas, Jūros vanduo, ledą šalinančios druskos, ir tam tikri pramoninių procesų skysčiai gali pažeisti apsaugines oksido plėveles ir sukelti vietinę koroziją.
Chlorido jonai yra ypač pavojingi, nes jie trukdo pasyvuoti ir gali skatinti duobių ir plyšių koroziją.
Užuot padarę sklandų, vienodas metalo praradimas, chloridai dažnai sukuria mažus, gilios korozijos vietos, kurias daug sunkiau aptikti ir kurios yra pavojingesnės konstrukcijos vientisumui.
Štai kodėl įprastas nerūdijantis plienas gali sunkiai dirbti jūroje ar pakrantėje, o molibdeno turinčios markės, pvz 316 dažnai pasirenkami siekiant geresnio atsparumo chloridui.
Labai sunkiomis sąlygomis, net nerūdijantis plienas turi būti suporuotas su tinkama danga, dizaino detalė, ir priežiūros planą.
4. Suvirintos vietos dažnai yra labiausiai pažeidžiamos
Suvirintoji jungtis retai būna tokia pati kaip aplink jį esantis netaurysis metalas. Suvirinant susidaro karščio veikiama zona su pakitusia mikrostruktūra, liekamasis stresas, o kartais sumažintas atsparumas korozijai.
Iš nerūdijančio plieno, viena klasikinė problema yra jautrinimas, kur chromo karbidai gali susidaryti šalia grūdelių ribų ir sumažinti pasyvinti skirto chromo kiekį.
Tai gali padaryti suvirintą sritį jautresnę tarpkristalinei korozijai arba įtempių korozijos įtrūkimams, ypač jei šilumos tiekimas per didelis arba naudojama netinkama užpildo medžiaga.
Net tada, kai pati suvirinimo siūlė yra stipri, vietinės korozijos savybės gali būti silpnesnės nei tikėtasi.
Štai kodėl nerūdijančio plieno suvirinimas nėra tik sujungimo operacija. Tai kontroliuojamas metalurginis procesas, kuriame reikia atsižvelgti į užpildo pasirinkimą, Šilumos įvestis, valymas po suvirinimo, ir, kur reikia, apdorojimas po suvirinimo.
5. Užteršimas nuo paprastos geležies gali sugadinti nerūdijantį plieną
Nerūdijantis plienas turi likti švarus, kad jis veiktų taip, kaip numatyta. Kontaktas su įprastais anglinio plieno įrankiais, Geležies dalelės, arba ant užterštų darbinių paviršių ant nerūdijančio plieno gali patekti laisvos geležies.
Toks užterštumas gali sutrikdyti pasyviąją plėvelę ir sukurti vietines rūdžių dėmes arba korozijai jautrias vietas..
Tai nėra tas pats, kas galvaninė korozija tarp dviejų skirtingų metalų; tai užteršimo problema.
Net trumpam kontaktuojant su nešvariais įrankiais ar plieno šlifavimo dulkėmis, paviršiuje gali likti dalelių.
Jeigu tos dalelės oksiduojasi, dėl jų nerūdijantis plienas atrodo tarsi rūdijantis, nors problema prasidėjo nuo užteršimo.
Dėl tos priežasties, nerūdijančio plieno gamyba reikalauja griežtos parduotuvės drausmės. Specialūs įrankiai, švarios darbo vietos, ir tinkamas paviršiaus valymas nėra neprivalomas; jie yra korozijos kontrolės dalis.
6. Vienoda korozija paprastai yra mažiau pavojinga nei vietinis išpuolis
Ne visos korozijos elgiasi vienodai. Dėl vienodos korozijos medžiaga pašalinama daugiau ar mažiau tolygiai per visą paviršių, kuris dažnai yra vizualiai nemalonus, bet palyginti nuspėjamas.
Kadangi žala išplinta, lengviau apžiūrėti, matuoti, ir valdyti.
Priešingai, lokalizuota korozija, tokia kaip duobė ar plyšinė korozija, gali būti daug rimtesnė.
Jis gali pasirodyti nedidelis ant paviršiaus, o giliai prasiskverbti po paviršiumi.
Struktūriniuose arba slėginiuose įrenginiuose, tokia paslėpta žala gali sukelti staigų gedimą.
Tai reiškia, kad norint įvertinti riziką, vien išvaizdos nepakanka.
Surūdijusiam paviršiui dar gali likti laiko, jei korozija yra vienoda ir stebima, o švariai atrodantis nerūdijančio plieno komponentas vis tiek gali turėti paslėptą lokalizuotą ataką, jei aplinka yra sunki ir blogai parinkta klasė.
7. Plieną galima apsaugoti keliomis korozijos kontrolės sistemomis
Korozijos kontrolė yra sistema, ne vienas produktas
Plieno korozija nėra valdoma vienu universaliu sprendimu.
Praktiškai, atsparumas korozijai pasiekiamas derinant Medžiagos pasirinkimas, paviršiaus apsauga, dizaino detalizavimas, aplinkos izoliacija, ir priežiūros strategija.
Štai kodėl plienas išlieka tokia plačiai naudojama inžinerine medžiaga: nors jis gali lengvai rūdyti, ji taip pat gali būti veiksmingai apsaugota įvairiais būdais.
Svarbiausia idėja yra ta, kad apsauga nuo korozijos turi būti suderinta su aptarnavimo aplinka.
Užkastas vamzdynas, jūrų platforma, vidaus mašinos rėmas, ir maisto perdirbimo bakui reikia skirtingų strategijų. Tai, kas tinka vienai programai, gali būti neveiksminga arba net netinkama kitai programai.
Dengimo sistemos: pirmoji ir labiausiai paplitusi gynyba
Dangų sistemos yra labiausiai paplitęs būdas apsaugoti anglinį plieną. Jų paskirtis – atskirti plieno paviršių nuo deguonies, drėgmės, druskos, ir chemikalai.
Įprasti dengimo būdai apima:
| Apsaugos metodas | Pagrindinis principas | Tipiškas pranašumas | Tipiškas apribojimas |
| Dažų sistemos | Sukurkite barjerą tarp plieno ir aplinkos | Lankstus, Ekonominis, plačiai naudojamas | Gali būti pažeistas smūgio metu, dilimas, arba prastas paviršiaus paruošimas |
| Miltelių danga | Termiškai sukietėjęs polimerinis barjeras | Patvarus ir vizualiai švarus | Reikalingas kontroliuojamas naudojimas ir mažiau tinka labai didelėms konstrukcijoms |
| Galvanizavimas | Cinkas suteikia barjerą ir aukų apsaugą | Stiprios lauko korozijos savybės | Paviršiaus išvaizda yra pramoninė; remontui ir pataisymui reikia priežiūros |
| Metalo purškimas / terminis purškalas | Uždeda apsauginį metalinį sluoksnį | Tinka sunkiam aptarnavimui | Labiau specializuota ir reikalaujanti daug įrangos |
| Fosfatas / konversijos dangos | Pagerinti paviršiaus būklę ir dažų sukibimą | Naudinga kaip pirminis gydymas | Paprastai tai nėra savarankiškas korozijos sprendimas |
Aukojama apsauga: plienui apsaugoti naudojant aktyvesnį metalą
Vienas iš galingiausių plieno korozijos kontrolės metodų yra pasiaukojama apsauga.
Šiuo požiūriu, reaktyvesnis metalas dedamas į sąlytį su plienu, kad apsauginis metalas pradėtų rūdyti pirmiausia.
Žinomiausias pavyzdys yra cinkas. Cinkas yra aktyvesnis nei geležis, taigi, kai abu yra veikiami korozinėje aplinkoje, cinkas linkęs rūdyti ir apsaugoti plieninį pagrindą.
Tai yra cinkavimo ir daugelio cinko pagrindu pagamintų apsaugos sistemų principas.
Aukojama apsauga yra ypač vertinga lauko aplinkoje, nes ji ir toliau veikia, net jei danga yra subraižyta ar pažeista. Dėl to ji yra tvirtesnė nei vien dekoratyvinė barjerinė danga daugeliu lauko sąlygų.
Katodinė apsauga: būtinas užkastam ir panardintam plienui
Požeminiams vamzdynams, cisternos, jūrinės struktūros, ir panardintus komponentus, katodinė apsauga dažnai naudojamas.
Šis metodas pakeičia plieno elektrocheminį elgesį taip, kad pats plienas taptų apsaugotu katodu korozijos grandinėje..
Yra dvi pagrindinės formos:
Aukos anodo katodinė apsauga
Aktyvesnis metalas, pavyzdžiui, cinkas, magnis, arba prie plieninės konstrukcijos tvirtinamas aliuminis. Anodas rūdija vietoj plieno.
Sužavėta srovės katodinė apsauga
Išorinis maitinimo šaltinis į konstrukciją nukreipia apsauginę srovę, daro jį katodiniu ir slopina koroziją.
Katodinė apsauga ypač efektyvi didelėms konstrukcijoms, kur vien padengimo neužtenka.
Daugelyje sistemų, jis naudojamas kartu su dangomis, nes danga sumažina srovės poreikį, o katodinė sistema apsaugo visas atviras vietas.
Legiravimas: pastato atsparumą pačiame metale
Kitas korozijos kontrolės būdas – naudoti lydinį, kuris iš prigimties yra atsparesnis nei paprastas anglinis plienas.
Nerūdijantis plienas yra klasikinis pavyzdys, bet atmosferos poveikiui atsparus plienas ir kitos mažai legiruotos rūšys taip pat rodo, kaip sudėtis gali pakeisti korozijos elgesį.
Legiravimas yra galingas, nes jis ne tik apsaugo paviršių; tai keičia pačią medžiagą. Iš nerūdijančio plieno, chromas sukuria pasyvią plėvelę, kuri atspari rūdims.
Kitose plieno šeimose, atrinkti priedai gali pagerinti atsparumą oksidacijai, jėgos išlaikymas, arba elgesys konkrečioje aplinkoje.
Dėl to legiravimas yra ypač naudingas, kai sudėtinga pakartotinė priežiūra arba kai dalis ilgą laiką turi tarnauti sudėtingoje aplinkoje..
8. Išvada
Plienas yra viena iš labiausiai pritaikomų kada nors sukurtų medžiagų, tačiau korozija išlieka pagrindiniu jos apribojimu daugelyje aplinkų. Paprastas anglinis plienas lengvai rūdija, nebent jis būtų apsaugotas.
Nerūdijantis plienas atsparus korozijai, sudarydamas savaime gyjančią pasyvią plėvelę, tačiau jis vis tiek gali sugesti sąlygomis, kuriose gausu chlorido, prie suvirintų jungčių, arba kai užterštos įprasta geležimi.
Svarbiausia pamoka yra ta, kad korozija nėra vienintelė problema su vienu sprendimu. Tai medžiagų ir aplinkos sąveika.
Geras atsparumas korozijai atsiranda pasirinkus tinkamą lydinį, garso gamybos praktika, tinkamas paviršiaus apdorojimas, ir tinkama paslaugų aplinkos apsaugos sistema.
Inžinieriams ir gamintojams, šių septynių punktų supratimas yra skirtumas tarp to, ar renkatės plieną, kuris veikia tik šiandien, nuo to, kad renkatės plieną, kuris patikimai tarnauja daugelį metų.
DUK
Ar visas plienas rūdija?
Taip, visas plienas tinkamomis sąlygomis gali rūdyti. Korozijos greitis ir tipas priklauso nuo lydinio ir aplinkos.
Nerūdijančio plieno atsparus rūdijimui?
Ne. Nerūdijantis plienas yra atsparus korozijai, nėra atsparus korozijai.
Kodėl po suvirinimo nerūdijantis plienas rūdija?
Kadangi suvirinimas gali pakeisti mikrostruktūrą, sumažinti chromo prieinamumą karščio paveiktoje zonoje, ir įvesti liekamąjį stresą.
Kodėl chloridinė aplinka kenkia nerūdijančiam plienui??
Chlorido jonai gali suardyti apsauginę oksido plėvelę ir paskatinti vietinę koroziją, pvz., įdubimus ir įtrūkimus..
Koks yra lengviausias būdas apsaugoti anglinį plieną?
Naudokite dangas, cinkavimas, arba kita prie aplinkos priderinta apsaugos nuo korozijos sistema.
