Tērauds ir viens no visplašāk izmantotajiem inženiertehniskajiem materiāliem būvniecībā, ražošana, transportēšana, un infrastruktūra. Tās popularitāte nāk no spēka kombinācijas, daudzpusība, un rentabilitāte, ko var salīdzināt tikai daži materiāli.
No konstrukciju karkasiem un tiltiem līdz iekārtām un cauruļvadiem, tērauds joprojām ir mūsdienu rūpniecības mugurkauls.
Bet tērauds nav imūna pret koroziju. Patiesībā, korozija ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas nosaka, cik ilgi tērauda sastāvdaļa var būt droša, funkcionāls, un ekonomisks ekspluatācijā.
Skaidra izpratne par koroziju ir būtiska inženieriem, izgatavotāji, līgumslēdzēji, un aktīvu pārvaldītājiem.
Jo labāk jūs saprotat, kā tērauds korodē, jo labāk jūs varat izvēlēties pareizo atzīmi, pareizā aizsardzības sistēma, un pareizā uzturēšanas stratēģija.
Šeit ir septiņi galvenie punkti, kas jāzina katram tērauda lietotājam.
1. Tērauds dabiski nav izturīgs pret koroziju
Vienkāršs oglekļa tērauds nav korozijizturīgs materiāls. Tās galvenā sastāvdaļa ir dzelzs, un dzelzs viegli reaģē ar skābekli un mitrumu.
Kad tiek pakļauts atmosfēras iedarbībai, tērauds sāk oksidēties un veido rūsu, kas galvenokārt sastāv no hidratētiem dzelzs oksīdiem un hidroksīdiem, ieskaitot hidratēto dzelzs oksīdu (Fe2O3⋅nH2O), dzelzs oksihidroksīds (FeO(Ak!)) un dzelzs hidroksīds (Fe(Ak!)3).
Atšķirībā no stabilām oksīda plēvēm, kas veidojas uz dažiem metāliem, rūsa ir poraina, vājš, un neaizsargājošs.
Tas nenoblīvē virsmu. Tā vietā, tas ļauj skābeklim un ūdenim turpināt sasniegt pamatmetālu.
Rezultātā, korozija turpina izplatīties, pakļaujot vairāk svaiga tērauda un paātrinot materiāla zudumu laika gaitā.
Tāpēc nevar pieņemt, ka neaizsargāts tērauds saglabājas izturīgs āra vai mitrā vidē.
Bez atbilstoša pārklājuma vai korozijas kontroles stratēģijas, korozija nav iespējama; tas ir dabisks iznākums.
2. Leģēšana var ievērojami uzlabot izturību pret koroziju
Kāpēc vienkāršs tērauds ir neaizsargāts
Pamattērauds galvenokārt ir dzelzs, un dzelzs ir ķīmiski aktīvs skābekļa un mitruma klātbūtnē. Tas nozīmē, ka neleģētam vai mazleģētam tēraudam nav iebūvētas aizsardzības pret koroziju.
Kad virsmas plēve sadalās, korozija var turpināt attīstīties, jo uz parastā tērauda veidotais rūsas slānis ir vaļīgs, porains, un nespēj izolēt substrātu no apkārtējās vides.
Tas ir galvenais iemesls, kāpēc sakausējuma dizainam tērauda inženierijā ir tik liela nozīme. Izturība pret koroziju ir ne tikai virsmas problēma; tas sākas ar metāla iekšējo ķīmiju.
Kā sakausēšana maina tērauda uzvedību
Pievienojot atlasītos sakausējuma elementus, tēraudu no korozijai pakļauta materiāla var pārveidot par korozijizturīgu.
Galvenā ideja ir tāda, ka daži elementi veicina stabilākas virsmas plēves veidošanos, uzlabot tērauda izturību pret agresīvu vidi, vai palēnināt elektroķīmiskās reakcijas, kas izraisa metāla zudumu.
Leģēšana nenovērš koroziju katrā vidē, bet tas var novirzīt tēraudu no materiāla, kas ir stingri jāaizsargā, uz tādu, kas var izturēt ilgu kalpošanu ar daudz mazāku apkopi.
Hroms: nerūsējošā tērauda pamats
Hroms ir vissvarīgākais sakausējuma elements, ja mērķis ir izturība pret koroziju.
Ja tēraudā ir pietiekami daudz hroma, tas reaģē ar skābekli, veidojot ļoti plānu, blīvs, un stabila oksīda plēve uz virsmas.
Šī pasīvā filma ir galvenais iemesls nerūsējošais tērauds tik efektīvi pretojas rūsai.
Filma nav tikai šķērslis. Tas ir arī pašlabojošs. Ja virsma ir saskrāpēta vai bojāta, hroms var atkal ātri reaģēt ar skābekli un atjaunot aizsargslāni.
Šī pašatjaunojošā darbība nerūsējošais tērauds būtiski atšķiras no ekspluatācijā esošā oglekļa tērauda.
Niķelis: uzlabojot stabilitāti un izturību
Niķelis bieži tiek pievienots nerūsējošajam tēraudam, lai stabilizētu austenīta struktūru un uzlabotu vispārējo izturību, elastība, un korozijas uzvedība.
Daudzās nerūsējošā tērauda kategorijās, niķelis palīdz materiālam saglabāt stabilitāti dažādās vidēs un uzlabo veiktspēju formēšanas laikā, metināšana, un zemas temperatūras serviss.
Niķelis neaizstāj hroma lomu. Tā vietā, tas nostiprina vispārējo korozijizturīgo sistēmu, palīdzot tēraudam saglabāt labvēlīgāku mikrostruktūru.
Molibdēns: stiprinot izturību pret hlorīdiem
Molibdēns ir īpaši vērtīgs vidēs, kurās ir hlorīds, piemēram, jūras atmosfērā, jūras ūdens iedarbība, ķīmiskā apstrāde, un ar sāli bagāti rūpnieciski apstākļi.
Tas palīdz nerūsējošajam tēraudam izturēt punktveida un plaisu koroziju, kas ir vieni no visbīstamākajiem korozijas veidiem, jo tie var attīstīties lokāli un dziļi iekļūt bez redzamiem brīdinājumiem.
Tāpēc molibdēnu saturošas kategorijas bieži izvēlas, ja nepietiek ar parasto nerūsējošo tēraudu. Praksē, šis elements bieži atšķir pieņemamu un neuzticamu pakalpojumu agresīvā vidē.
Citi noderīgi leģējošie elementi
Arī citi sakausējuma elementi veicina izturību pret koroziju un servisa veiktspēju:
Mangāns var atbalstīt sakausējuma līdzsvaru un palīdzēt dažās kategorijās aizstāt niķeli.
Slāpeklis var uzlabot noteiktu nerūsējošā tērauda izturību un palielināt lokālo izturību pret koroziju.
Silīcijs var uzlabot oksidācijas izturību paaugstinātas temperatūras lietojumos.
Vara var uzlabot izturību noteiktās viegli kodīgās vidēs, un to izmanto dažās specializētās kategorijās.
Katrs elements spēlē atšķirīgu lomu, bet plašākā ideja ir tāda pati: ir izstrādāta izturība pret koroziju, nav nejauši.
Leģēšana uzlabojas, bet nepadara tēraudu neuzvaramu
Pat ļoti leģētam nerūsējošajam tēraudam ir ierobežojumi. Spēcīgas skābes, augsta hlorīda koncentrācija, spraugas apstākļi, slikta virsmas apdare, un karstuma ietekmētās metināšanas zonas var apdraudēt veiktspēju.
Leģēšana uzlabo pretestību, dažreiz dramatiski, bet vide joprojām kontrolē gala rezultātu.
Tāpēc materiālu izvēlei vienmēr jāatbilst ekspluatācijas apstākļiem.
Pakāpe, kas labi darbojas iekštelpās, var būt nepietiekama jūras ūdenī, un pakāpe, kas darbojas jūras ūdenī, joprojām var neizdoties stipri skābā vai slikti uzturētā sistēmā.
3. Hlorīdiem bagāta vide ir īpaši agresīva
Viena no tēraudam kaitīgākajām vidēm ir hlorīda iedarbība.
Sāls aerosols, jūras ūdens, atledošanas sāļi, un daži rūpniecisko procesu šķidrumi var uzbrukt aizsargājošajām oksīda plēvēm un izraisīt lokālu koroziju.
Hlorīda joni ir īpaši bīstami, jo tie traucē pasivāciju un var veicināt punktveida un plaisu koroziju.
Tā vietā, lai radītu gludu, vienmērīgs metāla zudums, hlorīdi bieži rada mazus, dziļas korozijas vietas, kuras ir daudz grūtāk atklāt un kuras ir bīstamākas konstrukcijas integritātei.
Tāpēc parastajiem nerūsējošajiem tēraudiem var rasties grūtības jūras vai piekrastes apkalpošanā, savukārt molibdēnu saturošas kategorijas, piemēram, 316 bieži tiek izvēlēti labākai hlorīda izturībai.
Ļoti smagos apstākļos, pat nerūsējošais tērauds ir jāsavieno pārī ar pareizo pārklājumu, dizaina detaļa, un apkopes plānu.
4. Metinātās zonas bieži ir visneaizsargātākās
Metinātais savienojums reti ir tāds pats kā parastais metāls ap to. Metināšanas rezultātā tiek izveidota siltuma ietekmes zona ar izmainītu mikrostruktūru, atlikušais stress, un dažreiz samazināta izturība pret koroziju.
No nerūsējošā tērauda, viena klasiska problēma ir sensibilizācija, kur hroma karbīdi var veidoties tuvu graudu robežām un samazināt pasivēšanai pieejamā hroma daudzumu.
Tas var padarīt metināto apgabalu jutīgāku pret starpkristālu koroziju vai sprieguma korozijas plaisāšanu, īpaši, ja siltuma padeve ir pārāk liela vai tiek izmantots nepareizs pildījuma materiāls.
Pat tad, ja pati metinātā šuve ir spēcīga, vietējā korozijas izturēšanās var būt vājāka, nekā paredzēts.
Tāpēc nerūsējošā tērauda metināšana nav tikai savienošanas darbība. Tas ir kontrolēts metalurģijas process, kurā jāņem vērā pildvielas izvēle, siltuma padeve, tīrīšana pēc metināšanas, un, kur vajag, apstrāde pēc metināšanas.
5. Piesārņojums no parastās dzelzs var sabojāt nerūsējošo tēraudu
Nerūsējošajam tēraudam jāpaliek tīram, lai tas darbotos kā paredzēts. Saskare ar parastajiem oglekļa tērauda instrumentiem, dzelzs daļiņas, vai piesārņotas darba virsmas uz nerūsējošās virsmas var noplūst brīvs dzelzs.
Šis piesārņojums var izjaukt pasīvo plēvi un radīt lokālus rūsas traipus vai korozijai pakļautas zonas.
Tas nav tas pats, kas galvaniskā korozija starp diviem atšķirīgiem metāliem; tā ir piesārņojuma problēma.
Pat īss kontakts ar netīriem instrumentiem vai tērauda slīpēšanas putekļiem var atstāt virsmā iestrādātas daļiņas.
Ja šīs daļiņas oksidējas, tie liek nerūsējošajam tēraudam izskatīties tā, it kā tas korodētu, lai gan problēma sākās ar piesārņojumu.
Šī iemesla dēļ, nerūsējošā tērauda ražošanai nepieciešama stingra veikala disciplīna. Īpaši rīki, tīras darba zonas, un pareiza virsmas tīrīšana nav obligāta; tie ir daļa no korozijas kontroles.
6. Vienmērīga korozija parasti ir mazāk bīstama nekā lokalizēts uzbrukums
Ne visas korozijas izturas vienādi. Vienmērīga korozija noņem materiālu vairāk vai mazāk vienmērīgi visā virsmā, kas bieži ir vizuāli nepatīkama, bet salīdzinoši paredzama.
Jo bojājumi ir izplatīti, to ir vieglāk pārbaudīt, pasākums, un pārvaldīt.
Turpretī, lokāla korozija, piemēram, punktveida korozija vai plaisu korozija, var būt daudz nopietnāka.
Tas var šķist nenozīmīgs uz virsmas, vienlaikus radot dziļu iespiešanos zem virsmas.
Strukturālos vai spiedienu saturošos lietojumos, šāda veida slēptie bojājumi var izraisīt pēkšņu atteici.
Tas nozīmē, ka ar izskatu vien nepietiek, lai novērtētu risku.
Sarūsējušai virsmai vēl var būt atlicis laiks, ja korozija ir vienmērīga un tiek uzraudzīta, kamēr tīra izskata nerūsējošā tērauda komponentam joprojām var būt slēpts lokalizēts uzbrukums, ja vide ir smaga un pakāpe ir slikti izvēlēta.
7. Tēraudu var aizsargāt ar vairākām korozijas kontroles sistēmām
Korozijas kontrole ir sistēma, ne vienu preci
Tērauda koroziju nepārvalda viens universāls risinājums.
Praksē, izturība pret koroziju tiek panākta kombinējot materiālu izvēle, virsmas aizsardzība, dizaina detalizācija, vides izolācija, un uzturēšanas stratēģija.
Tāpēc tērauds joprojām ir tik plaši izmantots inženiertehniskais materiāls: pat ja tas var viegli sarūsēt, to var arī efektīvi aizsargāt dažādos veidos.
Vissvarīgākā ideja ir tāda, ka aizsardzība pret koroziju ir jāsaskaņo ar apkalpošanas vidi.
Ierakts cauruļvads, jūras platforma, iekštelpu mašīnas rāmis, un pārtikas pārstrādes tvertnei ir vajadzīgas dažādas stratēģijas. Tas, kas darbojas vienai lietojumprogrammai, var būt neefektīvs vai pat nepiemērots citai.
Pārklājumu sistēmas: pirmā un visizplatītākā aizsardzība
Pārklājuma sistēmas ir visizplatītākais veids, kā aizsargāt oglekļa tēraudu. To mērķis ir atdalīt tērauda virsmu no skābekļa, mitrums, sāls, un ķīmiskās vielas.
Tipiski pārklāšanas ceļi ietver:
| Aizsardzības metode | Galvenais princips | Tipiska priekšrocība | Tipisks ierobežojums |
| Krāsu sistēmas | Izveidojiet barjeru starp tēraudu un vidi | Elastīgs, ekonomisks, plaši izmantots | Var tikt bojāts trieciena rezultātā, nobrāzums, vai slikta virsmas sagatavošana |
| Pulvera pārklājums | Termiski cietināta polimēra barjera | Izturīgs un vizuāli tīrs | Nepieciešama kontrolēta pielietošana un ir mazāk piemērota ļoti lielām konstrukcijām |
| Cinkošana | Cinks nodrošina barjeru un upuru aizsardzību | Spēcīga āra korozijas veiktspēja | Virsmas izskats ir rūpniecisks; remontam un pielabošanai nepieciešama aprūpe |
| Metāla izsmidzināšana / termiskais aerosols | Uzklāj aizsargājošu metālisku slāni | Piemērots lieljaudas dienestam | Specializētāks un aprīkojuma ietilpīgāks |
| Fosfāts / konversijas pārklājumi | Uzlabo virsmas stāvokli un krāsas saķeri | Noderīga kā pirmapstrāde | Parasti tas nav atsevišķs korozijas risinājums |
Upura aizsardzība: izmantojot aktīvāku metālu, lai aizsargātu tēraudu
Viena no spēcīgākajām tērauda korozijas kontroles metodēm ir upurējoša aizsardzība.
Šajā pieejā, reaktīvāks metāls tiek novietots saskarē ar tēraudu, lai aizsargmetāls vispirms sarūsētu.
Vispazīstamākais piemērs ir cinks. Cinks ir aktīvāks par dzelzi, tātad, ja abi ir pakļauti korozīvā vidē, cinkam ir tendence korodēt un aizsargāt tērauda pamatni.
Šis ir cinkošanas un daudzu uz cinku balstītu aizsardzības sistēmu princips.
Upuraizsardzība ir īpaši vērtīga āra vidē, jo tā turpina darboties pat tad, ja pārklājums ir saskrāpēts vai bojāts. Tas padara to izturīgāku par tīri dekoratīvu barjeras pārklājumu daudzos lauka apstākļos.
Katoda aizsardzība: būtiska ieraktam un iegremdētam tēraudam
Pazemes cauruļvadiem, tvertnes, jūras struktūras, un iegremdētās sastāvdaļas, katoda aizsardzība bieži tiek izmantots.
Šī metode maina tērauda elektroķīmisko izturēšanos tā, ka tērauds pats kļūst par aizsargāto katodu korozijas ķēdē..
Ir divas galvenās formas:
Upura anoda katoda aizsardzība
Aktīvāks metāls, piemēram, cinks, magnijs, vai alumīnijs ir piestiprināts pie tērauda konstrukcijas. Anods korodē tērauda vietā.
Pārsteidzoša strāvas katoda aizsardzība
Ārējais barošanas avots iedzen konstrukcijā aizsargstrāvu, padarot to katodisku un nomācot koroziju.
Katodaizsardzība ir īpaši efektīva lielām konstrukcijām, kur ar pārklājumu vien nepietiek.
Daudzās sistēmās, to lieto kopā ar pārklājumiem, jo pārklājums samazina pašreizējo pieprasījumu un katoda sistēma aizsargā visas atklātās vietas.
Leģēšana: veidojot pretestību pašā metālā
Vēl viens korozijas kontroles veids ir izmantot sakausējumu, kas pēc savas būtības ir izturīgāks nekā vienkāršs oglekļa tērauds.
Nerūsējošais tērauds ir klasisks piemērs, bet laikapstākļiem izturīgs tērauds un citas mazleģētas kategorijas arī parāda, kā sastāvs var mainīt korozijas izturēšanos.
Leģēšana ir spēcīga, jo tā ne tikai aizsargā virsmu; tas maina pašu materiālu. No nerūsējošā tērauda, hroms veido pasīvo plēvi, kas ir izturīga pret rūsu.
Citās tērauda ģimenēs, atlasīti papildinājumi var uzlabot oksidācijas izturību, spēka saglabāšana, vai uzvedība konkrētā vidē.
Tas padara sakausēšanu īpaši noderīgu, ja atkārtota apkope ir sarežģīta vai ja daļai ilgstoši jākalpo prasīgā vidē..
8. Secinājums
Tērauds ir viens no vispiemērotākajiem materiāliem, kas jebkad izstrādāti, taču korozija joprojām ir tās galvenais ierobežojums daudzās vidēs. Vienkāršs oglekļa tērauds viegli sarūsē, ja vien tas nav aizsargāts.
Nerūsējošais tērauds ir izturīgs pret koroziju, veidojot pašdziedinošu pasīvo plēvi, bet tas joprojām var neizdoties apstākļos, kas bagāti ar hlorīdu, pie metinātajiem savienojumiem, vai ja tas ir piesārņots ar parasto dzelzi.
Vissvarīgākā mācība ir tāda, ka korozija nav viena problēma ar vienu risinājumu. Tā ir materiālu un vides mijiedarbība.
Laba izturība pret koroziju rodas no pareizas sakausējuma izvēles, skaņas izgatavošanas prakse, pareiza virsmas apstrāde, un pareiza pakalpojumu vides aizsardzības sistēma.
Inženieriem un ražotājiem, Izprotot šos septiņus punktus, ir atšķirība starp tērauda izvēli, kas darbojas tikai šodien, un tērauda izvēli, kas ir uzticama gadiem ilgi.
FAQ
Vai viss tērauds nerūsē?
Jā, atbilstošos apstākļos viss tērauds var korodēt. Korozijas ātrums un veids ir atkarīgs no sakausējuma un vides.
Ir nerūsējošā tērauda rūsas necaurlaidīgs?
Ne. Nerūsējošais tērauds ir izturīgs pret koroziju, nav izturīgs pret koroziju.
Kāpēc pēc metināšanas nerūsējošais tērauds rūsē?
Tā kā metināšana var mainīt mikrostruktūru, samazināt hroma pieejamību siltuma skartajā zonā, un ieviest atlikušo stresu.
Kāpēc hlorīda vide bojā nerūsējošo tēraudu??
Hlorīda joni var nojaukt aizsargājošo oksīda plēvi un veicināt lokālu koroziju, piemēram, iedobumu un plaisu uzbrukumu.
Kāds ir vienkāršākais veids, kā aizsargāt oglekļa tēraudu?
Izmantojiet pārklājumus, cinkošana, vai citai videi pieskaņota pretkorozijas aizsardzības sistēma.
