Челик је један од најчешће коришћених инжењерских материјала у грађевинарству, производња, транспорт, и инфраструктуру. Његова популарност долази од комбинације снаге, свестраност, и економичност којој мало материјала може да парира.
Од конструкцијских оквира и мостова до машина и цевовода, челик наставља да служи као окосница модерне индустрије.
Али челик није имун на корозију. У ствари, корозија је један од најважнијих фактора који одређује колико дуго челична компонента може остати безбедна, функционалан, и економичан у служби.
Јасно разумевање корозије је од суштинског значаја за инжењере, фабрикатори, извођачи радова, и менаџери имовине подједнако.
Што боље разумете како челик кородира, што боље можете изабрати праву оцену, прави систем заштите, и правилну стратегију одржавања.
Ево седам кључних тачака које сваки корисник челика треба да зна.
1. Челик није природно отпоран на корозију
Плаин карбонски челик није материјал отпоран на корозију. Његова главна компонента је гвожђе, а гвожђе лако реагује са кисеоником и влагом.
Када су изложени атмосфери, челик почиње да оксидира и формира рђу, који се углавном састоји од хидратисаних оксида и хидроксида гвожђа, укључујући хидратисани гвожђе оксид (Фе2О3⋅нХ2О), гвожђе оксихидроксид (ФеО(Ох)) и гвожђе хидроксид (Фе(Ох)3).
За разлику од стабилних оксидних филмова формираних на неким металима, рђа је порозна, слаб, и незаштитна.
Не затвара површину. Уместо тога, омогућава кисеонику и води да стално стигну до основног метала.
Као резултат, корозија наставља да се шири, излажући више свежег челика и убрзавајући губитак материјала током времена.
Због тога се не може претпоставити да ће незаштићени челик остати издржљив на отвореном или влажном окружењу.
Без одговарајућег премаза или стратегије за контролу корозије, корозија није могућа; то је природни исход.
2. Легирање може значајно побољшати отпорност на корозију
Зашто је обичан челик рањив
Основни челик је углавном гвожђе, а гвожђе је хемијски активно у присуству кисеоника и влаге. То значи да нелегирани или лагано легирани челик нема уграђену заштиту од корозије.
Када се површински филм поквари, корозија може наставити да напредује јер је слој рђе формиран на обичном челику лабав, порозна, и неспособан да изолује супстрат од околине.
Ово је основни разлог зашто је дизајн легуре толико важан у инжењерству челика. Отпорност на корозију није само површински проблем; почиње унутрашњом хемијом метала.
Како легирање мења понашање челика
Додавањем одабраних легирајућих елемената, челик се може трансформисати из материјала подложног корозији у отпоран на корозију.
Кључна идеја је да одређени елементи промовишу формирање стабилнијег површинског филма, побољшати отпорност челика на агресивне медије, или успоравају електрохемијске реакције које изазивају губитак метала.
Легирање не елиминише корозију у сваком окружењу, али може да премести челик из материјала који мора бити јако заштићен у онај који може да преживи дуг рад уз много мање одржавања.
Хром: темељ од нерђајућег челика
Хром је најважнији легирајући елемент када је циљ отпорност на корозију.
Када је довољно хрома присутно у челику, реагује са кисеоником и формира веома танак, густо, и стабилан оксидни филм на површини.
Овај пасивни филм је основни разлог нехрђајући челик тако ефикасно одолијева рђи.
Филм није само препрека. Такође се самопоправља. Ако је површина изгребана или оштећена, хром може поново брзо да реагује са кисеоником и поново изгради заштитни слој.
Ово понашање самоизлечења је оно што чини нерђајући челик фундаментално другачијим од угљеничног челика у употреби.
Никл: побољшање стабилности и жилавости
Никл се често додаје нерђајућем челику да би се стабилизовала аустенитна структура и побољшала укупна жилавост, дуктилност, и корозионо понашање.
У многим врстама нерђајућег челика, никл помаже материјалу да остане стабилан у широком спектру окружења и побољшава перформансе током обликовања, заваривање, и нискотемпературни сервис.
Никл не замењује улогу хрома. Уместо тога, јача укупан систем отпоран на корозију помажући челику да одржи повољнију микроструктуру.
Молибден: јачање отпорности у хлоридима
Молибден је посебно вредан у срединама које садрже хлорид, као што је морска атмосфера, излагање морској води, хемијска обрада, и индустријске средине богате сољу.
Помаже да се нерђајући челик одупре корозији удубљења и пукотина, који су међу најопаснијим облицима корозије јер се могу развити локално и продрети дубоко уз мало видљивог упозорења.
Због тога се сорте које садрже молибден често бирају када обичан нерђајући челик није довољан. У пракси, овај елемент често прави разлику између прихватљиве и непоуздане услуге у агресивном окружењу.
Остали корисни легирајући елементи
Остали легирајући елементи такође доприносе отпорности на корозију и сервисним перформансама:
Манган може подржати равнотежу легуре и помоћи у замјени никла у неким разредима.
Азот може побољшати снагу и побољшати локализовану отпорност на корозију у одређеним нерђајућим челицима.
Силицијум може побољшати отпорност на оксидацију у апликацијама на повишеним температурама.
Бакар може побољшати отпорност у одређеним благо корозивним медијима и користи се у неким специјалним разредима.
Сваки елемент игра другачију улогу, али шира идеја је иста: отпорност на корозију је пројектована, не случајно.
Легирање се побољшава, али не чини челик непобедивим
Чак и високолегирани нерђајући челик има ограничења. Јаке киселине, високе концентрације хлорида, услови пукотина, лоша завршна обрада површине, и зоне заваривања под утицајем топлоте могу угрозити перформансе.
Легирање побољшава отпорност, понекад драматично, али окружење ипак контролише крајњи резултат.
Због тога избор материјала мора увек одговарати условима сервисирања.
Оцена која има добре резултате у затвореном простору може бити недовољна у морској води, и класа која ради у морској води може и даље да поквари у јако киселом или лоше одржаваном систему.
3. Окружење богато хлоридима је посебно агресивно
Једно од најштетнијих окружења за челик је излагање хлоридима.
Салт спреј, морска вода, соли за одмрзавање, а одређени индустријски процесни флуиди могу да нападну заштитне оксидне филмове и изазову локализовану корозију.
Хлоридни јони су посебно опасни јер ометају пасивизацију и могу да подстакну корозију удубљења и пукотина.
Уместо да изазива глатку, равномерни губитак метала, хлориди често стварају мале, места дубоке корозије која је много теже открити и опаснија по интегритет конструкције.
Због тога се обични нерђајући челици могу мучити у поморској или обалској служби, док су молибденоносне класе као нпр 316 се често бирају ради боље отпорности на хлорид.
У веома тешким условима, чак и нерђајући челик мора бити упарен са правим премазом, детаљ дизајна, и план одржавања.
4. Заварене области су често најугроженије
Заварени спој ретко је исти као основни метал око њега. Заваривањем се ствара топлотно погођена зона са измењеном микроструктуром, преостали стрес, а понекад и смањену отпорност на корозију.
Од нерђајућег челика, једно класично питање је сензибилизација, где карбиди хрома могу да се формирају близу граница зрна и редукују хром доступан за пасивизацију.
Ово може учинити заварени регион подложнијим интергрануларној корозији или пуцању од корозије под напоном, посебно ако је унос топлоте превисок или се користи погрешан материјал за пуњење.
Чак и када је сам завар јак, локално понашање корозије може бити слабије од очекиваног.
Због тога заваривање нерђајућег челика није само операција спајања. То је контролисан металуршки процес који мора узети у обзир избор пунила, унос топлоте, чишћење након заваривања, и, где је потребно, третман након заваривања.
5. Контаминација од обичног гвожђа може оштетити нерђајући челик
Нерђајући челик мора остати чист ако жели да ради како је предвиђено. Контакт са обичним алатима од угљеничног челика, честице гвожђа, или контаминиране радне површине могу унети слободно гвожђе на нерђајућу површину.
Та контаминација може пореметити пасивни филм и створити локализоване мрље од рђе или подручја склона корозији.
Ово није исто што и галванска корозија између два различита метала; то је проблем контаминације.
Чак и кратак контакт са прљавим алатом или челичном прашином за брушење може оставити честице уграђене у површину.
Ако те честице оксидирају, чине да нерђајући челик изгледа као да кородира, иако је проблем почео са контаминацијом.
Из тог разлога, производња нерђајућег челика захтева строгу дисциплину у радњи. Наменски алати, чисте радне површине, и правилно чишћење површине нису опциони; део су контроле корозије.
6. Уједначена корозија је обично мање опасна од локализованог напада
Не понашају се све корозије на исти начин. Уједначена корозија уклања материјал више или мање равномерно по површини, што је често визуелно непријатно али релативно предвидљиво.
Зато што се штета шири, лакше је прегледати, мерити, и управљати.
Супротно, локализована корозија као што је корозија удубљења или пукотина може бити далеко озбиљнија.
Може изгледати мање на површини док ствара дубоку пенетрацију испод површине.
У структуралним апликацијама или апликацијама које садрже притисак, та врста скривене штете може довести до изненадног квара.
То значи да сам изглед није довољан да се процени ризик.
Зарђала површина може још имати времена ако је корозија уједначена и праћена, док чиста нерђајућа компонента може и даље имати скривени локализовани напад ако је окружење озбиљно и квалитета је лоше одабрана.
7. Челик може бити заштићен вишеструким системима за контролу корозије
Контрола корозије је систем, ни један производ
Корозија челика се не управља једним универзалним решењем.
У пракси, отпорност на корозију се постиже комбиновањем Избор материјала, површинска заштита, детаљи дизајна, еколошка изолација, и стратегија одржавања.
Због тога челик остаје тако широко коришћен инжењерски материјал: иако може лако да кородира, такође се може ефикасно заштитити на много различитих начина.
Најважнија идеја је да заштита од корозије треба да буде усклађена са радним окружењем.
Затрпани цевовод, морска платформа, оквир машине за затворене просторе, и резервоару за прераду хране потребне су различите стратегије. Оно што функционише за једну апликацију може бити неефикасно или чак неприкладно за другу.
Системи премаза: прва и најчешћа одбрана
Системи премаза су најчешћи начин заштите угљеничног челика. Њихова сврха је да одвоје површину челика од кисеоника, влагу, соли, и хемикалије.
Типични путеви премаза укључују:
| Начин заштите | Главни принцип | Типична предност | Типично ограничење |
| Системи фарбања | Направите баријеру између челика и околине | Флексибилно, економичан, у широкој употреби | Може се оштетити ударцем, абразија, или лоша припрема површине |
| Превлака у праху | Термички очвршћена полимерна баријера | Издржљив и визуелно чист | Захтева контролисану примену и мање је погодан за веома велике структуре |
| Поцинљив | Цинк пружа баријеру и жртву заштиту | Снажне перформансе корозије на отвореном | Изглед површине је индустријски; поправка и дотеривање захтевају бригу |
| Прскање метала / термални спреј | Наноси заштитни метални слој | Добро за тешке услуге | Специјализованији и интензивнији за опрему |
| Фосфат / превлаке за конверзију | Побољшати стање површине и адхезију боје | Корисно као предтретман | Обично није самостално решење против корозије |
Жртвована заштита: користећи активнији метал за заштиту челика
Једна од најмоћнијих метода за контролу корозије челика је жртвена заштита.
У овом приступу, реактивнији метал се ставља у контакт са челиком тако да заштитни метал први кородира.
Најпознатији пример је цинка. Цинк је активнији од гвожђа, па када су оба изложена у корозивној средини, цинк преферирано кородира и штити челичну подлогу.
Ово је принцип иза поцинчавања и многих заштитних система на бази цинка.
Жртвована заштита је посебно драгоцена у спољашњим окружењима јер наставља да функционише чак и ако је премаз изгребан или оштећен. То га чини робуснијим од чисто декоративног баријерног премаза у многим теренским условима.
Катодска заштита: неопходан за укопани и потопљени челик
За подземне цевоводе, резервоари, Морске структуре, и потопљене компоненте, катодска заштита се често користи.
Ова метода помера електрохемијско понашање челика тако да сам челик постаје заштићена катода у кругу од корозије.
Постоје два главна облика:
Катодна заштита од жртвене аноде
Активнији метал као што је цинк, магнезијум, или је алуминијум причвршћен за челичну конструкцију. Анода кородира уместо челика.
Утиснута струјна катодна заштита
Спољни извор напајања покреће заштитну струју у структуру, чинећи га катодним и сузбијајући корозију.
Катодна заштита је посебно ефикасна за велике конструкције где сам премаз није довољан.
У многим системима, користи се заједно са премазима, јер премаз смањује тренутну потражњу и катодни систем штити све изложене површине.
Легирање: уградња отпора у сам метал
Други пут за контролу корозије је употреба легуре која је инхерентно отпорнија од обичног угљеничног челика.
Нерђајући челик је класичан пример, али челици против атмосферских утицаја и други нисколегирани слојеви такође показују како састав може да промени понашање корозије.
Легирање је моћно јер не штити само површину; мења саму грађу. Од нерђајућег челика, хром ствара пасивни филм отпоран на рђу.
У другим породицама челика, одабрани додаци могу побољшати отпорност на оксидацију, задржавање снаге, или понашање у одређеним срединама.
Ово чини легирање посебно корисним када је поновљено одржавање тешко или када део мора да служи у захтевном окружењу дуго времена.
8. Закључак
Челик је један од најприлагодљивијих материјала икада развијених, али корозија остаје његово централно ограничење у многим срединама. Обични угљенични челик лако рђа, осим ако није заштићен.
Нерђајући челик је отпоран на корозију формирајући самозалеђујући пасивни филм, али и даље може да пропадне у условима богатим хлоридима, код заварених спојева, или када је контаминиран обичним гвожђем.
Најважнија лекција је да корозија није један проблем са једним решењем. То је интеракција материјала и животне средине.
Добре перформансе корозије долазе од правилног избора легуре, здрава фабричка пракса, правилна обрада површине, и прави систем заштите услужног окружења.
За инжењере и произвођаче, Разумевање ових седам тачака је разлика између избора челика који ради само данас и избора челика који поуздано ради годинама.
Често постављана питања
Да ли сав челик рђа?
Да, сав челик може кородирати под правим условима. Брзина и врста корозије зависе од легуре и околине.
Отпоран је на рђу од нерђајућег челика?
Не. Нерђајући челик је отпоран на корозију, није отпоран на корозију.
Зашто нерђајући челик рђа након заваривања?
Пошто заваривање може променити микроструктуру, смањити доступност хрома у зони захваћеном топлотом, и увести резидуални напон.
Зашто хлоридне средине оштећују нерђајући челик?
Хлоридни јони могу да разбију заштитни оксидни филм и промовишу локализовану корозију као што су рупице и напади пукотина.
Који је најлакши начин заштите угљеничног челика?
Користите премазе, цинковање, или други систем заштите од корозије прилагођен околини.
