Ăn mòn là một trong ba chế độ hỏng hóc chính của kim loại. Thép không gỉ thường được sử dụng trong môi trường đòi hỏi nhiều hơn để ngăn chặn sự ăn mòn kim loại. Tuy nhiên, các kỹ sư đã phát hiện ra rằng ngay cả với thép không gỉ, các thành phần vẫn có thể bị ăn mòn dưới những điều kiện nhất định. Khi rỗ rỉ ăn mòn xảy ra trong thép không gỉ, nhiều kỹ sư không làm gì cả. Tác giả tin rằng nhiều kỹ sư có hiểu lầm trong việc lựa chọn vật liệu thép không gỉ. Sự hiểu lầm này là ăn mòn thép không gỉ hoặc thậm chí ăn mòn. Có một câu nói rằng: Người đàn ông có nước mắt, nhưng anh ta không lúng túng, bởi vì anh ta đã không đạt đến điểm của trái tim mình. Câu này không thể quá mức cho thép không gỉ. Thép không gỉ không bị ăn mòn, chỉ vì nó không gặp phải môi trường ăn mòn khắc nghiệt hơn. Ở đây tôi sẽ tập trung vào vấn đề ăn mòn cục bộ bằng thép không gỉ. Tôi hy vọng rằng một số dự án lĩnh vực sẽ được giảm bớt một số nghi ngờ trong lĩnh vực này.
Mô tả tóm tắt của Local Corrosion of Stainless Steel
Đối với các vật liệu thép không gỉ chứa crom-niken, có hai dạng ăn mòn chính: một là ăn mòn đồng nhất và một là ăn mòn cục bộ. Rust trong khí quyển biển là một ví dụ điển hình về sự ăn mòn chung hoặc đồng đều. Ở đây kim loại bị xói mòn đều trên toàn bộ bề mặt của nó. Trong trường hợp này, một lớp lỏng lẻo được hình thành trên bề mặt thép, và lớp sản phẩm ăn mòn này có thể dễ dàng bị loại bỏ. Ăn mòn đồng đều là một trong những dạng ăn mòn dễ dàng nhất bởi vì các kỹ sư có thể xác định định lượng tốc độ ăn mòn của kim loại và có thể dự đoán chính xác tuổi thọ của kim loại. Do đó, ăn mòn đồng đều là một dạng ăn mòn bị ảnh hưởng ít nhất bởi còi xương. Mặc dù nó gây ra thiệt hại ăn mòn, nó có thể được dự đoán và kiểm soát.
Tuy nhiên, sự xuất hiện của sự ăn mòn cục bộ thường khiến nhiều kỹ sư không chuẩn bị. Điều này là do thiệt hại do ăn mòn cục bộ khó dự đoán và tuổi thọ của thiết bị không thể được tính toán chính xác. Một trong những pittings khó chịu nhất, đó là loại ăn mòn cục bộ khó nhất trong kim loại. Bởi vì hàng ngàn dặm của bờ kè, bị sụp đổ trong các lỗ kiến. Điều này được gọi là rỗ là một điểm kiến trên một con đê.
Trong quá trình ăn mòn kim loại, hai phản ứng xảy ra cùng lúc trên điện cực. Một là phản ứng catôt, và phi kim loại bị giảm ở cực âm. Các phi kim loại có các điện tử và hóa trị được giảm. Khác là phản ứng anode. Khi phản ứng anode xảy ra, kim loại mất electron và hóa trị tăng lên. Các ion kim loại được tách ra khỏi bề mặt kim loại. Điều tôi muốn nói là sự ăn mòn kim loại phụ thuộc vào phản ứng với khả năng chống ăn mòn lớn nhất. Vì vậy, điều này cũng cung cấp một nguyên tắc hướng dẫn chính để giải quyết vấn đề ăn mòn kim loại.
Thiết kế chống ăn mòn sử dụng mối quan hệ giữa cực âm và cực dương. Nếu một mặt cathode lớn được nối với một mặt cực dương nhỏ, dòng điện lớn sẽ chảy giữa cực dương và cực âm. Tình trạng này phải được tránh. Mặt khác, khi chúng ta đảo ngược tình huống bằng cách kết nối một bề mặt cực dương lớn với bề mặt catốt nhỏ, dòng chảy nhỏ sẽ xuất hiện giữa hai kim loại. Tình trạng này là những gì chúng tôi mong đợi. Chúng tôi thiết kế cathode của kim loại hàn trong một thùng chứa hoặc bể như một catốt. Các thiết bị fastener được thiết kế để fastener cathode (khu vực nhỏ) và các mảnh anode (khu vực rộng lớn) được kết nối với nhau. Một ví dụ của khái niệm này là để tán đinh các tấm thép cùng với các đinh tán bằng đồng và để chúng tiếp xúc với nước biển với tốc độ dòng chảy thấp. Đồng cố định là một bề mặt catốt nhỏ, trong khi tấm thép là một bề mặt cực dương lớn. Thiết kế này rất thuận tiện và có khả năng tương thích tốt.
Pitting vấn đề. Rỗ cũng có thể được sản xuất mà không có khoảng trống trên bề mặt kim loại. Sự xuất hiện của rỗ có thể đến từ hai yếu tố: ion clorua trong môi trường và tính không đồng nhất của vi cấu trúc hoặc các thành phần. Sự ăn mòn của thép không gỉ có thể được gây ra bởi nồng độ của một etchant đặc biệt như clorua. Nếu rỗ xảy ra trong thép không gỉ do nhạy cảm hoặc các lý do khác, hoặc khi nội dung crôm và niken không đồng đều hoặc thậm chí không chống lại sự ăn mòn rỗ, ăn mòn rỗ có thể xảy ra. Khuyết điểm trên bề mặt kim loại cũng có thể gây rỗ. Ví dụ, một khiếm khuyết trong một lớp oxit bảo vệ bằng thép không gỉ hoặc hợp kim niken. Rỗ có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng một hợp kim có khả năng chống ăn mòn cao hoặc bằng cách loại bỏ một nguyên tố hóa học gây rỗ. Một khía cạnh khác của việc kiểm soát rỗ kim loại là loại bỏ các chất phản ứng cathodic trong môi trường. Thông thường loại bỏ oxy sẽ có tác dụng tốt hơn. Khi đáy hố có xu hướng được anốt hóa, khu vực xung quanh hố hoặc khoảng cách có khuynh hướng là cathodically sao cho mối quan hệ của dòng pin được hình thành. Khi sự ăn mòn trong hố hoặc khe hở tiếp tục mở rộng, nó sẽ trở thành một phản ứng autocatalytic. Ion sắt tương tác với clorua để tạo thành clorua sắt. Phản ứng được lặp lại và thủng kim loại xảy ra nhanh chóng. Rỗ hoặc nứt kẽ ăn mòn là một hình thức ăn mòn rất nguy hiểm bởi vì nó được bản địa hóa cao và có thể nhanh chóng làm cho kim loại đột phá.
Mô tả tóm tắt của Local Corrosion of Stainless Steel
Vấn đề ăn mòn bề mặt. Ngay dưới trầm tích hoặc trong khe nứt, hàm lượng oxy của dung dịch thấp và hàm lượng oxy của dung dịch khối lượng lớn ở bên ngoài khe nứt rất cao. Điều này thiết lập một pin với một anode dưới trầm tích hoặc trong khe nứt và bên ngoài. Là cực âm. Bên trong khoảng cách có chứa môi trường clorua, pH giảm và clorua cô đặc. Tình trạng clorua có tính axit này gây ăn mòn để tăng tốc và tự động hòa giải. Sau đó xảy ra ăn mòn cục bộ nghiêm trọng. Một ví dụ về loại ăn mòn này xảy ra khi một cái chốt bằng thép không gỉ được đặt trên một tấm thép không gỉ và tiếp xúc với nước chứa clorua. Sự ăn mòn kẽ hở có thể xảy ra khi đầu bulông hoặc máy giặt được sử dụng làm khu vực anode. Ngăn chặn sự hình thành các kết tủa và vảy hoặc sử dụng vật liệu có hàm lượng hợp kim cao sẽ giúp giảm sự ăn mòn kẽ hở.
Tước ăn mòn. Trong trường hợp này, một lớp ăn mòn lỏng lẻo, dạng tấm được hình thành trên bề mặt kim loại. Ngay cả dòng chảy tốc độ thấp cũng có thể dễ dàng loại bỏ các lớp chất ăn mòn lỏng lẻo. Kết quả là, kim loại mới, chưa được tìm thấy được phơi sáng một lần nữa, do đó nhiều lớp giống như tấm sẽ được hình thành. Một lần nữa, các tiểu cầu này dễ dàng bị loại bỏ và quá trình tiếp tục. Việc sử dụng các hợp kim không phản ứng hóa học có thể tránh ăn mòn.
Sự ăn mòn liên vùng. Xuất hiện trong một số hợp kim đặc biệt, sự ăn mòn giữa các hạt có thể xảy ra khi chúng được làm nóng đến vùng nhiệt độ nhạy cảm của chúng trong quá trình hàn hoặc xử lý nhiệt. Khi một số hợp kim thép không gỉ được đun nóng đến 425-870 ° C, crom cacbua kết tủa ở các biên hạt. Điều này dẫn đến sự hiện diện của các vùng bị suy giảm crom trong vùng lân cận của cacbua và cũng ảnh hưởng đến sự thụ động của vùng biên hạt. Trong môi trường đặc biệt, chẳng hạn như axit nitric hoặc nước có nhiệt độ cao, ăn mòn có thể xảy ra ở vùng crom thấp. Các hạt xuất hiện trên một bề mặt có đường và dễ dàng cọ xát ra khi cọ xát với một mẫu. Sự ăn mòn giữa các hạt bằng thép không gỉ và hợp kim niken có thể tránh được bằng cách sử dụng các hợp kim cacbon thấp, việc bổ sung các nguyên tố tạo cacbua như titan hoặc tantali, hoặc sử dụng các chất ủ ổn định.
Mô tả tóm tắt của Local Corrosion of Stainless Steel
Căng thẳng ăn mòn. Một ví dụ điển hình là dòng hơi cách nhiệt được làm bằng thép không gỉ AISI 316 (UNS S31600). Các clorua có thể có mặt trong vật liệu cách nhiệt có thể được chuyển đến bề mặt kim loại khi nó tiếp xúc với mưa. Điều kiện này đáp ứng các điều kiện tạo ra nứt ăn mòn căng thẳng: một hợp kim nhạy cảm - 316 thép không gỉ; một loại nước có chứa clorua đặc biệt ăn mòn; và căng thẳng - ống được gia công lạnh hoặc hàn. Nếu kiểm tra kim loại mặt cắt ngang được thực hiện thông qua vùng nứt, thì có thể quan sát thấy các vết nứt nhánh điển hình (đường bao quanh hạt và hạt) và các vết nứt nhánh. Đây là điển hình clorua căng thẳng ăn mòn nứt thép không gỉ austenitic. Loại bỏ bất kỳ của ba điều kiện trên có thể ngăn ngừa nứt ăn mòn căng thẳng.
Mô tả tóm tắt của Local Corrosion of Stainless Steel
Hàm lượng oxy ảnh hưởng đến sự ăn mòn. Nhìn chung, nước sạch và sạch sẽ chảy vào nhà máy điện không bị ăn mòn. Thép hoạt động tốt trong nước trung tính và tỷ lệ ăn mòn của nó liên quan trực tiếp đến khả năng oxy hòa tan. Nghĩa là, hàm lượng oxy càng cao thì tốc độ ăn mòn càng cao. Sự ăn mòn của thép cũng liên quan đến giá trị pH. Khi độ pH cao, tốc độ ăn mòn của thép thấp. Khi độ pH giảm xuống dưới 4, thép sẽ nhanh chóng bị xói mòn.
Nhiệt độ cũng sẽ đẩy nhanh sự ăn mòn của thép. Khi nhiệt độ tăng từ 72 ° F lên 104 ° F (22-41 ° C), nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn của thép. Tốc độ dòng chảy có tác dụng ngược đối với sự ăn mòn của thép. Khi tốc độ dòng nước biển cao hơn khoảng 3 feet mỗi giây (0,9 m / s), sự ăn mòn của thép có thể được tăng tốc đáng kể. Việc loại bỏ cơ học vật liệu ăn mòn không được bảo vệ sẽ dẫn đến tỷ lệ ăn mòn cao vì việc loại bỏ vật liệu ăn mòn làm lộ ra kim loại mới có tỷ lệ ăn mòn cao. Đồng thời, tốc độ dòng chảy cao mang lại một lượng lớn oxy đến bề mặt tiếp xúc của kim loại. Do đó, có nhiều oxy hơn để tăng tỷ lệ ăn mòn.
Nếu thép không gỉ austenit phá vỡ do nứt ăn mòn căng thẳng, vật liệu thay thế cần được xem xét là thép không gỉ hai mặt. Do cấu trúc và thành phần khác nhau của chúng, chúng có tính chất cơ học cao hơn ở nhiệt độ phòng lên đến 600 ° F (315 ° C) so với 316 thép không gỉ. Họ cũng có khả năng chống ăn mòn căng thẳng cao hơn. Hợp kim hai pha có thể đạt được sức đề kháng cao hơn để rỗ và ăn mòn kẽ hở bằng cách tăng hàm lượng crom và molypden.
Ảnh hưởng của nồng độ clo đến sự ăn mòn của thép không gỉ. Khi thép không gỉ 304 hoặc 304L được sử dụng trong nước ngọt, hàm lượng clorua phải nhỏ hơn 200 ppm. Sau khi các thành phần được sản xuất, sắt dư phải được loại bỏ. Bởi vì sắt dư sẽ hoạt động như một khoảng trống, nó cũng sẽ phản ứng với clorua để tạo thành clorua sắt để tăng tốc độ ăn mòn cục bộ. 304 Ống cần phải được làm sạch định kỳ để loại bỏ kẽ hở hoặc tiền gửi có thể tạo thành những khoảng trống. Tiếp xúc với thiết bị của nhà máy sản xuất 304 hoặc 304L với nước đọng (ví dụ, tốc độ dòng chảy dưới 0,9 m / s) nên tránh vì nó sẽ hình thành tiền gửi trên bề mặt kim loại. Vi sinh ăn mòn cũng phải được kiểm soát.
Để sử dụng thành công thép không gỉ loại 316L trong nước lợ, hàm lượng clorua phải nhỏ hơn 1000 ppm trừ khi nước bị khử hoàn toàn. Nước Deoxygenated sẽ ngăn chặn rỗ, nứt, và ăn mòn căng thẳng của thép không gỉ 316L. Trong quá trình sản xuất của nhà máy, mối hàn phải được hàn hoàn toàn và mịn để có được hiệu quả chống ăn mòn tốt nhất. Các điện cực có hàm lượng molypden cao hoặc khớp với mối hàn phải được sử dụng. Điều quan trọng là bề mặt của loại thép không gỉ 316L được làm sạch như 304 để loại bỏ bất kỳ sắt dư. Nói chung, cách tốt nhất để loại bỏ sắt dư là sử dụng chất làm sạch HNO3-HF. Ngoài ra, bất kỳ trầm tích cũng nên được loại bỏ thường xuyên. Điều quan trọng là phải cẩn thận để tránh tình trạng nước ứ đọng. Tốc độ dòng chảy của nước phải tối thiểu là 0,9 m / s trong thời gian ngừng thiết bị để ngăn chặn sự hình thành các mỏ.
Kim loại ăn mòn thường là một vấn đề phức tạp, và thậm chí một số hình thức ăn mòn mới cũng không được công chúng hiểu rõ. Chúng tôi khuyên các kỹ sư hiện trường nên tìm hiểu thêm về ăn mòn và bảo vệ để họ có thể học cách xử lý sự ăn mòn của các thành phần kim loại.