مقاومت در برابر خوردگی فولادهای زنگ نزن به پایداری و یکنواختی لایه پسیو تشکیل شده بر روی سطح در معرض محیط‌های خورنده بستگی دارد. اثرگذاری این لایه پسیو بر روی خوردگی حفره‌ای به درصدهای موجود از کروم و مولیبدن در فولاد زنگ نزن بستگی دارد.

همچنین، عنصر نیتروژن نقش مهمی در افزایش مقاومت به خوردگی حفره‌ای ایفا می‌کند و گزینه‌ای مقرون به صرفه نسبت به مولیبدن است.

عوامل مؤثر بر لایه پسیو

شکست لایه پسیو می‌تواند به دلایل مختلفی رخ دهد، از جمله:

• نقص‌های موجود در لایه پسیو
• آسیب‌های مکانیکی
• ناهمواری‌های سطحی مانند ناخالصی‌ها، پوسته‌ها و رسوبات
• حضور یون‌های کلرید در محیط

غلظت‌های بالای یون‌های کلرید می‌تواند منجر به شکست لایه پسیو شود. شدت حمله خوردگی تحت تأثیر عواملی نظیر درصد کلرید، اسیدیته، pH و حضور اکسیژن یا دیگر اکسیدکننده‌ها قرار دارد.

عوامل مرتبط با جوشکاری

جوشکاری عوامل مختلفی را به وجود می‌آورد که می‌توانند منجر به آغاز خوردگی حفره‌ای شوند، از جمله:

• ناخالصی‌ها و فازهای ثانویه
• اختلاف ترکیب در یک فاز
• حساسیت
• ناپایداری قوس و تشکیل قطرات
• ناهمگونی‌های محلی در ترکیب فلز

در ریزساختار، شامل‌های MnS نقاط قابل توجهی برای آغاز خوردگی حفره‌ای هستند. فریت دلتا و فاز سیگما نیز می‌توانند آسیب‌پذیری در برابر حفره‌ای شدن را افزایش دهند.

عدد مقاومت به حفره‌ای شدن (PREN)

مقاومت به حفره‌ای شدن فولادهای زنگ نزن با افزایش درصد کروم افزایش می‌یابد، اما افزودن مولیبدن این اثر را بیشتر می‌کند، به ویژه در گریدهایی مانند 316 (با 18% کروم، 2.5% مولیبدن و 12% نیکل). افزودن نیتروژن همچنین در افزایش مقاومت به حفره‌ای شدن مؤثر است. بنابراین، اثرات ترکیبی کروم، نیتروژن و مولیبدن به عنوان معیاری برای ارزیابی مقاومت در برابر حفره‌ای شدن فولاد زنگ نزن مورد استفاده قرار می‌گیرد. این معیار به عنوان عدد معادل مقاومت به حفره‌ای شدن (PREN) شناخته می‌شود که به صورت زیر تعریف می‌شود:

PREN = Cr% + 3.3Mo% + 16N%

جدول زیر فلزات مختلف را بر اساس مقاومت به خوردگی طبقه‌بندی می‌کند:

دمای بحرانی حفره‌ای شدن (CPT)

دمای بحرانی حفره‌ای شدن (CPT) دمای خاصی است که در آن خوردگی حفره‌ای برای یک گرید خاص از فولاد زنگ نزن آغاز می‌شود. این دما تحت تأثیر شرایط سطحی، حضور رسوبات و یون‌های کلرید و همچنین دمای محیط قرار دارد. بنابراین، انتخاب گریدی که در دمای کاری تحت تأثیر حفره‌ای شدن قرار نگیرد، حائز اهمیت است.

مقادیر CPT با استفاده از استانداردهای ASTM A48 در محلول‌های کلرید فریک (10% FeCl3) و در مخلوط‌های اسیدی کلرید و سولفات (4M HCl + 1% FeSO4 + 3% NaCl) مشخص می‌شود. آزمایش‌های آزمایشگاهی برای بررسی رفتار حفره‌ای شدن معمولاً از طریق آزمون‌های الکتروشیمیایی انجام می‌شود.

گریدهای مطلوب برای مقاومت به حفره‌ای شدن

فولادهای زنگ نزن آستنیتی با درصد بالاتری از کروم و مولیبدن، مانند تیپ‌های 304، 316 و 317، مقاومت بیشتری در برابر حفره‌ای شدن از خود نشان می‌دهند. از سوی دیگر، می‌توان از موادی مانند آلیاژهای پایه نیکل (مانند Inconel 625، Hastelloy و Alloy X-6) یا فولادهای خاصی مانند 317L، Jessop 700، LM، تیتانیم، مس-نیکل و آلیاژهای نیکل-مس نیز استفاده کرد.

خوردگی شیاری فولاد زنگ نزن

شیارها، که در شرایط اتصال فلز به فلز، گسکت و رسوبات خوردگی ایجاد می‌شوند، دسترسی به اکسیژن را محدود کرده و منجر به خوردگی شیاری می‌شوند. عوامل زیادی در فولادهای زنگ نزن آستنیتی سبب آغاز و گسترش خوردگی شیاری می‌شوند:

عوامل مؤثر بر خوردگی شیاری

1. عوامل هندسی: نوع شیار (فلز به فلز، فلز به غیر فلز)، عرض و عمق شیار و نسبت مساحت سطحی خارجی به داخلی.
2. عوامل محیطی: درصد اکسیژن، pH، درصد کلرید، دما، تلاطم، نفوذ و همرفت.
3. عوامل الکتروشیمیایی: محلول فلزی، کاهش اکسیژن، ایجاد هیدروژن.
4. عوامل متالورژیکی: ناخالصی‌ها در ترکیب آلیاژ و ویژگی‌های لایه پسیو.

کاهش اثر خوردگی شیاری

برای کاهش اثرات خوردگی شیاری، باید تا حد امکان از ایجاد شیارها جلوگیری کرد. این مشکل را می‌توان با حفظ یکنواختی سرعت جریان در مبدل‌های حرارتی و استفاده از گریدهای فولادی با کروم و مولیبدن بالا که در برابر خوردگی شیاری مقاوم‌تر هستند، بهبود بخشید. فولادهای زنگ نزن آستنیتی با مقادیر بیشتر مولیبدن، مانند L904، L316 و 254 SMO و همچنین گریدهای فریتی مانند Mo-2Cr18 و فولادهای دوپلکس مانند 2205، مقاومت زیادی در برابر خوردگی شیاری نشان می‌دهند.

دمای بحرانی خوردگی شیاری (CCCT)

برای یک گرید خاص از فولاد زنگ نزن، خوردگی شیاری تحت تأثیر دمای محیط نیز قرار دارد. بالای دمای بحرانی، خوردگی شیاری آغاز می‌شود و در دماهای پایین‌تر از دمای بحرانی، این نوع خوردگی شروع نمی‌شود. بنابراین انتخاب یک گرید فولادی که در معرض خوردگی شیاری قرار نگیرد، ممکن است، به شرطی که دمای محیط شیمیایی از مقادیر بحرانی تجاوز نکند.

مقادیر CCCT از طریق استاندارد ASTM B48G در کلرید فریک (محلول 6% FeCl3 برای آزمایش‌های شیاری 72 ساعته) به دست می‌آید.

مقایسه خوردگی حفره‌ای و خوردگی شیاری فولاد زنگ نزن

اگرچه مکانیزم‌های آغاز خوردگی حفره‌ای و شیاری متفاوت است، اما مکانیزم‌های گسترش آن‌ها مشابه هستند. خوردگی شیاری برای آغاز به شرایط خورنده شدید نیاز ندارد. فولادی که در یک محلول خاص به حفره‌ای شدن مقاوم است، ممکن است در همان محلول دچار خوردگی شیاری شود. با کنترل معیارهای متالورژیکی مؤثر بر بهبود مقاومت به حفره‌ای شدن، می‌توان مقاومت به خوردگی شیاری را نیز بهبود داد. جلوگیری از حضور سولفیدهای منگنز بهبود مقاومت به حفره‌ای شدن و خوردگی شیاری را به همراه دارد.

استراتژی‌های کاهش ناخالصی سولفید منگنز

سه رویکرد ممکن برای کاهش ناخالصی‌های سولفید منگنز وجود دارد:

1. کاهش محتوای منگنز به زیر حد انحلال MnS.
2. کاهش محتوای گوگرد به زیر حد انحلال MnS.
3. افزودن عناصر آلیاژی مانند تیتانیوم و زیرکونیوم برای تشکیل سولفیدهای قوی‌تر و مفیدتر.