چرا فولاد زنگ نزن زنگ میزند؟
فولادهای زنگ نزن (S.S) بر اساس دستهبندی موسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) به دو سری ۲۰۰-۳۰۰ و سری ۴۰۰ تقسیم میشوند. هر سری شامل چندین نوع فولاد با رفتارهای متفاوت است.
فولادهای سری ۲۰۰-۳۰۰
این فولادها از نوع آستنیتی (Austenitic) بوده و به دلیل سختی بالا و نرمی مطلوب، نیازی به عملیات حرارتی ندارند. این ویژگیها آنها را برای جوشکاری مناسب میسازد و تحت شرایط عادی اتمسفری نیازی به آنیل شدن ندارند. علاوه بر این، این فولادها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند و معمولاً غیرمغناطیسی هستند. سخت شدن آنها تنها از طریق عملیات کار سرد (Cold Work) صورت میگیرد. میزان کربن در این فولادها بین ۰.۰۸ تا ۰.۲۵ درصد، میزان کروم بین ۱۶ تا ۲۶ درصد و میزان نیکل بین ۶ تا ۲۲ درصد است.
تفاوت فولاد ۳۰۴ و ۳۱۶
یکی از تفاوتهای برجسته فولاد ۳۱۶ نسبت به ۳۰۴، وجود حداکثر ۳ درصد مولیبدنیوم در ترکیب آن است. مولیبدنیوم مقاومت این آلیاژ کروم-نیکل را در برابر اکثر مواد و حلالهای شیمیایی صنعتی افزایش داده و همچنین باعث مقاومت بیشتر در برابر خوردگی حفرهای (Pitting) در محیطهای حاوی کلریدها میشود. به همین دلیل، فولاد ۳۱۶ برای استفاده در محیطهای دریایی یکی از مهمترین انتخابهاست.
عوامل خوردگی در فولادهای زنگ نزن
در فولادهای زنگ نزن دو عامل مهم که به خوردگی و زنگ زدن منجر میشوند، یکی حساس شدن (Sensitization) و دیگری اکسیدزدایی ناقص پس از جوشکاری است. هر یک از این عوامل در ادامه توضیح داده میشوند.
حساس شدن (Sensitization)
حساس شدن به پدیدهای اطلاق میشود که در آن کربید کروم در مرز دانههای فولاد زنگ نزن آستنیتی رسوب میکند. این اتفاق زمانی رخ میدهد که فولاد در محدوده دمایی ۴۲۵ تا ۸۷۰ درجه سانتیگراد (۸۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه فارنهایت) حرارت داده شود، به ویژه در زمان جوشکاری. مدت زمانی که فولاد در این دما قرار دارد، تعیینکننده مقدار رسوب کربید است.
با رسوب کربید کروم در مرز دانهها، مناطق مجاور از کروم تهی میشوند. اگر این فرایند بهطور مداوم رخ دهد، فولاد نسبت به خوردگی بین دانهای (Intergranular Corrosion) حساس میشود. همچنین، حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع دیگر خوردگی نظیر خوردگی حفرهای، خوردگی شکافی (Crevice Corrosion) و ترک خوردگی ناشی از تنش (SCC) کاهش میدهد.
روشهای جلوگیری از حساس شدن
برای جلوگیری از پدیده حساس شدن، میتوان از نمودارهای دما-زمان حساس سازی استفاده کرد تا اثرات زمان و دما بر این فرایند مشاهده شود. یکی از نمودارهای حساس سازی فولاد ۳۰۴ در شکل زیر نمایش داده شده است.
روش دیگری که برای جلوگیری از حساس شدن به کار میرود، استفاده از فولادهای پایدار (Stabilized Steels) مانند ۳۲۱ و ۳۴۷ است. این فولادها حاوی تیتانیوم (Titanium) یا نیوبیوم (Niobium) هستند که تمایل بیشتری به ترکیب با کربن دارند و به راحتی کربید تشکیل میدهند. این امر باعث میشود حتی در شرایط حساس سازی طولانی مدت، کروم در ساختار باقی بماند و در حلال حل نشود.
