خوردگي فلزات و اثر آن بر روي صنايع مختلف

تعريف  خوردگي
خوردگي را تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در آن قراردارد تعريف مي كنند و بعضي ها اصرار دارند كه اين تعريف بايستي محدود به ‌فلزات باشد . ولي بايستي براي حل اين مسئله هم فلزات و هم غير فلزات را در نظر بگيريم .
مثلاً‌تخريب رنگ و لاستيك بوسيله نور خورشيد يا مواد شيميايي ، خورده شدن جدارة كوره فولاد سازي ، و خوره شدن يك فلز جامد بوسيله مذاب يك فلز ديگر و حتي خورد شدن فولادي كه در داخل تيرهاي بتني برق قرار دارد تماماً خوردگي ناميده مي شوند.
2-1- محيط هاي خورنده :
عملاً‌كليه محيط ها خورنده هستند،‌لكن شدت خورندگي آنها متفاوت است . مثالهايي در اين مورد عبارتند از : هوا ، رطوبت  آبهاي تازه ، مقطر،‌نمكدار و معدني . اتمسفرهاي روستائي، شهري،‌صنعتي ، بخار و گازهاي ديگر مثل كلر- آمونياك –سولفور هيدروژن ، دي اكسيد گوگرد وگازهاي سوختني، اسيدهاي معدني مثل اسيد كلريدريك، سولفوريك و نيتريك، اسيدها‌ي‌آلي مثل اسيد نفتيك‌، استيك و فرميك، قليائي ها ، خاكها ، طلاها، روغنهاي نباتي و نفتي و انواع و اقسام محصولات غذائي، بطور كل مواد «‌معدني » خورنده تر از مواد «‌آلي » مي باشند. مثلاً‌خوردگي در صنايع نفت بيشتر در اثر كلرور سديم ، گوگرد ، اسيد سولفوريك و كلريدريك و آب است تا بخاطر روغن ، نفت و بنزين .كاربرد درجه حرارتهاي فشارهاي بالا در صنايع شيميايي باعث امكان پذير شدن فرآيندهاي جديد با بهبود فرآيندها قديمي شده است ، به عنوان مثال ( راندمان بالاتر ) سرعت توليد بيشتر ، يا تقليل قيمت تمام شده . اين مطلب همچنين در مورد توليد انرژي از جمله انرژي هسته‌‌اي ، صنايع فضائي و تعداد بسيار زيادي از روشها و فرآيندها صادق است . درجه حرارتها و فشارهاي بالاتر معمولاً باعث ايجاد شرايط خوردگي شديدتر مي گردند بسياري از فرآيندها و عمليات متداول امروزه بدون استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگي غير ممكن ياغير اقتصادي مي باشند.
زنگ لفظي است كه براي آلياژهاي آهني به كار برده مي شود. زنگ از اكسيدهاي آهن تشكيل شده و معمولاً‌اكسيد نيتريك هيدراته است . موقعي كه در يك آگهي تجاري ادعا مي شود كه يك آلياژ غير آهني زنگ نمي زند ، ادعايي بيش نيست و لكن بدان معني نسبت كه آن فلز خورده نخواهد شد
3-1- فولادهاي كم آلياژي:
فولادهاي كربني با يك يا چند عنصر كرم ، نيكل ، مس ، موليبدن ، فسفر واناديم، به مقادير چند درصد يا كمتر از فولاد كم آلياژي مي نامند. مقادير بالا از عناصر الياژي معمولاً براي خواص مكانيكي و سختي پذيري است . از نقطه نظر مقاومت در برابر خوردگي محدودة تا ماكزيمم 2 درصد بيشتر مورد توجه است . در اين محدوده  استحكام فولادها بالاتر از فولادهاي ساده كربني بوده ولي مهمترين  خاصيت آنها مقاومت خيلي بهتر در برابر خوردگي آتمسفري است .گاهي اوقات در محيط هاي آبي نيز اين فولادها داراي مزايائي مي باشند
اثرات افزودني هاي ميکروآلياژ کننده :
اين بخش بر روي فولادهاي پرليت – فريت ميکروآلياژ شده تاکيد کرده است ، که از افزودني هاي عناصر آلياژ کننده مثل نيوبيوم و واناديوم براي بالا بردن کربن و يا محتواهاي منگنز استفاده مي کند ( و به اين ترتيب توانايي حمل بار بالا مي رود ) بررسي هاي گسترده در طول دهه 1960 بر روي اثرات نيوبيوم و واناديوم روي خصوصيات مواد يا مصالح درجه ساختماني باعث کشف اين موضوع گرديد که مقادير کم نيوبيوم، واناديوم هر کدام (10/0% ) فولادهاي استاندارد کربن – منگنز را بدون تداخل با بعمل آوري بعدي مستحکم و قوي مي سازند مقدار کربن نيز مي تواند کم شود تا هم قابليت جوش را بالا ببرد و هم چقرمگي را ، چون اثرات مقاومت دهندگي نيوبيوم و واناديوم بخاطر کاهش در استحکام ناشي از کاهش در مقدار کربن جبران مي شوند .
خصوصيات مکانيکي فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالاي ميکرو آلياژ شده ، فقط در صورت افزايش عناصر ميکرو آلياژ کننده حاصل مي شوند . لازمه ي وجود آستنيت که به اثرات پيچيده طرح آلياژ و تکنيک هاي نورد کاري بستگي دارد ،  نيز يک فاکتور مهم در تصفيه دانه اي فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالاي نورد گرم است . تصفيه دانه اي در صورت وجود آستنيت با روش هاي نورد کاري کنترل شده ، باعث چقرمگي بالا و استحکامهاي تسليم زياد در رنج 345 تا 620 مگا پاسکال(ksi 90 تا 50) مي شود
اين توسعه فرآيندهاي نوردکاري کنترل شده همراه با طرح آلياژ، سطوح استحکام تسليم بالايي را توليد کرده است که با پايين آمدن تدريجي مقدار کربن توام مي باشد بسياري از فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالا ميکروآلياژ شده اختصاصي ، مقادير کربن به كمي 60/0% و يا حتي كمتر دارند ، با اين حال هنوز مي توانند استحکام تسليم حدود 485 مگا پاسکال (ksi 70) را توسعه داده و ايجاد نمايند . استحکام تسليم بالا  ، با اثرات ترکيبي اندازه دانه ريز ايجاد شده و در طول نورد کاري گرم کنترل شده و استحکام دهندگي رسوب حاصل مي شود که اين خصوصيت ناشي از حضور واناديوم ، نيوبيوم و تيتانيوم است .
2-3-1- انواع گوناگون فولادهاي فريت – پرليت ميکروآلياژ شده عبارتند از :
1-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم
2-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم
     3-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم – نيوبيوم
4-2-3-1- فولادهاي موليبدن – نيوبيوم
5-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم – نيتروژن
6-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده تيتانيوم
7-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم – تيتانيوم
8-2-3-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده تيتانيوم – واناديوم
اين فولادها ممکن است شامل عناصر ديگري هم باشند تا مقاومت خوردگي بالايي داشته باشند و مقاومت محلول جامد را بالا برده و قابليت سخت کاري زيادي را در بر بگيرند(اگر محصولات تغيير شکل غير از فريت – پرليت بهينه باشند) ]1[.
فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم :
تهيه و توسعه فولادهاي حاوي واناديوم مدت کوتاهي پس از تهيه فولادهاي هوازدگي رخ مي دهد و محصولات نورد شده صاف با بيش از 10/0%  واناديوم بطور وسيعي در شرايط نورد گرم بکار مي روند فولادهاي حاوي واناديوم نيز در شرايط نورد کنترل شده ، نرمال شده و يا کوئنچ و تمپر شده بکار مي روند .
واناديوم با تشکيل ذرات رسوب ريز ( با قطر 5  الي 100 نانومتر ) V (CN) در فريت در طول سرد سازي پس از نورد گرم به قوي ساختن کمک مي کند . اين رسوبات واناديوم ، که به پايداري رسوبات نيوبيوم نيستند ، محلول در همه دماهاي عادي نورد کاري هستند که براي ايجاد فريت دانه ريز مفيد مي باشند (بخش فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم  در اين تحقيق را مشاهده نماييد)  قوي ساختن به وسيله واناديوم ، بين 5تا 15 مگا پاسکال ( ksi 2 و 7/0 ) در هر 01/0 ترکيب شيميايي واناديوم است و اين حد متوسط به مقدار کربن و سرعت سرد سازي حاصل از نورد گرم بستگي دارد ( و بنابراين به ضخامت مقطع نيز بستگي دارد ) سرعت سرد سازي که با دماي نورد گرم
و ضخامت مقطع معين مي شود برروي قوي ساختن سطح رسوب در فولاد 15/0% واناديوم تاثير مي گذارد که در شکل 1-1 نشان داده شده است .
يا کاهش دما قبل ازسرد سازي به ترتيب افزايش يافته و يا کاهش يابند. افزايش دما باعث بزرگتر شدن اندازه دانه اي آستنيت مي شود در حاليکه کاهش دماي نورد کاري را دشوار تر مي سازد .
مقدار منگنز نيز بر روي استحکام دادن فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم تاثير مي گذارد اثر منگنز روي فولاد واناديوم نورد شده گرم در جدول (2-1) نشان داده شده است با افزايش 9/0 درصد منگنز که ناشي از قوي ساختن محلول جامد است . قوي کردن رسوب واناديوم نيز افزايش مي يابد چون منگنز دماي تغيير شکل آستنيت به فريت را پايين مي آورد به اين ترتيب باعث پراکندگي رسوب ريزتر مي شود . اين اثر منگنز روي قوي ساختن رسوب بزرگتر از اثرش در فولادهاي نيوبيوم است با اينحال استحکام مطلق در يک فولاد نيوبيوم داراي Mn 2/1 % فقط حدود 50 مگا پاسکال ( ksi 7) کمتر از فولاد واناديوم است اما در سطح آلياژي بسيار کمتري است ( يعني nb 06/0 % در برابر 14/0% واناديوم ) سومين عاملي که روي استحکام فولادهاي واناديوم تاثير مي گذارد اندازه دانه اي فريت توليد شده بعد از سرد سازي از دماي آستنيت کننده است . اندازه هاي دانه اي فريت ريزتر (که نه تنها باعث استحکام هاي تسليم بالاتر شده بلکه چقرمگي و شکل پذيري را نيز بالا مي برند) مي توانند با دماهاي تغيير شکل کمتر آستنيت به فريت و يا با شکل گيري اندازه هاي دانه اي آستنيت ريز تر قبل از تغيير شکل توليد شوند پايين آوردن دماي تغيير شکل که روي قوي ساختن سطح رسوب تاثير مي گذارد مي تواند با افزودن آلياژ و يا با سرعت هاي سردسازي افزايش يافته ايجاد شود  در مورد يک سرعت سرد سازي داده شده تصفيه اندازه دانه فريت و تصفيه اندازه دانه آستنيت در طول نورد کاري صورت مي گيرد .