-مقدمه

فولادهای زنگ‌نزن اوستنیتی به علت دارا بودن خواص مكانیكی مناسب و مقاومت عالی به خوردگی، كاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند. اگر چه حالت كارشده (Wrought) این فولادها، مقاوم به خوردگی است، اما حالت جوشكاری شده آن ممكن است مقاوم به خوردگی نباشد. سیكل حرارتی ناشی از جوشكاری و یا عملیات حرارتی تنش‌زدایی كه بر فولاد اعمال می‌شود، ممكن است باعث رسوب فاز كاربید كروم در مرز دانه‌های فولاد، در منطقه متأثر از جوش بشود. نتیجه این فرایند، كاهش غلظت عنصر كروم در مناطق چسبیده به رسوبها است كه ممكن است این اختلاف غلظت در تركیب شیمیایی، باعث از دست رفتن مقاومت فولاد به خوردگی بشود و فولاد به نوعی خوردگی به نام "خوردگی بین دانه‌ای" حساس بشود. اگر فولاد تحت این شرایط، در محیط سرویس قرار بگیرد، مناطق حساس شده، خورده می‌شوند و در نهایت، قطعه دچار شكست ناشی از خوردگی خواهد شد.

طبق آمارهای موجود، سهم عمده‌ای از شكست قطعات در صنایع، شكست ناشی از خوردگی می‌باشد كه قسمتی از آن نیز به خوردگی بین دانه‌ای مربوط می‌شود. در نتیجه، با توجه به اهمیت موضوع، هنگام انتخاب فولاد، باید از مقاومت به خوردگی بین دانه‌ای فولاد مورد نظر، بعد از اتمام پروسه‌های ساخت، اطمینان حاصل نمود.

خوردگی بین دانه‌ای، اولین بار حدود 75 سال پیش شناخته شد. از آن موقع به بعد، تحقیقات فراوانی به منظور شناخت بهتر این پدیده و روشهای جلوگیری از آن صورت گرفت. در طول این مدت، در عملیات تولید فولاد و روشهای جوشكاری آن، تغییرات قابل ملاحظه‌ای اتفاق افتاده است. با این همه، كماكان این سئوال مطرح است كه هم اكنون نیز در استفاده از این فولادها، با پدیده خوردگی بین دانه‌ای روبرو می‌شویم یا خیر؟

نتیجه تحقیقات فراوان انجام شده در سالیان گذشته و یافته‌های محققان در زمینه مقابله با این پدیده در این گزارش آورده شده است. شرایط تركیب شیمیایی، روشهای جوشكاری، عملیات حرارتی و شرایط محیطی كه تحت آن خوردگی بین دانه‌ای می‌تواند اتفاق بیفتد، مشخص شده و روشهای جوشكاری برای حداقل كردن این پدیده، معرفی شده است.  

          قسمتی از این گزارش به پدیده Knife Line Attack و مكانیزم تشكیل و روش‌های جلوگیری از آن اختصاص دارد. Knife Line Attack  نیز نوعی خوردگی موضعی است كه مكانیزم آن با مكانیزم خوردگی بین دانه‌ای تفاوت دارد و در فولادهای تثبیت شده اتفاق می‌‌افتد، ولی به علت شباهت به خوردگی بین دانه‌ای، در بعضی مراجع، نوعی از خوردگی بین دانه‌ای در نظر گرفته می‌شود.

1-1-    تعریف خوردگی

به تغییراتی كه در نتیجة واكنش‌های شیمیایی یا الكتروشیمیایی مواد با محیط اطراف آنها ایجاد شده و باعث تخریب تدریجی قطعات می‌شود، خوردگی گفته می‌شود. خوردگی، یك واكنش نامطلوب است كه سبب جدا شدن تدریجی اتمها از سطح قطعات و تخریب آنها می‌شود كه در نهایت باعث شكست قطعه شده و خساراتی را بوجود می‌آورد ]1[.

سرعت فعل و انفعالات خوردگی به عواملی مانند درجه حرارت و غلظت محیط اثركننده بستگی دارد. البته عوامل دیگری نیز مانند تنش مكانیكی (Stress) و فرسایش (Erosion) می‌تواند به خوردگی كمك كند ]1[.

پدیده خوردگی، در اغلب فلزات و آلیاژهای آنها ظاهر می‌شود زیرا اغلب فلزات و آلیاژها تمایل به ایجاد تركیباتی با اتمها یا مولكولهایی از محیط اطراف خود كه تحت شرایط موجود از لحاظ ترمودینامیكی پایدار است، دارند. فقط تعداد كمی از فلزات مانند طلا یا پلاتین، تحت شرایط معمولی پایدار هستند و تمایلی به ایجاد واكنش با محیط اطراف ندارند ]1[.

در ادامه این فصل به تشریح برخی از خوردگی‌های مرسوم پرداخته می‌شود.

1-2-   خوردگی الكتروشیمیایی

متداولترین نوع خوردگی، خوردگی الكتروشیمیایی است. این نوع خوردگی غالباً در محیط آبی كه شامل یونهای نمك محلول است رخ می‌دهد. بنابراین آب حاوی یونها، از مایعات الكترولیتی محسوب می‌شود كه محیط مناسبی برای انجام بیشترین واكنشهای خوردگی است. برای درك بهتر خوردگی الكتروشیمیایی، در ذیل، به تشریح واكنشهای الكتروشیمیایی پرداخته می‌شود ]1[.

موقعی كه قطعة فلزی، در مایع الكترولیتی (مانند HCl) قرار گیرد، اتمهای فلز در اسید حل می‌شوند یا به عبارتی، توسط اسید خورده می‌شوند. بدین صورت اتمهای فلز طبق واكنش ، به صورت یون، از فلز جدا می‌شوند و داخل الكترولیت قرار می‌گیرند. به این ترتیب مدار الكتریكی در سیستم (بین فلز و الكترولیت) برقرار می‌شود. مطابق شكل 1-1 این سیستم دارای 4 جزء است:

1-   آند: الكترونها را به مدار داده و یونهای فلزی از آن جدا می‌شوند و آند زنگ می‌زند.

2-   كاتد: الكترونها را می‌گیرد.

3-   اتصال الكتریكی: به منظور جریان الكترونها از آند به سمت كاتد و ادامه واكنش بین آند و كاتد برقرار می‌شود.

4-   الكترولیت مایع: كه باید با آند و كاتد در تماس باشد. الكترولیت هادی بوده و مدارالكتریكی را كامل می‌كند. الكترولیت‌ها، وسیلة حركت یونهای فلزی را از سطح آند به سمت كاتد تأمین می‌كنند ]1[.

شكل 1‑1- اجزای یك پیل ساده الكتروشیمیایی]1[.

 بنابراین واكنشهای خوردگی الكتروشیمیایی، با واكنشهای اكسیداسیون كه الكترونها را تولید می‌كند و واكنشهای احیاء كه آنها را مصرف می‌كند، در ارتباط است. هر واكنش، یعنی واكنشهای اكسیداسیون و احیاء باید همزمان و با سرعت یكسان انجام شوند. واكنش زیر بصورت اكسیداسیون در آند انجام می‌گیرد به صورتی كه فلز، یونیزه می‌شود :

 (1)                                     (به داخل فلز)   (به داخل الكترولیت) (در سطح فلز) برعكس، واكنش زیر كه در آن فلز با گرفتن الكترون به صورت فلز اتمی آزاد می‌شود (واكنش احیاء)، واكنش كاتدی نامیده می‌شود :

(2)         (رسوب در سطح ‌خارجی‌ كاتد)  (الكترون ‌از فلز)  (یون ‌موجود در الكترولیت) 

تمایل فلزات برای خوردگی در محیط خورندة خاص متفاوت است. یكی از روشهایی كه برای مقایسه تمایل فلزات برای شكل‌گیری یونهای فلز در محلولهای مایع به كار می‌رود، مقایسه پتانسیلهای اكسیداسیون یا احیای نیم پیل آنها با پتانسیل مربوط به نیم پیل یون هیدروژن به عنوان مبناست (الكترود هیدروژن استاندارد) ]1[.

1-3-   خوردگی یكنواخت و خوردگی موضعی

عنوان خوردگی موضعی، در مقایسه با خوردگی یكنواخت به كار می‌رود. خوردگی یكنواخت هنگامی اتفاق می‌افتد كه شار یونهای فلزی از سطح و شار یون‌های كاتدی (روابط 1 و 2 در صفحه قبل) به سطح، در ابعاد اتمی، یكنواخت باشد. از  نقطه نظر عملی، خوردگی یكنواخت هنگامی اتفاق می‌افتد كه سایتهای (sites) موضعی كاتدی و آندی، به اندازه كافی كوچك باشند و بطور یكنواخت توزیع شده باشند تا به شكست به واسطه موضعی شدن واكنش آندی منجر نشوند. در واقع، هر ناهمواری فیزیكی در سطح فلز، به تشكیل یك آند موضعی تمایل دارد مانند مرزدانه‌ها، عیوب كریستالی نظیر نابجائیها، پله‌های سطحی، فازهای متفاوت و سطح خشن ناشی از ماشینكاری، سنگ زدن، خراش و ... . همچنین صفحات كریستالی مختلف شبكه كریستالی از یك فلز، آرایش اتمی مختلف دارند و رفتار الكتروشیمیایی متفاوتی از خود نشان می‌دهند (مثلا" بعضی صفحات در محیط‌های آبی آندی‌تر می‌شوند). دانه‌های سطحی از یك فلز پلی كریستال ممكن است در معرض محیط خورنده، سرعت خوردگی متفاوتی از خود نشان دهند. اغلب اوقات این اختلاف در رفتار موضعی كوچك است و در مقیاس ماكروسكوپی خوردگی بصورت یكنواخت ظاهر می‌شود. در بعضی حالات، حمله خوردگی بسیار موضعی است و به شكست موضعی (localized failure) منجر می‌شود ]2[.

خوردگی موضعی ممكن است در اثر عوامل مختلفی اتفاق بیفتد. در مورد خوردگی مورد نظر ما، خوردگی موضعی در اثر تغییر در تركیب شیمیایی اتفاق می‌افتدكه عبارتست از جدایش شیمیایی در نتیجه رسوب یك فاز از محلول جامدی كه از نظر ترمودینامیكی ناپایدار است. تعداد زیادی از آلیاژها هنگامی كه در سرویس قرار می‌گیرند و وقتی كه در سرعتهای بالا سرد شده باشند، رفتار مقاوم به خوردگی از خود نشان می‌دهند. مقاومت به خوردگی فقط برای تركیبات آلیاژی بدست می‌آید كه در دمای بالا محلول جامد كاملی تشكیل دهند و این محلول جامد در سرعتهای سرد كردن عملی، باقی بماند. اگر سرد شدن خیلی آرام باشد یا به دنبال كوئنچ كردن (سرد كردن سریع) دوباره آلیاژ را تا دمای نسبتا" بالا حرارت دهیم، یك یا چند فاز از محلول جامد رسوب می‌كنند و تغییرات موضعی در تركیب شیمیایی به واسطه تشكیل رسوب ممكن است آلیاژ را به خوردگی موضعی حساس كند. بسته به نوع آلیاژ، زمان مورد نیاز برای رسوب، ممكن است از چند ثانیه تا چند ساعت باشد. زمانهای كم در جوشكاری و زمانهای بالا در تنش‌زدایی اهمیت دارد ]2[.

 خوردگی‌های موضعی، بطور متداول در فولادهای زنگ‌نزن بویژه در فولادهای زنگ‌نزن اوستنیتی، اتفاق  می‌افتد. طبق آماری كه از صنایع شیمیایی Dupont منتشر شده است، از 685 مورد شكست در خطوط لوله و تجهیزات این كارخانه در مدت 4 سال كه بیشتر از90 درصد آنها از جنس فولاد زنگ‌نزن بوده‌اند، 2/55 درصد آن مربوط به خوردگی می‌باشد. همانطوریكه در جدول1-1 نشان داده شده است، قسمت عمده شكست‌های ناشی از خوردگی، به خوردگی‌های موضعی از نوع SCC، IGC، Pitting، Corrosion Fatigue و Crevice corrosion  ارتباط دارد. از این بین، حدود 6/5 درصد شكست‌ها نیز به خوردگی بین دانه‌ای مربوط می‌شود]

جهت دریافت فایل بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن آستنیتی لطفا آن را خریداری نمایید