در محیطهای گرمایش صنعتی خورنده، وضعیت سطح نقش تعیینکنندهای در تعیین قابلیت اطمینان بلندمدت اجزای فولاد ضد زنگ دارد. برای لوله های گرمایش ضد خوردگی ساخته شده از فولاد ضد زنگ 316، ترکیب آلیاژ پایه مقاومت در برابر خوردگی اساسی را فراهم می کند. با این حال، عملیات غیرفعال سازی سطحی اغلب به عنوان یک فرآیند پس از ساخت{5}}برای بهبود عملکرد بیشتر اعمال می شود. سوال مهم این است که آیا غیرفعال کردن می تواند به طور قابل توجهی مقاومت خوردگی را در خدمات صنعتی عملی، به ویژه در شرایط اسیدی یا حاوی کلرید، بهبود بخشد؟
برای پاسخ به این موضوع لازم است مبانی الکتروشیمیایی حفاظت در برابر خوردگی در فولاد ضد زنگ بررسی شود.
مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ 316 به تشکیل خود به خود یک لایه نازک اکسید کروم- روی سطح آن بستگی دارد. این لایه غیرفعال که معمولاً فقط چند نانومتر ضخامت دارد، به عنوان یک مانع محافظ عمل می کند که از انحلال بیشتر فلز جلوگیری می کند. افزودن مولیبدن در فولاد زنگ نزن 316 باعث افزایش پایداری این لایه غیرفعال به ویژه در برابر خوردگی حفره ای در محیط های کلرید می شود.
با این حال، فرآیندهای ساخت مانند شکل دهی سرد، جوشکاری، ماشینکاری و سنگ زنی سطح ممکن است یکپارچگی فیلم غیرفعال را مختل کند. این عملیات می تواند آلودگی آهن جاسازی شده، آخال های سطحی، اکسیدهای رنگی حرارتی و ناهمگونی های ریزساختاری را معرفی کند. چنین نقص های سطحی ممکن است به عنوان محل شروع برای خوردگی موضعی، به ویژه در محلول های شیمیایی تهاجمی عمل کنند.
هدف از عملیات غیرفعال سازی سطحی، بازسازی و تقویت لایه اکسید غنی از کروم-است. به طور معمول، این فرآیند شامل عملیات شیمیایی با محلولهای اسید نیتریک یا اسید سیتریک است که آهن آزاد را حذف میکند و باعث تشکیل یک فیلم غیرفعال یکنواختتر میشود. بر خلاف سیستم های پوشش، غیرفعال سازی یک لایه خارجی اضافه نمی کند. در عوض، مکانیسم محافظ طبیعی فولاد ضد زنگ را بهینه می کند.
در محیطهای با خورندگی خفیف، بهبود عملکرد حاصل از غیرفعالسازی ممکن است کم به نظر برسد، زیرا مقاومت خوردگی ذاتی آلیاژ از قبل کافی است. با این حال، در برنامههای گرمایشی حاوی کلرید یا اسیدی که در دماهای بالا کار میکنند، مزایا آشکارتر میشوند. یک فیلم غیرفعال یکنواخت تر و پایدارتر از نظر شیمیایی، احتمال شکسته شدن لایه غیرفعال موضعی را کاهش می دهد و در نتیجه احتمال شروع حفره را کاهش می دهد.
دما اهمیت کیفیت غیرفعال سازی را تقویت می کند. در دماهای بالاتر، سرعت واکنش الکتروشیمیایی افزایش مییابد و فیلم غیرفعال باید تنش ترمودینامیکی بیشتری را تحمل کند. در کاربردهای لوله گرمایشی که دمای سطح غلاف ممکن است از دمای محلول توده بیشتر شود، حتی عیوب سطح جزئی می تواند خوردگی را تسریع کند. غیرفعال سازی مناسب این نقاط ضعف را کاهش می دهد و به بهبود پایداری تحت تنش حرارتی کمک می کند.
زبری سطح نیز بر رفتار خوردگی تأثیر می گذارد. سطوح صاف تر معمولاً محل های شکاف کمتری را نشان می دهند و تمایل کمتری به تجمع رسوب دارند. عملیات غیرفعال سازی اغلب به دنبال فرآیندهای تکمیل مکانیکی است که صافی سطح را بهبود می بخشد. در ترکیب، این مراحل سلولهای غلظت موضعی را که در آن کلریدها یا گونههای اسیدی ممکن است انباشته شوند، کاهش میدهند.
با این وجود، غیرفعال سازی محدودیت هایی دارد. نمی تواند اساساً انتخاب مواد نامناسب را جبران کند. اگر محیط شیمیایی از پوشش مقاومت در برابر خوردگی فولاد زنگ نزن 316 بیشتر شود-به عنوان مثال، در محلول های کلرید داغ با غلظت بالا یا اسیدهای احیا کننده قوی-غیرفعال شدن به تنهایی نمی تواند از تخریب سریع جلوگیری کند. در چنین مواردی، ارتقاء به لولههای گرمایشی مبتنی بر-فولاد ضد زنگ آلیاژی یا تیتانیوم{7} بالاتر ممکن است ضروری باشد.
همچنین مهم است که تشخیص داده شود که غیرفعال کردن به طور قابل توجهی خواص مکانیکی یا مقاومت ساختاری را تغییر نمی دهد. تأثیر آن در درجه اول الکتروشیمیایی و سطح- مرتبط است. بنابراین، دوام کلی هنوز به ضخامت دیوار، کنترل تنش، کیفیت ساخت و شرایط عملیاتی بستگی دارد.
از منظر چرخه عمر، غیرفعال کردن یک روش مقرون به صرفه{0}}برای افزایش قابلیت اطمینان خوردگی است. این فرآیند به هزینه ساخت اضافی نسبتاً پایینی نیاز دارد، اما میتواند خطر خوردگی در مراحل اولیه را کاهش دهد، بهویژه در سیستمهایی که فواصل بازرسی محدود یا الزامات ایمنی دارند. در لوله های گرمایش الکتریکی، جلوگیری از نفوذ غلاف بسیار مهم است زیرا شکست خوردگی ممکن است منجر به آلودگی عایق و خطرات الکتریکی شود. با کاهش احتمال حمله موضعی، غیرفعال سازی به طور غیرمستقیم ایمنی الکتریکی و پایداری عملیاتی را بهبود می بخشد.
در نتیجه، عملیات غیرفعال سازی سطحی می تواند به طور قابل توجهی مقاومت خوردگی لوله های گرمایش فولاد ضد زنگ 316 را با بهبود یکنواختی فیلم غیرفعال، کاهش آلودگی سطح و کاهش حساسیت به شروع حفره افزایش دهد. در حالی که نمی تواند جایگزین انتخاب مواد مناسب در محیط های بسیار تهاجمی شود، اما به عنوان یک استراتژی موثر و توجیه اقتصادی برای افزایش قابلیت اطمینان و افزایش عمر مفید در کاربردهای گرمایش صنعتی نسبتاً خورنده عمل می کند.
