فولاد ضد زنگ 316 به طور گسترده ای به عنوان یک ماده مقاوم در برابر خوردگی- مناسب برای بسیاری از کاربردهای گرمایش صنعتی در نظر گرفته می شود. با این حال، هر آلیاژی دارای مرزهای عملیاتی است. هنگامی که شرایط محیطی از این محدودیت ها فراتر رود، مقاومت در برابر خوردگی به سرعت کاهش می یابد و مکانیسم های خرابی تسریع می شود.
درک پنجره عملکرد ایمن لوله های گرمایش فولاد ضد زنگ 316 برای جلوگیری از خرابی زودرس ضروری است. بحرانی ترین عوامل محیطی عبارتند از غلظت کلرید، دما، PH افراطی، ناپایداری جریان، شدت پوسته پوسته شدن و تنش مکانیکی.
هنگامی که چندین متغیر تهاجمی با هم ترکیب شوند، ماده ممکن است از حالت غیرفعال شدن پایدار به تخریب فعال تبدیل شود.
غلظت کلرید بالا در دمای بالا
قرار گرفتن در معرض کلرید مهم ترین عامل محدود کننده برای فولاد ضد زنگ 316 است.
در دماهای متوسط و سطوح پایین کلرید، آلیاژ عملکرد قابل اعتمادی دارد. با این حال، با افزایش غلظت کلرید، مقاومت در برابر حفره کاهش می یابد. این اثر با افزایش دما بیشتر می شود.
در کاربردهای گرمایشی، دمای سطح غلاف اغلب به طور قابل توجهی بالاتر از دمای سیال حجیم است. اگر سطح کلرید در حالی که دمای سطح از محدوده عملیاتی متوسط فراتر رود، افزایش یابد، فیلم غیرفعال ممکن است ناپایدار شود.
هنگامی که غلظت کلرید و دما به طور همزمان به آستانه های بحرانی نزدیک می شوند، حفره های موضعی محتمل می شود. تحت چنین شرایطی، نمیتوان-قابلیت اطمینان بلندمدت را فرض کرد.
محیط های به شدت اسیدی
فولاد ضد زنگ 316 شرایط اسیدی ملایم را تحمل می کند، اما محیط های اسیدی قوی، پایداری فیلم غیرفعال را کاهش می دهد.
pH پایین حلالیت یون های فلزی را افزایش می دهد و واکنش های الکتروشیمیایی را تسریع می کند. اگر محلول های اسیدی با دمای بالا ترکیب شوند، سرعت خوردگی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
برخی از اسیدها-به ویژه آنهایی که حاوی کلرید هستند-خطر بیشتری نسبت به سایرین دارند. حتی قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض اسید تهاجمی در دمای بالا ممکن است حمله موضعی را آغاز کند.
برنامههایی که شامل چرخههای تمیز کردن اسیدی مکرر بدون کنترل مناسب میشوند ممکن است ناخواسته از مرزهای ایمن فراتر روند.
قلیاییت فوق العاده با دمای بالا
اگرچه فولاد ضد زنگ عموماً در شرایط قلیایی عملکرد خوبی دارد، pH بسیار بالا همراه با دمای بالا میتواند نگرانیهای غیرمستقیم دوام را ایجاد کند.
قلیائیت بالا ممکن است تمایل به پوسته شدن را در سیستم های آب سخت افزایش دهد. لایه های مقیاس ضخیم دمای سطح غلاف را افزایش می دهند و به طور غیرمستقیم مکانیسم های خوردگی را تسریع می کنند.
در برخی از محیطهای قلیایی متمرکز، مکانیسمهای خوردگی خاص ممکن است ایجاد شود، بهویژه زمانی که یونهای تهاجمی دیگر وجود داشته باشند.
بنابراین، اگر شرایط حرارتی شدید باشد، قلیاییت شدید ذاتاً ایمن نیست.
جریان کم یا شرایط راکد
حرکت سیال کافی برای حفظ دمای یکنواخت و توزیع اکسیژن حیاتی است.
مناطق راکد دمای سطح را افزایش می دهند و غلظت شیمیایی موضعی را افزایش می دهند. یون های کلرید ممکن است در نزدیکی سطح غلاف جمع شوند و توزیع اکسیژن ممکن است ناهموار شود.
این شیبها محیطهای میکرو{0}}مناسب برای خوردگی حفرهای ایجاد میکنند.
اگر جریان به طور مداوم ناکافی باشد، دمای کارکرد موثر در سطح غلاف ممکن است از حد مطمئن فراتر رود، حتی اگر دمای سیال حجیم قابل قبول به نظر برسد.
چرخه حرارتی شدید و استرس
محدودیت های زیست محیطی به تنهایی توسط شیمی تعریف نمی شود.
چرخه حرارتی مکرر فشار مکانیکی را بر لوله گرمایش وارد می کند. هنگامی که تنش کششی با دمای بالا و قرار گرفتن در معرض کلرید ترکیب می شود، خطر ترک خوردگی ناشی از تنش افزایش می یابد.
نصبهایی که انبساط حرارتی را محدود میکنند یا پیش{0}}تنش مکانیکی ایجاد میکنند، حاشیه ایمنی را بیشتر محدود میکنند.
حتی در محیط های شیمیایی متوسط، استرس مکانیکی بیش از حد می تواند مواد را فراتر از مرز دوام آن سوق دهد.
در زیر-شرایط واریز و شکاف
رسوبات، رسوبات، یا تشکیلات شکافی شیمی محلی را به طرز چشمگیری تغییر می دهند.
در زیر لایه های مقیاس، غلظت اکسیژن کاهش می یابد در حالی که غلظت کلرید ممکن است افزایش یابد. این محیطهای زیر-ریز رسوب{2}}میتوانند از مرز مقاومت در برابر خوردگی ایمن فراتر روند، حتی اگر شیمی سیال حجیم قابل قبول باشد.
به طور مشابه، شکاف های نزدیک اتصالات یا رابط های نصب ممکن است سلول های هوادهی تفاضلی ایجاد کنند که حمله موضعی را تسریع می کند.
هنگامی که سپرده ها اجازه انباشته شدن بدون کنترل را دارند، شرایط عملیاتی موثر ممکن است به طور قابل توجهی با پارامترهای حجمی اندازه گیری شده متفاوت باشد.
متغیرهای تهاجمی ترکیبی
خطرناک ترین موقعیت ها زمانی به وجود می آیند که چندین عامل تهاجمی با هم وجود داشته باشند.
غلظت بالای کلرید، درجه حرارت بالا، جریان کم، pH اسیدی و تنش کششی با هم به طور چشمگیری مقاومت به خوردگی را کاهش می دهند.
حتی اگر هر متغیر به تنهایی نزدیک به حدود قابل قبول باقی بماند، اثر ترکیبی آنها ممکن است از مرزهای امن فراتر رود.
شکست مواد اغلب ناشی از تنش تجمعی است نه یک پارامتر شدید.
نتیجه گیری: محدودیت های ایمن چند بعدی هستند
محدودیت های عملیاتی ایمن لوله های گرمایش فولاد ضد زنگ 316 توسط یک تعامل چند بعدی از شیمی، دما، جریان و تنش مکانیکی تعریف شده است.
غلظت بالای کلرید در دمای بالا نشان دهنده رایج ترین تجاوز از مرز است. اسیدهای قوی، قلیاییت شدید همراه با پوسته پوسته شدن، جریان راکد و تنش حرارتی حاشیه ایمنی را بیشتر محدود می کند.
شکست به ندرت اتفاق می افتد زیرا مواد ذاتاً ناکافی هستند. زمانی اتفاق می افتد که شرایط عملیاتی از پنجره پایداری آلیاژ فراتر رود.
درک این مرزها به مهندسان اجازه می دهد تا سیستم هایی را طراحی کنند که در محدوده ایمن باقی بمانند و از شکست خوردگی زودرس جلوگیری کنند.
دوام نه با فرض مقاومت در برابر خوردگی، بلکه با رعایت آستانه های محیطی حفظ می شود.
