چرا فولاد ضد زنگ زنگ می زند؟

وقتی لکه‌های زنگ قهوه‌ای روی سطح لوله‌های فولادی ضد زنگ ظاهر می‌شود، مردم به شدت تعجب می‌کنند: «فولاد زنگ نزن زنگ نمی‌زند و اگر زنگ زد، فولاد ضد زنگ نیست و ممکن است فولاد مشکل داشته باشد».در واقع، این یک تصور اشتباه یک طرفه در مورد عدم درک فولاد ضد زنگ است.فولاد ضد زنگ نیز تحت شرایط خاصی زنگ می زند.

1. فولاد ضد زنگ بدون زنگ نیست

فولاد ضد زنگ نیز یک اکسید روی سطح تولید می کند.مکانیسم زنگ زدگی تمام فولادهای ضد زنگ موجود در بازار به دلیل وجود عنصر کروم است.علت اصلی (مکانیسم) مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ، نظریه فیلم غیرفعال است.به اصطلاح فیلم غیرفعال سازی یک فیلم نازک است که عمدتا از Cr2O3 بر روی سطح فولاد ضد زنگ تشکیل شده است.به دلیل وجود این فیلم، از خوردگی بستر فولادی ضد زنگ در محیط های مختلف جلوگیری می شود و به این پدیده پسیواسیون می گویند.دو مورد برای شکل گیری این فیلم غیرفعال وجود دارد.یکی اینکه خود فولاد ضد زنگ قابلیت خود غیرفعال شدن را دارد و این قابلیت خود انفعالی با افزایش محتوای کروم تسریع می‌شود، بنابراین مقاومت در برابر زنگ زدگی دارد.شرایط شکل‌گیری گسترده‌تر این است که فولاد ضد زنگ در فرآیند خوردگی در محلول‌های آبی مختلف (الکترولیت‌ها) یک فیلم غیرفعال تشکیل می‌دهد که مانع از خوردگی می‌شود.هنگامی که فیلم غیرفعال آسیب می بیند، می توان بلافاصله یک فیلم غیرفعال سازی جدید تشکیل داد.

دلیل اینکه فیلم غیرفعال فولاد ضد زنگ توانایی مقاومت در برابر خوردگی را دارد دارای سه ویژگی است: یکی این که ضخامت لایه غیرفعال بسیار نازک است، معمولاً فقط چند میکرون وقتی که محتوای کروم > 10.5٪ باشد.دیگری وزن مخصوص لایه غیرفعال بیشتر از وزن مخصوص زیرلایه است.این دو ویژگی نشان می‌دهند که لایه غیرفعال هم نازک و هم متراکم است، بنابراین شکسته شدن لایه غیرفعال توسط محیط خورنده برای خوردگی سریع زیرلایه دشوار است.ویژگی سوم این است که نسبت غلظت کروم لایه غیرفعال بستر بیش از سه برابر بیشتر است.بنابراین، فیلم غیرفعال مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد.

2. تحت شرایط خاص، فولاد ضد زنگ نیز خورده خواهد شد

محیط کاربرد فولاد ضد زنگ بسیار پیچیده است و فیلم غیرفعال اکسید کروم ساده نمی تواند الزامات مقاومت در برابر خوردگی بالا را برآورده کند.بنابراین، عناصری مانند مولیبدن (Mo)، مس (Cu) و نیتروژن (N) باید با توجه به شرایط استفاده مختلف به فولاد اضافه شوند تا ترکیب فیلم غیرفعال سازی بهبود یابد و مقاومت به خوردگی فولاد ضد زنگ بیشتر شود.افزودن Mo به شدت باعث غیرفعال شدن جمعی می شود زیرا محصول خورده شده MoO2- به بستر نزدیک است و از خوردگی زیرلایه جلوگیری می کند.افزودن مس باعث می شود که لایه غیرفعال روی سطح فولاد ضد زنگ حاوی CuCl باشد که کارایی فیلم غیرفعال را بهبود می بخشد زیرا با محیط خورنده تعامل نمی کند.مقاومت در برابر خوردگی؛با افزودن N، به دلیل اینکه فیلم غیرفعال با Cr2N غنی شده است، غلظت کروم در فیلم غیرفعال افزایش می یابد، بنابراین مقاومت به خوردگی فولاد ضد زنگ بهبود می یابد.

مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ مشروط است.یک درجه از فولاد ضد زنگ در یک محیط خاص در برابر خوردگی مقاوم است، اما ممکن است در محیط دیگری آسیب ببیند.در عین حال، مقاومت به خوردگی فولاد ضد زنگ نیز نسبی است.تاکنون هیچ فولاد ضد زنگی وجود ندارد که در همه محیط ها کاملاً خورنده نباشد.

فولاد ضد زنگ توانایی مقاومت در برابر اکسیداسیون اتمسفر - یعنی مقاومت در برابر زنگ زدگی - را دارد و همچنین توانایی خوردگی در محیط های حاوی اسیدها، قلیاها و نمک ها - یعنی مقاومت در برابر خوردگی را دارد.با این حال، اندازه توانایی ضد خوردگی آن با ترکیب شیمیایی خود فولاد، حالت حفاظتی، شرایط استفاده و نوع محیط زیست تغییر می کند.به عنوان مثال، لوله فولادی 304 دارای قابلیت ضد خوردگی کاملاً عالی در فضای خشک و تمیز است، اما اگر به منطقه ساحلی منتقل شود، به زودی در مه دریا حاوی نمک زیادی زنگ می‌زند.در حالی که لوله فولادی 316 خوب نشان می دهد.بنابراین، هیچ نوع فولاد ضد زنگ نیست که بتواند در هر محیطی در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاومت کند.