دانش رسان |
مرکز علم و دانش کشور بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی دارای ۸۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی۲ ارائه میگردد
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی :
بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی
-مقدمه
فولادهای زنگ‌نزن اوستنیتی به علت دارا بودن خواص مکانیکی مناسب و مقاومت عالی به خوردگی، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند. اگر چه حالت کارشده (Wrought) این فولادها، مقاوم به خوردگی است، اما حالت جوشکاری شده آن ممکن است مقاوم به خوردگی نباشد. سیکل حرارتی ناشی از جوشکاری و یا عملیات حرارتی تنش‌زدایی که بر فولاد اعمال می‌شود، ممکن است باعث رسوب فاز کاربید کروم در مرز دانه‌های فولاد، در منطقه متأثر از جوش بشود. نتیجه این فرایند، کاهش غلظت عنصر کروم در مناطق چسبیده به رسوبها است که ممکن است این اختلاف غلظت در ترکیب 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 شکست ناشی از خوردگی خواهد شد.
طبق آمارهای موجود، سهم عمده‌ای از شکست قطعات در صنایع، شکست ناشی از خوردگی می‌باشد که 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 ۷۵ 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 جوشکاری آن، تغییرات قابل ملاحظه‌ای اتفاق افتاده است. با این همه، کماکان این سئوال مطرح است که هم اکنون 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 ترکیب شیمیایی، روشهای جوشکاری، عملیات حرارتی و شرایط محیطی که تحت آن خوردگی بین دانه‌ای می‌تواند اتفاق بیفتد، مشخص شده و روشهای جوشکاری برای حداقل کردن این پدیده، معرفی شده است.
قسمتی از این گزارش به پدیده Knife Line Attack و مکانیزم تشکیل و روشهای جلوگیری از آن اختصاص دارد. Knife Line Attack نیز نوعی خوردگی موضعی است که مکانیزم آن با مکانیزم 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.
۱-۱- تعریف خوردگی
به تغییراتی که در نتیجه واکنشهای شیمیایی یا الکتروشیمیایی مواد با محیط اطراف آنها ایجاد شده و باعث تخریب تدریجی قطعات می‌شود، خوردگی گفته می‌شود. خوردگی، یک واکنش نامطلوب است که سبب جدا شدن تدریجی اتمها از سطح قطعات و تخریب آنها می‌شود که در نهایت باعث شکست قطعه شده و خساراتی را بوجود می‌آورد ]۱[.
سرعت فعل و انفعالات خوردگی به عواملی مانند درجه حرارت و غلظت محیط اثرکننده بستگی دارد. البته عوامل دیگری نیز مانند تنش مکانیکی (Stress) و فرسایش (Erosion) می‌تواند به خوردگی کمک کند ]۱[.
پدیده خوردگی، در اغلب فلزات و آلیاژهای آنها ظاهر می‌شود زیرا اغلب فلزات و آلیاژها تمایل به ایجاد ترکیباتی با اتمها یا مولکولهایی از محیط اطراف خود که تحت شرایط موجود از لحاظ ترمودینامیکی پایدار است، دارند. فقط تعداد کمی از فلزات مانند طلا یا پلاتین، تحت شرایط معمولی پایدار هستند و تمایلی به ایجاد واکنش با محیط اطراف ندارند ]۱[.
در ادامه این فصل به تشریح برخی از خوردگی‌های مرسوم پرداخته می‌شود.
۱-۲- خوردگی الکتروشیمیایی
متداولترین نوع خوردگی، خوردگی الکتروشیمیایی است. این نوع خوردگی غالباً در محیط آبی که شامل یونهای نمک محلول است رخ می‌دهد. بنابراین آب حاوی یونها، از مایعات الکترولیتی محسوب می‌شود که محیط مناسبی برای انجام بیشترین واکنشهای خوردگی است. برای درک بهتر خوردگی الکتروشیمیایی، در ذیل، به تشریح واکنشهای الکتروشیمیایی پرداخته می‌شود ]۱[.
موقعی که قطعه فلزی، در مایع الکترولیتی (مانند HCl) قرار گیرد، اتمهای فلز در اسید حل می‌شوند یا به عبارتی، توسط اسید خورده می‌شوند. بدین صورت اتمهای فلز طبق واکنش ، به صورت یون، از فلز جدا می‌شوند و داخل الکترولیت قرار می‌گیرند. به این ترتیب مدار الکتریکی در سیستم (بین فلز و الکترولیت) برقرار می‌شود. مطابق شکل ۱-۱ این سیستم دارای ۴ جزء است:
۱- آند: الکترونها را به مدار داده و یونهای فلزی از آن جدا می‌شوند و آند زنگ می‌زند.
۲- کاتد: الکترونها را می‌گیرد.
۳- اتصال الکتریکی: به منظور جریان الکترونها از آند به سمت کاتد و ادامه واکنش بین آند و کاتد برقرار می‌شود.
۴- الکترولیت مایع: که باید با آند و کاتد در تماس باشد. الکترولیت هادی بوده و مدارالکتریکی را کامل می‌کند. الکترولیت‌ها، وسیله حرکت یونهای فلزی را از سطح آند به سمت کاتد تأمین می‌کنند ]۱[.
شکل ۱۱- اجزای یک پیل ساده الکتروشیمیایی]۱[.
بنابراین واکنشهای خوردگی الکتروشیمیایی، با واکنشهای اکسیداسیون که الکترونها را تولید می‌کند و واکنشهای احیاء که آنها را مصرف می‌کند، در ارتباط است. هر واکنش، یعنی واکنشهای اکسیداسیون و احیاء باید همزمان و با سرعت یکسان انجام شوند. واکنش زیر بصورت اکسیداسیون در آند انجام می‌گیرد به صورتی که فلز، یونیزه می‌شود :
(۱) (به داخل فلز) (به داخل الکترولیت) (در سطح فلز) برعکس، واکنش زیر که در آن فلز با گرفتن الکترون به صورت فلز اتمی آزاد می‌شود (واکنش احیاء)، واکنش کاتدی نامیده می‌شود :
(۲) (رسوب در سطح خارجی کاتد) (الکترون از فلز) (یون موجود در الکترولیت)
تمایل فلزات برای خوردگی در محیط خورنده خاص متفاوت است. یکی از روشهایی که برای مقایسه تمایل فلزات برای شکل‌گیری یونهای فلز در محلولهای مایع به کار می‌رود، مقایسه پتانسیلهای اکسیداسیون یا احیای نیم پیل آنها با پتانسیل مربوط به نیم پیل یون هیدروژن به عنوان مبناست (الکترود هیدروژن استاندارد) ]۱[.
۱-۳- خوردگی یکنواخت و خوردگی موضعی
عنوان خوردگی موضعی، در مقایسه با خوردگی یکنواخت به کار می‌رود. خوردگی یکنواخت هنگامی اتفاق میافتد که شار یونهای فلزی از سطح و شار یونهای کاتدی (روابط ۱ و ۲ در صفحه قبل) به سطح، در ابعاد اتمی، یکنواخت باشد. از نقطه نظر عملی، خوردگی یکنواخت هنگامی اتفاق میافتد که سایتهای (sites) موضعی کاتدی و آندی، به اندازه کافی کوچک باشند و بطور یکنواخت توزیع شده باشند تا به شکست به واسطه موضعی شدن واکنش آندی منجر نشوند. در واقع، هر ناهمواری فیزیکی در سطح فلز، به تشکیل یک آند موضعی تمایل دارد مانند مرزدانه‌ها، عیوب کریستالی نظیر نابجائیها، پله‌های سطحی، فازهای متفاوت و سطح خشن ناشی از ماشینکاری، سنگ زدن، خراش و … . همچنین صفحات کریستالی مختلف شبکه کریستالی از یک فلز، آرایش اتمی مختلف دارند و رفتار الکتروشیمیایی متفاوتی از خود نشان می‌دهند (مثلا” بعضی صفحات در محیط‌های آبی آندی‌تر می‌شوند). دانه‌های سطحی از یک فلز پلی کریستال ممکن است در معرض محیط خورنده، سرعت خوردگی متفاوتی از خود نشان دهند. اغلب اوقات این اختلاف در رفتار موضعی کوچک است و در مقیاس ماکروسکوپی خوردگی بصورت یکنواخت ظاهر می‌شود. در بعضی حالات، حمله خوردگی بسیار موضعی است و به شکست موضعی (localized failure) منجر می‌شود ]۲[.
خوردگی موضعی ممکن است در اثر عوامل مختلفی اتفاق بیفتد. در مورد خوردگی مورد نظر ما، خوردگی موضعی در اثر تغییر در ترکیب شیمیایی اتفاق می‌افتدکه عبارتست از جدایش شیمیایی در نتیجه رسوب یک فاز از محلول جامدی که از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است. تعداد زیادی از آلیاژها هنگامی که در سرویس قرار می‌گیرند و وقتی که در سرعتهای بالا سرد شده باشند، رفتار مقاوم به خوردگی از خود نشان می‌دهند. مقاومت به خوردگی فقط برای ترکیبات آلیاژی بدست می‌آید که در دمای بالا محلول جامد کاملی تشکیل دهند و این محلول جامد در سرعتهای سرد کردن عملی، باقی بماند. اگر سرد شدن خیلی آرام باشد یا به دنبال کوئنچ کردن (سرد کردن سریع) دوباره آلیاژ را تا دمای نسبتا” بالا حرارت دهیم، یک یا چند فاز از محلول جامد رسوب می‌کنند و تغییرات موضعی در ترکیب شیمیایی به واسطه تشکیل رسوب ممکن است آلیاژ را به خوردگی موضعی حساس کند. بسته به نوع آلیاژ، زمان مورد نیاز برای رسوب، ممکن است از چند ثانیه تا چند ساعت باشد. زمانهای کم در جوشکاری و زمانهای بالا در تنش‌زدایی اهمیت دارد ]۲[.
خوردگی‌های موضعی، بطور متداول در فولادهای زنگ‌نزن بویژه در فولادهای زنگ‌نزن اوستنیتی، اتفاق میافتد. طبق آماری که از صنایع شیمیایی Dupont منتشر شده است، از ۶۸۵ مورد شکست در خطوط لوله و تجهیزات این کارخانه در مدت ۴ سال که بیشتر از۹۰ درصد آنها از جنس فولاد زنگ‌نزن بوده‌اند، ۲/۵۵ درصد آن مربوط به خوردگی می‌باشد. همانطوریکه در جدول۱-۱ نشان داده شده است، قسمت عمده شکست‌های ناشی از خوردگی، به خوردگی‌های موضعی از نوع SCC، IGC، Pitting، Corrosion Fatigue و Crevice corrosion ارتباط دارد. از این بین، حدود ۶/۵ درصد شکست‌ها نیز به خوردگی بین دانه‌ای مربوط می‌شود]۳[.
شکل 21- رابطه بین انرژی جوش و ماکزیمم زمانی که HAZ بین دماهای ۵۵۰ و ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد. محدوده پایینی برای دمای بین پاسی ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و محدوده بالایی برای دمای اتاق]۵[.
بطور مشابه، یک پاس جوش با یک انرژی جوش مشخص، حساسیت کمتری در یک ورق ضخیم نسبت به یک ورق نازک ایجاد می‌کند. این مسأله در شکل ۲-۱ در نظر گرفته شده و برای فولاد با ضخامت ۳ تا ۱۶ میلی‌متر می‌باشد. اگر ضخامت فولاد نازکتر باشد، ناحیه، به سمت راست حرکت می‌کند]۵[.
با استفاده از شرایط مرزی نشان داده شده توسط خطوط و ، مقداری که اتصال به خوردگی بین دانه‌ای حساس می‌شود، می‌تواند با در نظر گرفتن یک حد محافظه‌کارانه فقط به انرژی جوش ربط داده شود و دیگر احتیاجی نیست که Heat Sink اتصال را هم در نظر بگیریم]۵[.
بسیاری از سازه‌ها از جوشهای چند پاسه بوجود آمده‌اند و در این حالت، در حساسیت به خوردگی بین دانه‌ای، بیش از یک پاس سهیم‌اند که همه آنها باید در نظر گرفته شوند. چون حداکثر زمان قرار گرفتن HAZ بین ۸۵۰ – ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد مستقیما” به انرژی جوش بستگی دارد، حداکثر زمانی که در آن حساسیت اتفاق میافتد، می‌تواند بر حسب یک انرژی جوش جمعی(Accumulative) پاسهای جوش، توصیف شود. حال این نکته مطرح است که چند تا از این پاسها بر حساسیت یک ناحیه مورد نظر در HAZ به خوردگی بین دانه‌ای اثر می‌گذارند. شکل ۲-۲ ما را در بررسی اثر پاسهای دیگر راهنمایی می‌کند. در این شکل، فاصله ایزوترم ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد از خط ذوب (یعنی حداکثر فاصله‌ای از جوش که در آن خوردگی بین دانه‌ای می‌تواند اتفاق بیفتد) در مقابل عرض بستر جوش، به عنوان پارامتری که به آسانی می‌تواند دیده شود، رسم شده است. این شکل، برای همان محدوده ضخامت و فرایندهای مربوط به شکل ۲-۱ رسم شده است. همانطوریکه ملاحظه می‌شود، حداکثر عرضی از فولاد که می‌تواند حساس شود، در هر طرف جوش حدودا” مساوی عرض بستر جوش می‌باشد (یعنی همان خط ST).
برای نشان دادن این روش برای ارزیابی اثر حساس‌کنندگی جوشهای چند پاسه، شکل ۲-۳، یک جوش لب‌به‌لب در مخزنی از جنس فولاد زنگ‌نزن با ضخامت دیواره ۱۰ میلی‌متر را نشان می‌دهد. ابتدا باید تعیین کرد که چند پاس، در حساسیت دیواره بیرونی که در تماس با محیط سرویس است، یعنی نقطه X ، اثر دارند. عرض بستر جوش تقریبا” ۴ میلی‌متر است. با دنبال کردن خط‌چین در شکل ۲-۲ مشاهده می‌شود که خط ایزوترم ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد، در ۶ میلیمتری خط ذوب قرار می‌گیرد. پس نتیجه می‌گیریم که فقط پاسهای ۱، ۲ و۳ باعث می‌شوند که نقطه مورد نظر، در محدوده دمایی حساسیت قرار بگیرد. انرژی جوش برای هر پاس محاسبه می‌شود و Total Sensivity Heat Input این پاسها بدست می‌آید]۵[.
Distance of 550 c isotherm from fusion boundary, mm
شکل 22- رابطه بین عرض بستر جوش و ماکزیمم فاصله‌ای از جوش که خوردگی بین دانه‌ای می‌تواند اتفاق بیفتد. محدوده بالایی برای شرایط جوشکاری معمولی با دمای بین پاسی ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و محدوده پایینی برای پاسهای Cosmetic با استفاده از فرایند TIG در ورقهای نازک]۵[.
شکل 23- نمونه‌ای از یک اتصال لب‌به‌لب که پاسهای جوشی که باعث حساسیت در نقطه X می‌شود را نشان می‌دهد]۵[. A: ایزوترم c550 برای پاسهای ۱، ۲ و ۳. B: ایزوترم c 550 برای پاسهای ۴، ۵ و ۶.
هرچند این Approach بسیار ساده است، حساسیت در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد، بسیار آهسته اتفاق میافتد و بنا براین روش، محافظه‌کارانه است]۵[. یک اصلاح کوچک باید در شکل ۲-۲ انجام شود. پاسهای Cosmetic معمولا” با استفاده از فرایند TIG بدون استفاده از فیلر یا با استفاده از فیلر به مقدار کم، انجام می‌شود. در این حالت، سرعت جوشکاری خیلی کم و انرژی جوش از مقدار پیش‌بینی شده بالاتر است، مخصوصا” در ورقهای نازک. در این موقعیتها، ایزوترم ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌تواند ۲ یا ۳ برابر عرض بستر جوش باشد و پیشنهاد می‌شود که خط به جای خط استفاده شود. اگرچه این اثر، اهمیت عملی چندانی ندارد؛ زیرا انرژی جوش در این شرایط هنوز هم در مقایسه با مثلا” روش SAW نسبتا” کمتر است و احتمال کمی برای وقوع خوردگی بین دانه‌ای در سرویس وجود دارد]۵[.
دو نکته دیگر باید برای تعیین مقدار حساسیت با عملیات جوشکاری در نظر گرفته شود. اول اینکه همانطوریکه نشان داده شد، تغییر شکل پلاستیک اولیه فولاد نظیر آنچه در عملیات شکل دهی سرد انجام می‌شود، اثر مهمی بر روی حساسیت در طول جوشکاری ندارد و دوم اینکه در جوشکاری چند پاسه ممکن است در شرایطی، حرارت دادن بین پاسها در دمایی بالاتر از دمای اتاق انجام شود. با توجه به شکل ۲-۱، جایی که زمان حساسیت با دمای بین پاسی ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، اندازه‌گیری می‌شود، مجازیم که زمان حساسیت را به انرژی جوش ربط بدهیم. این نکته قابل ذکر است که در انرژی جوشهای کم، در جوشکاری فولادها تا ضخامت حداکثر ۶ میلی‌متر، دمای بین پاسی تأثیر چندانی در زمان حساسیت ندارد. ولی در انرژی جوشهای بالاتر، دمای بین پاسی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر زمان حساسیت داشته باشد. اگرچه دمای بین پاسی اثر چندانی در حداکثر عرض منطقه HAZ که تا بالای دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد، حرارت داده می‌شود، ندارد]
بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی
فهرست مطالب
|
عنوان |
صفحه |
|
چکیده |
الف |
|
بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بین دانه‌ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن استیلی |
ب و ج |
|
۱-مقدمه |
۱ |
|
۱-۱- تعریف خوردگی |
۲ |
|
۱-۲- خوردگی الکترو شیمیایی |
۳ |
|
۱-۳- خوردگی یکنواخت و موضعی |
۴ |
|
۱-۴- اثر جوشکاری بر خوردگی |
۶ |
|
۱-۵- پدیده های متالورژیکی ناشی از جوشکاری |
۷ |
|
۱-۵-۱- تغییرات فازی و جدایش |
۸ |
|
۱-۶- خوردگی بین دانه ای |
۱۰ |
|
۱-۷- خوردگی بین دانه ای فولادهای زنگ نزن اوستنیتی در اثر جوشکاری |
۱۲ |
|
۱-۸- عوامل موثر بر خوردگی بین دانه ای |
۱۷ |
|
۱-۸-۱- ترکیب شیمیایی و ریز ساختار |
۱۸ |
|
۱-۸-۲- تاریخچه حرارتی |
۲۶ |
|
۱-۸-۳- تنش وتغییر شکل پلاستیک |
۲۹ |
|
۱-۸-۴- اثر محیط |
۳۰ |
|
۲- روشها و پارامترهای جوشکاری به منظور اجتناب از خوردگی بین دانه ای |
۳۷ |
|
۲-۱- دامنه کاربرد روشهای جوشکاری پیشنهادی |
۳۷ |
|
۲-۲- اثر فرآیند جوشکاری وشرایط جوشکاری در وقوع حساسیت |
۳۸ |
|
۲-۳- رابطه بین انرژی جوش حساس کننده وحساسیت به خوردگی بین دانه ای |
۴۲ |
|
۳-جنبه های متالورژیکی Knife Line Attack در فولادهای زنگ نزن تثبیت شده |
۴۵ |
|
۳-۱- خوردگی KLA در فولادهای زنگ نزن تثبیت شده |
۴۵ |
|
۳-۲- خصوصیات KLA |
۴۶ |
|
۳-۳- آنالیز دلایل KLA |
۴۹ |
|
۳-۴- KLA در اتصالات جوشکاری شده در فولادهای زنگ نزن |
۵۹ |
|
۴- خوردگی توام با تنش |
۶۲ |
|
عنوان |
صفحه |
|
۴-۱- شکل ترکها |
۶۴ |
|
۴-۲- طبقه بندی مکانیزمها |
۶۵ |
|
۴-۲-۱- مکانیزمهای متالورژیکی |
۶۶ |
|
۴-۲-۲- مکانیزمهای حل شدن |
۶۶ |
|
۴-۲-۳- مکانیزمهای هیدروژن |
۶۷ |
|
۴-۲-۴- مکانیزمهای مکانیکی |
۶۸ |
|
۴-۳- روشهای جلوگیری |
۶۸ |
|
۵- نتیجه گیری |
۷۱ |
|
۶- مراجع |
۷۳ |
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
