بررسي خوردگي فولاد كربني 37St و فولاد زنگ نزن 316 درون روي
مذاب
سعيد بياباني*1، احمد ساعتچي2
كارشناس ارشد، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، نجف آباد، ايران
استاد، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي اصفهان، اصفهان، ايران
*saeedbiabani6125@gmail.com
(تاريخ دريافت: 04/09/90، تاريخ پذيرش: 20/01/91)

چكيده
خوردگي فولاد كربني 37St و فولاد زنگ نزن 316 درون سه حمام روي بررسي شد. مشخص شد كه فولاد كربنـي 37 St مقاومـتبه خوردگي بهتري نسبت به فولاد زنگ نزن 316 از خود ارائه ميدهد. علاوه بر تركيب شيميايي حمام، تركيـب شـيميايي فـولاد نيـزمقاومت به خوردگي را تحت تأثير قرار داد. كربن بالاي موجود در فولاد 37 St منجر به تشكيل لايههاي ضخيمي بر روي سـطح ايـنفولاد شد و خوردگي كاهش يافت. مطالعات ميكروسكوپي نشان داد كه علت تفاوت در رفتار خوردگي اين دو فولاد آن اسـت كـهدر فولاد زنگ نزن 316، ضخامت لايه بين فلزي تشكيل شده در حمام روي نازكتر است. سرب موجـود در حمـام، پوشـش فـولاد316 را تحت تأثير قرار داد. سرب موجود در حمام باعث دندريتي شدن ساختار پوشش و رشد دانههاي سطحي پوشش شد كه باعث افزايش بيشتر نفوذ روي به داخل پوشش شد.

كلماتكليدي:
فولاد كم كربن 37St ، فولاد زنگ نزن 316، تجهيزات گالوانيزه، انحلال، خوردگي

مقدمه
تولي د فولاده اي پوش ش داده ش ده ب ا روي ب ه وس يله فرآين د غوط هوري گ رم در حم ام م ذاب روي ب ه دلي ل مزاي اي نس بتااقتصادي و مقاومت به خوردگي كه دارند در دهه اخير پيشـرفتچش مگي ري داش ته اس ت [1]. ف ولاد زن گ ن زن L316 و 316 پرمصرفترين مادهاي هستند كه براي غلتكهاي غوطـه ور شـدهدر حمام روي مورد استفاده قرار ميگيرند. بيشترين علت توقـفخط گالوانيزه مشكلات تجهيزات پاتيل است كه بيشـتر بـه علـتخ وردگي اي ن تجهي زات م يباش د. فس اد و شكس ت متن اوب غلتكهاي ساخته شده از اين فولاد و يا ديگ گالوانيزه كه گاهـاًاز فولاد 37St ساخته ميشود و در اكثر مـوارد سـوراخ مـيشـودميتواند خسارتهاي جبران ناپذيري به دليل توقـف خـط توليـدايجاد كند. آنتوني و سريواستاوا1 يـك سـري نمونـههـايي ر ا كـهشامل فولاد 37 St و فولاد زنگ نـزن 316 بـود درون يـك خـطپيوسته گالوانيزه صنعتي معمولي به مدت 652 ساعت درون روي غوطهور شده بود (تركيب شـيميايي حمـام مشـخص نشـده بـود) مورد آزمايش قرار دادند و نشان دادند كه فولاد زنـگ نـزن 316 داراي ك اهش ض خامت كمت ري نس بت ب ه ف ولاد كربن ي 37 St ميباشد، هرچند پوشـش ايجـاد شـده بـر روي فـولاد 316 داراي مقادير قابـل محسوسـي تـرك بـود [2]. مقـالات زيـادي در بـارهخوردگي فولاد زنگ نزن 316 و L316 ارائه شده است [1-10].
برايت مارك2 و همكـارانش نشـان دادنـد كـه فـولاد زنـگ نـزنL316، درون روي خالص مقاومت بهتري نسبت بـه فـولاد 1015 در دماه اي 465، 500 و 520 درج ه س انتي گ راد از خ ود ارائ ه ميدهد [3]. در مقالات ديگري نشان داده شد كه فـولاد 1015 و فولادهاي كربني درون روي حاوي آلومينيم، داراي مقاومـت بـهخوردگي بهتري نسـبت بـه فـولاد 316 و L316 هسـتند . شـركتآلياژهاي نورد شده تمپـرانس و ميشـيگان3 يـك سـري آزمـايش درون م ذاب روي، ح اوي wt%Al437/0 ب راي مقايس ه واك نش پذيري آلياژهاي مختلف با روي انجام دادند [2]. به واسطه نتـايجاين آزمايشـات، ايـن محققـين فهميدنـد كـه كـاهش قطـر فـولادكربني حاوي C%08/0 حدود يك هشتم كاهش قطر فـولاد 316 است، اين محققين همچنين بـا اضـافه كـردن تنهـاwt%N 2/0 بـهفـولاد 316، كـاهش قطـر آن را بـه كمتـر از كـاهش قطـر ف ولادكربني رساندند و خوردگي ايـن فـولاد نسـبت بـه فـولاد كربنـيكمتر هم شد. در مقـالاتي عسـگري و همكـاران و صـفايي راد وهمكاران اثر سرب موجـود درون حمـام روي مـذاب را بـر رويفولاد كـم كـربن 14St كشـته شـده بـا آلـومينيم بررسـي كردنـد [11-12] و نشان دادند كه با افزايش سرب حمام، ميانگين انـدازهدانههاي پوشش روي، افزايش مييابند، اين بدين معني است كـهاف زايش مق دار س رب حم ام، باع ث خش ن ش دن مورفول وژي دانههاي روي در ورقهاي فولاد گالوانيزه ميشود. حضور سرب باعث افزايش در اندازه دانههاي روي بوسيله كـاهش مكـانهـايجوانه زني و افزايش سرعت رشد دنـدريتي مـيشـود ، دليـل ايـن موضوع آن است كه سرب كشش سطحي كمتري نسبت به روي دارد و تشكيل دانههاي درشت را ترغيب ميكند. دندريتي شـدن دانههاي روي مخصوصا در سطح پوشش باعث ميشود كه روي و حتي ديگر عناصـر داخـل پوشـش راحـت تـر بتواننـد بـه درونپوشش، نفوذ كرده و خوردگي را تسريع كنند. مورانـدو چنـدينآزمايش بـا اسـتفاده از فـولاد زنـگ نـزنL 316 و فـولاد كربنـي(wt%C2/0) انجام داد و نشان داد كه بـا افـزايش مقـدار آلـومينيمحمام مذاب روي، فولاد كربني سرعت خوردگي كمتري نسـبتبه فولاد L316 از خود ارائه ميدهد. مورانـدو خـاطر نشـان كـردكه با افزايش در مقدار كربن و كـاهش مقـدار منگنـز، بـه عـلاوهمقادير كنترل شدهاي از كروم و نيكل، مـي تـوان يـك ضـخامتبين فلزي كافي و مناسب بر روي سطح فولاد L316 گسترش داد [4]. ليو4 و همكاران [1] و همچنين برايت مارك و همكـاران [3] خــوردگي فـ ولاد زنـ گ نـ زنL 316 را درون مـ ذاب روي و روي-آل ومينيم انج ام دادن د در ح اليك ه اث ري از س رب درون مذابشان نبود. قبلاً آزمون انحلال گسترده و آناليز اوليه نفوذ براي مواد آلياژي مختلف بـراي دمـاي ثابـت حمـام روي انجـام شـدهاست، همچنين سرعتهاي انحلال مواد مختلـف در حمـام رويخالص بررسي شدهاند. بررسيهايي برروي زيرلايههـاي فـولاديدر حمام روي حـاوي مقـادير مختلـف آلـومينيم در چنـد دمـايخاص انجام گرفتـه اسـت ولـي واكـنش بـين زيرلايـه فـولادي ومذاب، كوتاه در نظر گرفتـه شـده اسـت. در مـورد فـولاد 316 و 37 St تحقيقات كمي انجام شده اسـت هـمچنـين خـوردگي ايـنفولادها بيشتر درون روي خالص و روي حاوي آلومينيم بررسـيشده است و اثر سرب به عنـوان عنصـري كـه درون روي مـذابوجود دارد، بررسي نشده است، بنابراين در تحقيـق حاضـر سـعيشد تا آزمونهاي خـوردگي دو آليـا ژ آهنـي (فـولاد كـم كـربنفريتي 37 St و فولاد زنگ نزن آستنيتي 316) درون روي مـذابحاوي سرب كه در كارخانههاي گالوانيزه، بيشـتر مـورد اسـتفادهقرار ميگيرند، بررسي شوند تـا درك بهتـري از انحـلال پـذيرياين آلياژها درون يك محيط گالوانيزه معمولي، حاصل شود.

مواد و روش تحقيق
مواد
دو نوع فولاد (فولاد زنگ نزن آستنيتي 316 و فـولاد كـم كـربن37 St) براي اين تحقيق در نظر گرفته شدند و با اسـتفاده از روشكوانتومتري، تركيب شـيميايي ايـن دو فـولاد مشـخص شـد و در جدول (1) آورده شد.

نمون هه ا ب ا ط ول mm20 و قط ر mm9/15(ف ولاد 316) و قط ر mm9/17 (فولاد 37St) بريده، پوليش شده و سـپس درون سـودســـوزآور %10 چربـــي گيـــري و درون اســـيدكلريدريك %15 اسيدشـــــــويي شـــــــدند و در نهايـــــــت درون روانســـــــاز (ZnCl2.2NH4Cl g/l550) قرارگرفتند و سپس خشك شـدند تـايك لايه نازك شيشهاي از روانسـاز جهـت بهبـود فعـل و انفعـالمذاب با مواد، برروي فولادها ايجاد شـود . سـه نـوع مـذاب رويكه تفاوت عمده آنهـا در مقـدار سـرب و آلـومينيم بـود، مـورداس تفاده ق رار گرف ت در ج دول (2) تركي ب ش يميايي اي ن س ه مذاب، آمده است.
آزمون خوردگي
براي آزمون غوطهوري خوردگي، چنـدين بوتـه گرافيتـي تقريبـاًCC300 حاوي gr1200 روي با تركيب شـيميايي كـه در جـدول
ذكر شده است درون كوره گذاشته شد و تا دمـايC ˚458 و C˚500 گرم شد. نمونههايي كـه از قبـل آمـاده شـده بودنـد وزنشدند و ابعادشان اندازهگيري شد و سپس درون اين بوتههـا قـرارگرفتند و براي دورههـاي زمـاني مختلـف بـه منظـور تعيـين نـرخخوردگي از درون مذاب بيـر ون آورده شـدند . رفتـار خـوردگياين آلياژها با روش سـرعت خـوردگي نيمـه لحظـهاي5 مشـخصشد. كاهش وزن به طور مستقيم، تغيير وزن نسـبي نمونـههـا را درطول زمان غوطهوري نشان ميدهد. با محاسبه وزن نمونـه قبـل از

جدول (1): تركيب شيميايي فولاد زنگ نزن 316 و37St (درصد وزني)
C Si Mo S P Ni Cr Mn Cu Fe فولاد زيرلايه
0/043 0/381 2/46 0/050 0/058 8/52 17/100 0/586 0/357 72/659 316
0/112 0/125 0/007 0/030 0/004 0/063 0/078 0/295 0/028 99/020 37St

جدول (2): تركيب شيميايي مذاب روي هاي مورد استفاده در آزمايش (درصد وزني)
Al Cd Cu Fe Pb Sn Zn تركيب شيميايي روي
0/142 0/022 0/001 0/008 1/760 0/062 Base 1
0/080 0/004 0/005< 0/030 1/010 0/090 Base 2
0/060 0/002 0/002 0/002 0/010 0/010 Base 3
غوطهوري و بعد از پوسته گيري نمونه، كاهش وزن نمونه در اثـرخوردگي محاسبه ميشود، تعيين سرعت خوردگي نيمه لحظهاي با توجه به تغيير سطح هر نمونـه نسـبت بـه زمـان غوطـهوري داده شده، انجام ميگيرد. فرمول مورد استفاده براي سرعت خوردگي نيمه لحظهاي به صورت زير نشان داده ميشود:

= w n −w (n−1) v

A t. (1)
در اينجا V سرعت خوردگي نيمـه لحظـهاي Wn ،(g/m2.h) وزن نمون ه (g) در زم ان ش روع 0 = W(n-1) ،t وزن نمون ه (g) بع د از غوطهوري درون روي در زمان t (ساعت) و

A ميانگين مساحت نمونه (2(m در زمان t ميباشد [3].
2-3- مطالعات ساختاري
به محض خارج كردن نمونهها از مذاب روي، نمونههاي خـوردهشـده بـر اسـاس بخـش اول اسـتاندارد 729 BS ابتـدا در محلـولكلرور آنتيموان (با حل كردن 20 گرم اكسـيد آنتيمـوان در 100 ميلي ليتـر اسـيدكلريدريك و اضـافه كـردن 5 ميلـي ليتـر از ايـنمحلول درون 100 ميلي ليتـر اسـيد كلريـدريك) بـراي برداشـتنروي چسبيده به سطح، اسيدشـويي و سـپس بـا آب شستشـو دادهش دند و خش ك ش دند و وزن و ابع اد ه ر نمون ه ب راي محاس به سرعت خوردگي اندازه گيري شـد و چنـد نمونـه از هـر آزمـونبراي آناليز ريزساختاري حفظ شدند. نمونـه هـاي آزمـايش شـدهسطح مقطع زده شدند و به طور مكانيكي پوليش شـدند و سـپستوسط ميكروسـكوپ نـوري و ميكروسـكوپ الكترونـي روبشـي(SEM)6 مدل VEGA\\ TEScan مورد بررسي قـرار گرفتنـد. از آناليز كيفي(EDS)7 براي تعيين پروفايـل هـاي غلظتـي و تركيـبشيميايي فازها استفاده شد.

نتايج و بحث
تشخيص سرعت خوردگي
به واسطه آزمون مذكور مشخص شد كه دو آلياژ آهنـي بـهطـورشديدي توسط مذاب روي مورد حمله قرار گرفتنـد . همـان طـوركه انتظار ميرفت مشاهده شد كه وزن هر دو فـولاد مـوقعي كـهدرون روي مذاب غوطهور ميشوند به مقدار زيادي كم ميشود.
شـكل (1) و (2) نشـان دهنـده سـرعت خـوردگي نيمـه لحظ هاي فولادهــاي 316 و 37St درون روي مــذاب1 و 2 در دمــاي 458 درجه سانتيگراد بر حسب زمان ميباشد و بيان كننده ايـن اسـتكه سرعت خوردگي نيمه لحظهاي فولاد زنگ نزن 316 بيشتر از فولاد كربني 37St است.

اي

لحظه

نيمه

ي
خوردگ

سرعت
)
g/m
2
/h
(

اي

لحظه

نيمه

ي

خوردگ

سرعت

)

g/m

2

/h



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید