خوردگی گالوانیکی بین فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی: نحوه طراحی آن از - دانش

خوردگی گالوانیکی زمانی رخ می دهد کهفولاد ضد زنگ(کاتد) و فولاد کربنی (آند) به صورت الکتریکی در یک الکترولیت به هم متصل می شوند - فولاد کربن به طور فداکاری خورده می شود در حالی که فولاد ضد زنگ محافظت می شود.

Galvanic Corrosion Between Stainless Steel and Carbon Steel

اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی بین فولاد ضد زنگ غیرفعال 304 و فولاد کربنی تقریباً 0.7 تا 1.0 V (SHE) است که به اندازه کافی بزرگ است تا خوردگی تهاجمی ایجاد کند.

خطرناک ترین نقص طراحی، یک ناحیه کوچک فولاد کربنی است که به یک ناحیه فولاد ضد زنگ بزرگ متصل می شود، که تمام خوردگی را روی یک سطح آندی کوچک متمرکز می کند - شکست را 10 تا 100 برابر تسریع می کند.

پیشگیری سه لایه را دنبال می کند: سازگاری با مواد، عایق بندی الکتریکی و کنترل محیطی.

استانداردهای صنعتی ASTM G71، ASTM G82 و AMPP (سابق NACE) چارچوب آزمایش و مشخصات را برای مدیریت خوردگی گالوانیکی ارائه می کنند.

آمارهای کلیدی در یک نگاه

متریک	ارزش
تفاوت پتانسیل (304 SS پسیو در مقابل فولاد کربنی)	0.7 تا 1.0 V (SHE)
شتاب سرعت خوردگی (آند کوچک / کاتد بزرگ)	10 تا 100 برابر
نرخ خوردگی گالوانیکی معمولی در آب دریا (آند فولاد کربنی)	0.5 تا 1.5 میلی متر در سال
سهم خرابی لوله‌های صنعتی ناشی از خوردگی گالوانیکی	15 تا 20 درصد
میانگین هزینه تعمیرات خوردگی گالوانیکی برنامه ریزی نشده	50000 تا 500000 دلار برای هر حادثه
استاندارد ASTM برای تست خوردگی گالوانیکی	ASTM G71
استاندارد ASTM برای تعیین سری گالوانیکی	ASTM G82
روشهای پیشگیری اولیه	انتخاب مواد، عایق الکتریکی، پوشش ها، حفاظت کاتدی

در سیستم‌های لوله‌کشی صنعتی، سکوهای دریایی و کارخانه‌های شیمیایی در سرتاسر جهان، یک قاتل خاموش هر سال میلیون‌ها دلار را به عنوان تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی‌نشده ادعا می‌کند:خوردگی گالوانیکی بین فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی. هنگامی که این دو فلز در مجاورت رطوبت با هم برخورد می کنند، یک باتری نامرئی تشکیل می شود. فولاد کربن به آند قربانی تبدیل می شود، در حالی که فولاد ضد زنگ بکر می ماند، حل می شود. نتیجه؟ نشتی فلنج ها، اتصال دهنده های شکست خورده و خرابی های فاجعه بار ساختاری -- همه ناشی از یک نظارت طراحی است که کاملاً قابل پیشگیری است.

این راهنما علم پشت خوردگی گالوانیکی را توضیح می‌دهد، عوامل محیطی که آن را تسریع می‌کنند ترسیم می‌کند، و استراتژی‌های طراحی عملی مبتنی بر استانداردهای ASTM و AMPP (NACE) را ارائه می‌دهد. چه موادی را برای یک خط لوله جدید مشخص کنید یا یک سیستم موجود را عیب یابی کنید، این مقاله دانش مهندسی برای طراحی خوردگی گالوانیکی از پروژه خود را به شما می دهد.

خوردگی گالوانیکی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که در آن یک فلز زمانی که در تماس الکتریکی با یک فلز نجیب تر در حضور الکترولیت باشد ترجیحاً خورده می شود.آن را به عنوان یک باتری در نظر بگیرید: دو فلز مختلف به عنوان الکترود عمل می کنند، رطوبت به عنوان مایع باتری عمل می کند، و فلز کمتر نجیب (آند) مصرف می شود.

سه شرط

خوردگی گالوانیکی برای وجود همزمان به سه شرایط نیاز دارد. هر کدام را بردارید و خوردگی متوقف می شود:

دو فلز غیر مشابه با پتانسیل های الکتروشیمیایی متفاوت (به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ و فولاد کربن).

تماس مستقیم الکتریکی بین دو فلز (فلز-به-لمس فلز یا از طریق یک مسیر رسانا).

یک الکترولیت رایج که هر دو فلز - آب، رطوبت، اسپری نمک، میعانات اسیدی یا رطوبت خاک را پل می کند.

چرا اهمیت دارد:برخلاف خوردگی یکنواخت که فلز را به تدریج و قابل پیش بینی نازک می کند، خوردگی گالوانیکی موضعی و تهاجمی است. می تواند یک قطعه فولاد کربنی را در ماه ها به جای سال ها سوراخ کند. در کاربردهای{2}}ایمنی حیاتی -- مخازن تحت فشار، خطوط لوله زیر دریا، اتصالات ساختاری -- این حمله تسریع شده می تواند باعث شکست ناگهانی بدون هشدار بصری شود، زیرا سطح فولاد ضد زنگ کاملاً دست نخورده به نظر می رسد.

فولاد ضد زنگ به طور قابل توجهی نجیب تر (کاتدیک) از فولاد کربنی در سری گالوانیکی است و اختلاف پتانسیل 0.7 تا 1.0 ولت ایجاد می کند که باعث خوردگی تهاجمی فولاد کربنی می شود.هر چه شکاف پتانسیل بزرگتر باشد، نیروی محرکه برای خوردگی گالوانیکی قوی تر است.

سریال Galvanic توضیح داده شد

Why Do Stainless Steel and Carbon Steel Form a Dangerous Galvanic Couple

سری گالوانیکی فلزات را بر اساس پتانسیل الکتروشیمیایی آنها در یک محیط معین رتبه بندی می کند. هر چه دو فلز در این مقیاس از هم دورتر باشند، نیروی محرکه خوردگی بیشتر است. در اینجا موقعیت نسبی فلزات رایج است:

فلز / آلیاژ	پتانسیل تقریبی (V در مقابل SHE)	نقش در زوج
منیزیم	-1.60 تا -1.30	آند قوی
روی	-0.80 تا -0.70	آند
فولاد کربن	-0.60 تا -0.70	آند (قربانی)
آلیاژهای آلومینیوم	-0.50 تا -0.80	آند
304 SS (فعال)	-0.50 تا -0.30	آند ملایم
سرب	-0.30 تا -0.20	آند ملایم
مس	-0.10 تا 0.00	کاتد
304 SS (غیرفعال)	+0.10 به +0.30	کاتد قوی
آلیاژهای نیکل (مانند C-276)	+0.20 به +0.40	کاتد قوی
گرافیت	+0.30 به +0.50	قوی ترین کاتد

بینش کلیدی:فولاد کربنی در نزدیکی انتهای آندی تقریباً -0.60 تا -0.70 ولت قرار دارد، در حالی که فولاد ضد زنگ غیرفعال 304 در +0.10 تا +0.30 V قرار دارد. این شکاف 0.7 تا 1.0 V بسیار زیاد است -- قابل مقایسه با یک باتری تک سلولی. فولاد ضد زنگ به عنوان کاتد (محافظت شده) و فولاد کربنی به عنوان آند (خورنده) عمل می کند.

فیلم منفعل اهمیت دارد:مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ از یک لایه نازک کروم-اکسید منفعل ناشی می شود. هنگامی که این لایه دست نخورده باشد (حالت غیرفعال)، فولاد ضد زنگ بسیار نجیب است. اگر لایه غیرفعال شکسته شود (حالت فعال) -- به دلیل حمله کلرید، خوردگی شکاف، یا آسیب مکانیکی -- پتانسیل فولاد ضد زنگ به فولاد کربن نزدیک‌تر می‌شود و نیروی محرکه گالوانیکی کاهش می‌یابد. با این حال، تکیه بر شکست لایه غیرفعال به عنوان یک استراتژی کنترل خوردگی نه قابل اعتماد است و نه توصیه می شود.

غلظت کلرید، دما، رطوبت و هدایت الکترولیت چهار شتاب دهنده اصلی محیطی هستند -- محیط های حاوی کلرید مانند آب دریا و اتمسفر ساحلی تا حد زیادی تهاجمی ترین هستند.درک این عوامل برای ارزیابی ریسک و مشخصات مواد ضروری است.

محیط زیست	خورندگی	نرخ گالوانیکی معمولی (میلی متر/سال)	عامل اصلی ریسک
محیط داخلی، خشک،-کنترل شده با آب و هوا	خیلی کم	< 0.01	بدون الکترولیت پایدار
فضای روستایی	پایین	0.01 تا 0.05	رطوبت متناوب باران
فضای شهری / صنعتی	متوسط	0.05 تا 0.15	SO2 و رسوب آلاینده
جو ساحلی (نمک پاشی)	بالا	0.15 تا 0.50	رسوب کلرید
غوطه وری در آب دریا	بسیار بالا	0.50 تا 1.50	رسانایی بالا کلر- +
آب نمک / فرآیند شیمیایی	افراطی	1.00 تا 5.00+	کلر بالا- + pH پایین + دمای بالا
خاک (رطوبت بالا، مقاومت کم)	بالا	0.10 تا 0.50	مقاومت متغیر + میکروب

چهار شتاب دهنده در جزئیات

1. غلظت کلرید:یون‌های کلرید (Cl-) مخرب‌ترین گونه برای خوردگی گالوانیکی هستند. آنها رسانایی الکترولیت (سرعت انتقال الکترون) را افزایش می دهند و به طور موضعی به لایه غیرفعال فولاد ضد زنگ نفوذ می کنند و محل های حفره ای ایجاد می کنند که جفت گالوانیکی را تسریع می کند. آب دریا (تقریباً 19000 ppm Cl{5}}) یکی از تهاجمی‌ترین الکترولیت‌های طبیعی است.

2. دما:هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما می تواند با تسریع سینتیک الکتروشیمیایی، میزان خوردگی را دو برابر کند. آب فرآیند گرم، محیط های بخار و آب و هوای گرمسیری خوردگی گالوانیکی را به میزان قابل توجهی تقویت می کنند. در برخی موارد، دمای بالا نیز سری گالوانیکی را تغییر می‌دهد و شکاف پتانسیل بین فلزات را تغییر می‌دهد.

3. مدت زمان رطوبت و رطوبت:خوردگی گالوانیکی به یک لایه الکترولیت پیوسته نیاز دارد. در محیط‌هایی با رطوبت نسبی بالا (بیش از 60%)، یک لایه رطوبتی نازک روی سطوح فلزی باقی می‌ماند و سلول الکتروشیمیایی را حفظ می‌کند. مناطق ساحلی با رسوب مه نمک به ویژه خطرناک هستند زیرا لایه نمک رطوبت را جذب می کند (ضعف) و پوشش الکترولیت را حتی در رطوبت متوسط حفظ می کند.

4. رسانایی الکترولیت:هرچه الکترولیت رسانای بیشتری داشته باشد، ناحیه جفت گالوانیکی موثرتر وسیع‌تر است. آب خالص رسانایی کمی دارد و خوردگی گالوانیکی را تا منطقه تماس فوری محدود می کند. آب دریا و آب نمک رسانایی بالایی دارند و نفوذ گالوانیکی را سانتی مترها یا حتی مترها از فلز واقعی- به-محل اتصال فلز گسترش می دهند.

یک آند کوچک (فولاد کربنی) همراه با یک کاتد بزرگ (فولاد ضد زنگ) تمام جریان گالوانیکی را روی یک سطح کوچک متمرکز می کند و خوردگی را 10 تا 100 برابر تسریع می کند - - خطرناک ترین و رایج ترین نقص طراحی در سیستم های فلزی غیرمشابه.این نسبت مساحت نامطلوب نامیده می شود و مهمترین عامل هندسی در طراحی خوردگی گالوانیکی است.

چرا نسبت مساحت غالب است

جریان گالوانیکی توسط واکنش کاتدی (کاهش اکسیژن یا تکامل هیدروژن) روی سطح فولاد ضد زنگ هدایت می شود. مساحت کاتد بزرگ به معنای جریان کل کاتدی زیاد است. تمام آن جریان باید از طریق آند (فولاد کربن) عبور کند. اگر آند کوچک باشد، چگالی جریان روی سطح آند بسیار زیاد می شود - به این معنی که نرخ خوردگی در واحد سطح افزایش می یابد.

آند: نسبت مساحت کاتد	ضرب کننده نرخ	سطح ریسک	سناریوی معمولی
1: 1 (مناطق مساوی)	1x (خط پایه)	پایین	اتصال لبه صفحه تخت، ضخامت برابر
1 : 5	3 تا 5 برابر	متوسط	بست کربن فولادی در صفحه SS
1 : 10	5 تا 10 برابر	بالا	واشر CS زیر سر پیچ SS
1 : 50	20 تا 50 برابر	شدید	اتصال دهنده CS پانل های بزرگ SS را به هم متصل می کند
1 : 100+	50 تا 100 برابر	انتقادی	پرچ / جوش کوچک CS در ساختار عظیم SS

قانون طلایی نسبت مساحت

همیشه یک ناحیه آند بزرگ و یک ناحیه کاتد کوچک را ترجیح دهید.اگر باید از فلزات غیرمشابه استفاده کنید، فلز نجیب کمتر (فولاد کربن) را جزء بزرگتر و فلز نجیب تر (فولاد ضد زنگ) را جزء کوچکتر قرار دهید. به عنوان مثال، استفاده از اتصال دهنده های فولادی ضد زنگ برای اتصال صفحات فولاد کربنی به طور کلی قابل قبول است - ناحیه بزرگ فولاد کربنی به عنوان یک آند بزرگ عمل می کند و خوردگی را به صورت نازک پخش می کند. معکوس - اتصال دهنده های فولاد کربنی در صفحات فولادی ضد زنگ - دستور العملی برای شکست سریع بست است.

مثال عملی:در اتصال لوله فلنجی که در آن یک لوله فولادی ضد زنگ با فلنج فولادی کربنی جفت می شود، فلنج فولاد کربنی باید جزء بزرگتر و ضخیم تر باشد. بهتر است یک فلنج فولاد کربنی با پوشش جوشی از یک آلیاژ سازگار مشخص کنید یا از کیت فلنج ایزوله برای شکستن کامل مدار استفاده کنید.

انتخاب فلزات مجاور سری گالوانیکی (تفاوت پتانسیل زیر 0.25 ولت) مطمئن ترین راه برای از بین بردن خوردگی گالوانیکی در مرحله طراحی است - بدون نیاز به جداسازی، پوشش یا نگهداری.انتخاب مواد اولین و قوی ترین خط دفاعی است.

استراتژی سازگاری مواد

هنگامی که باید از فولاد ضد زنگ استفاده شود، این جایگزین های سازگار برای فولاد کربنی برای اجزای جفت شده را در نظر بگیرید:

همراه با فولاد ضد زنگ	سازگاری	اختلاف پتانسیل (V)	توصیه
304 / 316 / 317 SS (همان خانواده)	عالی	< 0.05	بهترین روش - بدون خطر گالوانیکی
Duplex SS (2205, 2507)	عالی	< 0.10	سازگار؛ بررسی محیط سرویس
آلیاژهای نیکل (825، 625، C-276)	خوب	0.05 تا 0.20	کمی نجیب تر؛ در اکثر موارد امن است
مس و برنج	متوسط	0.30 تا 0.50	در محیط های تهاجمی ایزوله کنید
فولاد کربن	بیچاره	0.70 تا 1.00	منزوی کردن یا اجتناب کردن؛ از ارتقاء آلیاژی استفاده کنید
آلیاژهای آلومینیوم	بیچاره	0.50 تا 1.00	منزوی کردن؛ Al تبدیل به آند قربانی می شود
روی (فولاد گالوانیزه)	خیلی ضعیف	0.80 تا 1.20	روی به سرعت خورده می شود. هرگز زوج-را هدایت نکنید

ارتقاء اجزای فولاد کربنی

هنگامی که بودجه اجازه می دهد، تمیزترین راه حل ارتقای اجزای فولاد کربنی به فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای نیکل در همان خانواده است.برای فلنج ها و اتصال دهنده ها به طور خاص، موارد زیر را در نظر بگیرید:

فلنج های فولاد کربنی را با فلنج های فولادی ضد زنگ 304/316L با همان فشار فشار جایگزین کنید.

هنگام اتصال قطعات فولادی ضد زنگ به جای اتصال دهنده های فولادی کربنی، از بست های فولادی 316 (پیچ، مهره، واشر) استفاده کنید.

برای سرویس{0}کلرید یا اسیدی بالا، فولاد ضد زنگ دوبلکس (2205 یا 2507) یا آلیاژهای نیکل (آلیاژ 625، آلیاژ 825) را هم برای اجزای ساختاری و هم برای اجزای اتصال مشخص کنید.

هنگامی که فولاد کربن به دلایل هزینه باید حفظ شود، از روکش جوش یا روکش فلزی با فولاد ضد زنگ یا آلیاژ نیکل روی سطح خیس شده استفاده کنید.

یادداشت هزینه-منفعت:در حالی که ارتقاء به فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای نیکل هزینه مواد اولیه را 2 تا 5 برابر افزایش می دهد، هزینه چرخه عمر نگهداری جداسازی، تعمیر پوشش و خرابی احتمالی را حذف می کند - اغلب 3 تا 10 برابر حق بیمه اولیه در طول عمر 20 ساله صرفه جویی می کند.

شکستن مدار الکتریکی بین فلزات غیرمشابه با استفاده از موانع جداسازی، جداسازی هندسی یا طراحی زهکشی سلول گالوانیکی را در سطح فیزیکی حذف می کند - دومین خط دفاعی زمانی که سازگاری مواد امکان پذیر نیست.طراحی خوب، خوردگی گالوانیکی را از نظر فیزیکی غیرممکن می کند، نه فقط از نظر آماری بعید.

استراتژی 1: جداسازی الکتریکی

برای شکستن مدار الکتریکی در هر محل اتصال فلز به-مواد عایق نصب کنید:

جزء جداسازی	مواد معمولی	جایی که اعمال می شود	حد دما
واشر عایق	PTFE / EPDM / نئوپرن	بین وجه های فلنج	200-250 C
آستین / بوش عایق	فایبرگلاس G-10 / PTFE	اطراف ساق پیچ	180-260 C
واشرهای عایق	G-10 / نایلون / PTFE	زیر سر پیچ و مهره	180-260 C
کیت فلنج دی الکتریک	واشر + آستین + واشر	جداسازی کامل فلنج	به ازای مواد واشر

نکته مهم نصب:کیت عایق تنها زمانی مؤثر است که هر سه جزء (واشر، آستین و واشر) به درستی نصب شده باشند. یک واشر عایق از دست رفته زیر سر پیچ یک میانبر-به-فلز ایجاد می‌کند که کل کیت را باطل می‌کند. همیشه بعد از مونتاژ جداسازی را با آزمایش مقاومت بررسی کنید - مقاومت هدف باید از 1000 اهم تجاوز کند.

استراتژی 2: از تله ها و شکاف های آب اجتناب کنید

طراحی هندسه برای جلوگیری از تجمع الکترولیت در اتصالات فلزی غیرمشابه:
شیب های زهکشی را به دور از اتصالات فلنجی و اتصالات فلزی مخلوط- طراحی کنید.
از سطوح صاف افقی که در آن آب در نزدیکی تماس های فلزی غیرمشابه جمع می شود خودداری کنید.
در صورت امکان از جوش‌های با نفوذ کامل-به جای اتصالات لبه یا اتصالات پرچ شده استفاده کنید -- جوش شکاف شکافی که الکترولیت را به دام می‌اندازد را از بین می‌برد.
اگر اتصالات لاپ اجتناب ناپذیر است، برای جلوگیری از ورود الکترولیت، شکاف را با یک درزگیر سازگار ببندید.

استراتژی 3: حفظ دسترسی برای بازرسی

طراحی برای بازرسی:حتی با بهترین اقدامات پیشگیرانه، خوردگی گالوانیکی همچنان می تواند به دلیل آسیب پوشش، تخریب واشر یا تغییرات محیطی پیش بینی نشده رخ دهد. اطمینان حاصل کنید که اتصالات فلزی غیرمشابه برای بازرسی دوره‌ای بصری و آزمایش‌های غیرمخرب (اندازه‌گیری ضخامت مافوق صوت، جریان گردابی یا رادیوگرافی) قابل دسترسی هستند.

پوشش‌ها و لایه‌های سد مانع از تماس الکترولیت با سطح فلز می‌شوند، در حالی که حفاظت کاتدی پتانسیل کل سیستم را تغییر می‌دهد - هر دو زمانی که جداسازی به تنهایی کافی نیست، دفاع ثانویه موثری هستند.اصل کلیدی: هرگز فقط آند (فولاد کربنی) را نپوشانید در حالی که کاتد (فولاد ضد زنگ) را خالی بگذارید.

How Do Insulation Barriers and Coatings Work in Practice

استراتژی پوشش: راه اشتباه در مقابل راه درست

رایج ترین اشتباه پوشش:استفاده از پوشش محافظ فقط بر روی فولاد کربنی (آند) در حالی که فولاد ضد زنگ (کاتد) خالی باقی می ماند. این فاجعه بار است. اگر یک سوراخ پوششی (سوراخ، خراش یا تراشه) حتی یک ناحیه کوچک از فولاد کربنی را در معرض دید قرار دهد، کل جریان گالوانیکی از کاتد بزرگ فولاد ضد زنگ لخت روی آن آند کوچک در معرض متمرکز متمرکز می‌شود - نسبت مساحت نامطلوب شدید و سوراخ شدن سریع ایجاد می‌کند.

رویکرد صحیح:هر دو فلز را بپوشانید یا فقط کاتد را بپوشانید (فولاد ضد زنگ). اگر فولاد ضد زنگ پوشش داده شود، ناحیه موثر کاتد منقبض می شود و جریان گالوانیکی کل کاهش می یابد حتی اگر ناحیه کوچکی از فولاد کربنی در معرض دید قرار گیرد. این اصل پوشش اساسی برای کنترل خوردگی گالوانیکی است: سطح کاتد را کاهش دهید، نه منطقه آند را به تنهایی.

استراتژی پوشش	آند (CS)	کاتد (SS)	در صورت شکست پوشش خطر دارد	توصیه
بدون پوشش	خیر	خیر	خوردگی گالوانیکی پایه	فقط در محیط داخلی خشک
فقط آند (اشتباه رایج)	بله	خیر	EXTREME -- شکست متمرکز	هرگز توصیه نمی شود
فقط کاتد	خیر	بله	کم -- کاهش سطح کاتد	برای محیط های ملایم خوب است
هر دو فلز	بله	بله	کم -- هر دو محافظت شده	بهترین روش برای خدمات تهاجمی
CS + کت SS را گالوانیزه کنید	بله (روی)	بله	بسیار کم -- روی قربانی می شود	برای اتمسفر ترجیح داده می شود

انواع پوشش های محافظ

پوشش ها را بر اساس محیط سرویس، دما و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی انتخاب کنید:

پوشش‌های اپوکسی: مقاومت شیمیایی عالی، مناسب برای خدمات غوطه‌وری تا دمای 120 درجه سانتی‌گراد. سیستم‌های اپوکسی دو قسمتی برای کاربردهای فراساحلی و کارخانه‌های شیمیایی استاندارد هستند.

روکش های پلی اورتان: مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش-، بادوام برای قرار گرفتن در معرض اتمسفر. اغلب روی پرایمر اپوکسی برای یک سیستم کامل اعمال می شود.

گالوانیزه گرم-: یک لایه روی قربانی روی فولاد کربنی رسوب می‌کند. روی ترجیحاً خورده می شود و هم از زیرلایه فولاد کربنی محافظت می کند و هم شکاف بالقوه با فولاد ضد زنگ را کاهش می دهد. با این حال، روی نسبت به فولاد ضد زنگ بسیار آندی است - تماس مستقیم بین فولاد گالوانیزه و فولاد ضد زنگ هنوز باید اجتناب شود یا جدا شود.

پوشش های PTFE / فلوروپلیمر: بی اثری شیمیایی و اصطکاک کم. مناسب برای سطوح واشر و پوشش های بست که در آن مقاومت شیمیایی در درجه اول اهمیت است.

حفاظت کاتدی به عنوان یک مکمل

آند قربانی یا حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر (ICCP) می تواند کل سیستم را منفی کند و از قطعه فولاد کربنی محافظت کند.در کاربردهای خط لوله زیر دریا و مدفون، حفاظت کاتدی تحت SP0169 AMPP (NACE) اجباری است. با این حال، حفاظت کاتدی جایگزین نیاز به پوشش و جداسازی نمی شود -- آنها را تکمیل می کند. محافظت بیش از حد می تواند باعث از هم گسیختگی پوشش و شکنندگی هیدروژنی فولادهای با مقاومت بالا شود.

ASTM G71، ASTM G82، ASTM G104 و AMPP (NACE) SP0169 استانداردهای اولیه حاکم بر تست خوردگی گالوانیکی، تعیین سری گالوانیکی و کنترل خوردگی در کاربردهای صنعتی هستند.انطباق با این استانداردها دقت مهندسی را نشان می دهد و اغلب توسط کد (ASME B31.3، API 510، API 570) برای لوله کشی فرآیند و مخازن تحت فشار مورد نیاز است.

استاندارد	عنوان / دامنه	آنچه را پوشش می دهد	چه زمانی باید درخواست داد
ASTM G71	تست های خوردگی گالوانیکی در الکترولیت ها	روش آزمایش آزمایشگاهی و میدانی برای زوج های گالوانیکی	اعتبارسنجی جفت مواد برای طرح های جدید
ASTM G82	سری Galvanic برای پیش بینی عملکرد	نحوه ساخت و استفاده از سری گالوانیکی	انتخاب مواد برای یک الکترولیت معین
ASTM G104	خوردگی گالوانیکی در شرایط جوی	تست نوردهی در فضای باز زوج های گالوانیکی	سازه های فضای باز و خدمات جوی
ASTM A380	غیرفعال سازی قطعات فولادی ضد زنگ	مراحل بازیابی فیلم غیرفعال اکسید کروم-	پس از ساخت، جوشکاری یا آلودگی
AMPP SP0169	خوردگی خارجی در لوله های زیرزمینی/غوطه ور	الزامات حفاظت کاتدی برای لوله های مدفون	اجباری برای خطوط لوله مدفون / زیر دریا
AMPP SP0176	کنترل خوردگی در سکوهای ثابت فراساحل	انتخاب مواد و کنترل خوردگی برای فراساحل	سکوهای نفت و گاز فراساحلی
ASME B31.3	لوله کشی فرآیند	منابع خوردگی گالوانیکی در انتخاب مواد	لوله کشی شیمیایی، پتروشیمی، پالایشگاه
ISO 8044	خوردگی فلزات -- اصطلاحات اساسی	اصطلاحات استاندارد برای انواع خوردگی	اسناد پروژه بین المللی

نکته کاربردی:هنگام تعیین اقدامات پیشگیری از خوردگی گالوانیکی در نقشه های مهندسی، به استاندارد قابل اجرا به صراحت اشاره کنید (به عنوان مثال، "نصب کیت جداسازی فلنج دی الکتریک برای ارزیابی سازگاری گالوانیکی ASTM G71"). این اطمینان حاصل می کند که تیم ساخت نیاز را درک می کند و بازرس یک معیار پذیرش قابل تأیید دارد.

ترکیبی از بازرسی بصری، اندازه‌گیری ضخامت اولتراسونیک، و نظارت الکتروشیمیایی، تشخیص موثر خوردگی گالوانیکی را قبل از وقوع شکست فراهم می‌کند.فرکانس بازرسی باید مبتنی بر ریسک-با نظارت مکرر برای محیط‌های با پیامدهای{{2} و خورندگی بالا باشد.

روش های بازرسی

روش	آنچه را تشخیص می دهد	حد تشخیص	فرکانس	بهترین برای
بازرسی بصری	زنگ زدگی، سوراخ شدن، آسیب پوشش	عیوب سطح > 0.5 میلی متر	فصلی تا سالانه	اتصالات جوی قابل دسترس
ضخامت اولتراسونیک (UT)	از دست دادن دیوار در فولاد کربن در نزدیکی اتصالات	0.1 میلی متر از دست دادن دیوار	سالانه تا دوسالانه	لوله کشی و مخازن تحت فشار
تست جریان گردابی	سوراخ کردن سطح و نزدیک-سطح	چاله های 0.2 میلی متری	در حد نیاز	عیوب سطح فولاد ضد زنگ
رادیوگرافی (RT)	خوردگی داخلی و از بین رفتن دیوار	5% از بین رفتن دیوار	دوسالانه	اتصالات جوش داده شده، مناطق غیر قابل دسترس
مانیتورینگ الکتروشیمیایی	جریان گالوانیکی بین فلزات جفت شده	سطح میکروآمپر-	مستمر	سیستم‌های{0}} بحرانی یا پرخطر
نظارت بر کوپن	نرخ خوردگی واقعی در نمونه آزمایشی	بستگی به دوره نوردهی دارد	بازیابی فصلی	مخازن، کشتی ها، خطوط لوله

بهترین شیوه های برنامه نظارت

نقاط اندازه‌گیری ضخامت اولتراسونیک (TML) را در 50 میلی‌متر از محل اتصال فلزی غیرمشابه قرار دهید -- اینجا جایی است که خوردگی گالوانیکی متمرکز می‌شود.

کوپن های خوردگی ساخته شده از همان درجه فولاد کربنی را در مکان های نمایندگی نصب کنید تا نرخ خوردگی واقعی را در شرایط سرویس اندازه گیری کنید.

برای سیستم‌های حیاتی، مانیتورهای جریان گالوانیکی آنلاین را نصب کنید که جریان واقعی بین فلزات جفت شده را اندازه‌گیری می‌کند - - این داده‌های نرخ خوردگی گالوانیکی را در زمان واقعی ارائه می‌دهد.

یک رکورد ضخامت خط پایه در راه اندازی را حفظ کنید. اندازه گیری های بعدی میزان خوردگی واقعی را در طول زمان کمیت می کند.

تمام یافته های بازرسی را در یک پایگاه داده مدیریت خوردگی مستند کنید، خطوط روند را برای پیش بینی عمر باقیمانده ردیابی کنید.

هزینه چرخه عمر برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی معمولاً 3 تا 10 برابر کمتر از هزینه خرابی برنامه ریزی نشده است - از جمله تعمیر، خرابی، تولید از دست رفته و حوادث احتمالی ایمنی.پیشگیری فقط یک تصمیم مهندسی نیست -- بلکه یک تصمیم مالی است.

دسته هزینه	رویکرد پیشگیری	سناریوی شکست	نسبت (شکست: جلوگیری)
کیت جداسازی فلنج (DN100)	200 تا 500 دلار برای هر کیت	5000 تا 20000 دلار به ازای هر نشت + خرابی	10 تا 40 برابر
ارتقاء بست SS	2 تا 10 دلار برای هر بست حق بیمه	500 تا 5000 دلار برای هر خرابی بست	50 تا 500 برابر
ارتقاء مواد (CS به 316SS فلنج)	200 تا 800 دلار حق بیمه برای هر فلنج	10000 تا 50000 دلار برای هر رویداد شکست	12 تا 60 برابر
سیستم پوشش (اپوکسی + PU)	50 تا 150 دلار در هر متر مربع	دوباره-پوشش + انفجار=$500+ در هر متر مربع پس از شکست	3 تا 10 برابر
حفاظت کاتدی (ICCP)	10000 تا 50000 دلار نصب شده است	100 دلار، 000+ برای هر بخش خط لوله خورده شده	2 تا 10 برابر
طراحی سازگاری کامل مواد	2 تا 5 برابر حق بیمه هزینه مواد	تعویض کامل سیستم + دعوی قضایی	5 تا 20 برابر (عمر 20 ساله)

هزینه های پنهان شکست:فراتر از هزینه های تعمیر مستقیم، خرابی های خوردگی گالوانیکی باعث ایجاد هزینه های آبشاری می شود -- خاموشی اضطراری، پاکسازی محیط زیست، جریمه های نظارتی، افزایش حق بیمه و آسیب به شهرت. در کاربردهای حیاتی ایمنی (سکوهای فراساحلی، راکتورهای شیمیایی، خطوط لوله زیر دریا)، یک شکست خوردگی گالوانیکی می‌تواند 1 تا 50 میلیون دلار هزینه کل خسارات بعدی داشته باشد.

قانون 1-10-100

در مهندسی خوردگی، قانون 1-10-100 اعمال می شود:1 دلار برای جلوگیری از خوردگی در مرحله طراحی، 10 دلار برای کاهش آن در طول ساخت و 100 دلار برای تعمیر آن پس از شکست هزینه دارد. به طور خاص برای خوردگی گالوانیکی، این نسبت اغلب حتی شدیدتر است زیرا ماهیت موضعی حمله به این معنی است که آسیب قابل مشاهده تنها کسری از تخریب ساختاری واقعی است.

When Should You Replace Carbon Steel with Stainless Steel or Nickel Alloys

هنگامی که محیط سرویس شامل کلریدها، دمای بالا، یا کاربردهای{0}}ایمنی حیاتی است، ارتقاء از فولاد کربنی به فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای نیکل اختیاری نیست -- این تصمیم مهندسی مسئول است.تصمیم ارتقا باید بر اساس ارزیابی رسمی ریسک با در نظر گرفتن شدت محیط، پیامد شکست و اقتصاد چرخه عمر باشد.

چارچوب تصمیم گیری

وضعیت خدمات	مواد توصیه شده	منطق	جداسازی هنوز لازم است؟
داخل خانه خشک، کمتر از 40 درجه سانتیگراد، بدون کلرید	CS + SS با پوشش اولیه	خطر گالوانیکی کم؛ الکترولیت متناوب	توصیه می شود، نه انتقادی
اتمسفر در فضای باز، معتدل	CS + SS با کیت جداسازی + پوشش	مرطوب/خشک متناوب؛ ریسک متوسط	بله -- کیت دی الکتریک کامل
جو ساحلی (نمک پاشی)	CS را به 316SS یا duplex ارتقا دهید	رسوب کلرید سرعت بالایی دارد	بله، یا فلزات غیر مشابه را حذف کنید
غوطه وری در آب دریا	کل سیستم را به آلیاژ 316SS/duplex/Ni ارتقا دهید	خوردگی گالوانیکی شدید	سازگاری کامل با مواد ترجیح داده می شود
فرآیند شیمیایی (اسید/کلرید)	آلیاژ نیکل (625، C-276، 825) در سراسر	محیط شدید؛ SS ممکن است حفره کند	خیر -- همان خانواده آلیاژی
High temperature (> 200 C)	به 316Ti / 321 SS یا آلیاژ Ni ارتقا دهید	دمای بالا حمله را تسریع می کند	استفاده از ایزوله-درجه حرارت بالا (میکا)
لوله کشی مدفون	CS با حفاظت کاتدی + ایزوله	AMPP SP0169 CP را اجباری می کند	بله -- در هر تقاطع
مواد غذایی / دارویی	316SS در سراسر (بدون شکاف)	الزامات بهداشتی پوشش ها را ممنوع می کند	نه -- مواد مشابه در سراسر

مزیت آلیاژ نیکل

آلیاژهای نیکل برای سخت‌ترین خدمات - کلرید بالا، دمای بالا، گاز ترش (H2S) یا محیط‌های اسیدی مخلوط - عملکرد عالی را ارائه می‌کنند:آلیاژ 625 مقاومت عالی در برابر حفره های کلرید و ترک خوردگی تنشی تا 650 درجه سانتیگراد ارائه می دهد. آلیاژ 825 عملکرد فوق العاده ای را در خدمات اسید سولفوریک و فسفریک ارائه می دهد. آلیاژ C-276 استاندارد طلایی برای تهاجمی ترین محیط های شیمیایی است که در مقابل اسیدهای اکسید کننده و احیا کننده مقاومت می کند. با مشخص کردن آلیاژهای نیکل در سراسر سیستم، خوردگی گالوانیکی را به طور کامل از بین می برید و در عین حال مقاومت به خوردگی موضعی بالاتری کسب می کنید.

آیا می توانم با خیال راحت از پیچ های فولادی ضد زنگ بر روی فلنج های کربن فولادی استفاده کنم؟

بله -- این به طور کلی ایمن است زیرا نسبت مساحت به نفع یک آند بزرگ (فلنج فولاد کربنی) و یک کاتد کوچک (پیچ فولادی ضد زنگ) است.مقدار کمی جریان گالوانیکی از سطوح پیچ و مهره در سطح بزرگ فلنج فولاد کربنی پخش می شود و نرخ خوردگی در واحد سطح را پایین نگه می دارد. با این حال، در آب دریا یا محیط‌های{1}}دارای کلرید بالا، همچنان باید روی فلنج فولاد کربنی یک پوشش اعمال کنید و از واشرهای ایزوله برای افزایش طول عمر استفاده کنید. پیکربندی معکوس (پیچ فولادی کربن روی فلنج های فولادی ضد زنگ) خطرناک است و باید از آن اجتناب کرد.

چه مدت طول می کشد تا خوردگی گالوانیکی باعث خرابی شود؟

در آب دریا، خوردگی گالوانیکی بین فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی می تواند دیواره فولادی کربنی 5 میلی متری را در 3 تا 10 سال سوراخ کند. در موارد شدید با نسبت مساحت نامطلوب، شکست می تواند در کمتر از 12 ماه رخ دهد.در محیط های داخلی خشک، خوردگی گالوانیکی ممکن است در کل عمر طراحی ناچیز باشد. نرخ خوردگی به الکترولیت (غلظت کلرید، رسانایی، دما)، نسبت مساحت، و اینکه آیا جداسازی یا پوشش‌ها در محل قرار دارند، بستگی دارد. همیشه یک{2}}ارزیابی خطر خاص سایت انجام دهید.

آیا رنگ آمیزی فولاد کربنی از خوردگی گالوانیکی جلوگیری می کند؟

رنگ آمیزی فقط فولاد کربنی (آند) رویکرد اشتباهی است و در واقع می تواند خوردگی را بدتر کند.اگر پوشش دارای سوراخ یا خراش باشد، تمام جریان گالوانیکی کاتد بزرگ فولاد ضد زنگ لخت در آن نقطه کوچک در معرض متمرکز می شود و باعث سوراخ شدن سریع می شود. استراتژی صحیح این است که هر دو فلز را بپوشانید یا فقط فولاد ضد زنگ (کاتد) را بپوشانید تا سطح مؤثر کاتد را کاهش دهید. این یکی از رایج ترین و خطرناک ترین اشتباهات در پیشگیری از خوردگی گالوانیکی است.

آیا خوردگی گالوانیکی با فولاد گالوانیزه و فولاد ضد زنگ مشکل دارد؟

بله -- فولاد گالوانیزه (روکش روی) حتی آندی تر از فولاد کربنی بدون فولاد ضد زنگ است که جفت گالوانیکی را تهاجمی تر می کند.روی تقریباً 0.80- ولت در سری گالوانیکی است که حدود 0.1 تا 0.2 ولت آندی بیشتر از فولاد کربنی است. هنگامی که فولاد گالوانیزه با فولاد ضد زنگ تماس می گیرد، پوشش روی به سرعت خورده می شود. هنگامی که روی مصرف می شود، فولاد کربنی زیرین به خوردگی گالوانیکی ادامه می دهد. تماس مستقیم بین فولاد گالوانیزه و فولاد ضد زنگ همیشه باید اجتناب شود یا از نظر الکتریکی جدا شود.

تفاوت بین خوردگی گالوانیکی و خوردگی شکافی چیست؟

خوردگی گالوانیکی به دو فلز غیر مشابه نیاز دارد. خوردگی شکاف می تواند روی یک فلز اتفاق بیفتد و به دلیل اختلاف غلظت اکسیژن در شکاف شکاف ایجاد می شود.با این حال، این دو اغلب با هم وجود دارند: یک اتصال فلنجی بین فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی هم یک جفت گالوانیکی (فلزات غیر مشابه) و هم یک شکاف (شکاف واشر) ایجاد می کند. شکاف الکترولیت را به دام می اندازد و همچنین می تواند لایه غیرفعال فولاد ضد زنگ را به صورت موضعی تجزیه کند و فولاد ضد زنگ را از غیرفعال (نجیب) به فعال (کمتر نجیب) تغییر دهد، که می تواند نیروی محرکه گالوانیکی را کاهش دهد اما حفره های موضعی را افزایش می دهد. هر دو مکانیسم باید در طراحی مورد توجه قرار گیرند - از جداسازی برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی و انتخاب واشر مناسب برای به حداقل رساندن شکاف ها استفاده کنید.

بهترین ماده عایق برای سرویس{0}در دمای بالا چیست؟

برای دماهای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد، مواد جداسازی استاندارد PTFE و EPDM تخریب می شوند. از واشرهای مبتنی بر میکا یا عایق الیاف سرامیکی- که برای دمای سرویس درجه بندی شده است استفاده کنید.برای دماهای تا 260 درجه سانتیگراد، G-10 آستین فایبرگلاس و PTFE به خوبی کار می کنند. برای دمای 260 تا 600 درجه سانتیگراد، واشرهای میکا، الیاف سرامیکی یا ورقه های فنولی با دمای بالا را در نظر بگیرید. در دمای بالای 600 درجه سانتیگراد، جداسازی فلزی (با استفاده از آلیاژ میانی سازگار) یا ارتقاء کامل مواد به همان خانواده آلیاژی تنها گزینه قابل اعتماد است. همیشه درجه حرارت مواد جداسازی و سازگاری شیمیایی با سیال فرآیند را بررسی کنید.