خوردگی در چدن ها

از بین رفتن مواد به علت واکنش با محیط را خوردگی می نامند.

در مطالب قبل دانستید که چُدَن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲٫۱الی ۶٫۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می شود. رنگ مقطع شکست این آلیاژ به عنوان شناسه نامگذاری انواع مختلف آن به کار می رود.          

دانستید که چدن با فشار شکل نمی‏گیرد و با نورد و کشش به شکل های مفید درنمی‏آید. این آهن در واقع آهن خام است که دوباره ذوب شده است. مقدار کربن موجود در چدن بیش از 2 درصدی است که به این ترتیب فلز چدن در هیچ دمایی چکشخوار نیست. چدن در صنایع ریخته‏گری کاربرد فراوان دارد.  

و در مطلب های دیگر بررسی کردیم که چدن (فولاد آب دیده) برای روکش دریچه ها مصرف می شود زیرا پوشش بسیار سختی است اما به دلیل داشتن درصد کربن بالا ، شکننده و بی دوام است.    

تقسیم ‌بندی این نوع چدن ها بر مبنای خواص آنها نظیر استحکام در درجات حرارتی بالا، مقاومت در مقابل اکسیداسیون (اکسایش)، مقاومت در مقابل سرما ، مقاومت در شرایط سایند شدید، انبساط حرارتی بسیار یا خاصیت غیر مغناطیسی بودن آنها قرار دارد.

با گسترش صنایع شیمیایی، پتروشیمی و آزمایشگاه‌های مدرن شیمی و صنایع مربوطه که با محیط‌ ها و مواد خورنده سر و کار دارند، نیاز به این نوع چدن ها، یعنی چدن‌های مقاوم به خوردگی در محیط های اسیدی، بازی و ... بیشتر می‌شود.

پس به همین دلیل لازم است که خوردگی چدن های غیر آلیاژی در محیط‌ های مختلف را بررسی و علت نیاز به چدن های آلیاژی مقاوم به خوردگی را نیز مورد بررسی قرار بدهیم.

چدن ها از خواص فیزیکی و مکانیکی مهمی برخوردار می باشند. و ریخته‌گری آنها به همان سهولت چدن های غیر آلیاژی انجام می‌گیرد. تولید این نوع چدن‌ها در صنایع چدن ‌ریزی تخصص جداگانه‌ ای را به خود اختصاص می دهند و اکثر واحدهای ریخته‌گری این نوع چدن ها،  تنها فعالیت خود را محدود به چند نوع  از انواع آنها محدود نموده اند.

چدن ها از نظر خوردگی با فولادها تفاوت دارند زیرا چدن ها شامل مقادیر کمی کربن و سیلیم می‌باشند. مقدار زیادی از کربن به صورت گرافیت درمی‌آید که به طور کلی نامحلول بوده و در بیشتر محیط های خورنده خنثی می باشد. گرافیت موجود در چدن، در برابر حمله خوردگی بیشتر محیط های خورنده بی‌اثر است، حمله خوردگی به طور اصلی روی زمینه ساختار فلز می‌باشد. اگر گرافیت روی سطح در جای خود بماند باعث تشکیل پوسته محافظ به رنگ سیاه یا خاکستری به نظر می‌رسد. این پوسته محافظ گرافیتی می‌تواند عاملی برای سرعت دادن یا کاهش سرعت خوردگی در فلز باشد.

چدن خاکستری (GG):
در مطلب قبل دانستید که مقطع چدن GG به رنگ خاکستری است و رایج ترین نوع چدن و از پرکاربرد ترین فلزات ریخته گری محسوب می شود که در آن کربن بصورت لایه هایی از گرافیت در کریستال ها جای می گیرد.

خوردگی در چدن ها را می توان در برابر (خوردگی در معرض هوا، گازهای سوختی، اسید، قلیا، محلول نمکی، آب و خاک) بررسی نمود.

چدن های خاکستری غیر آلیاژی اساساً برای لوله‌ های آب استفاده می‌شوند. مقاومت خوردگی چدن بستگی به توانایی تشکیل پوسته محافظ دارد. در آب های سخت به دلیل رسوب کربنات کلسیم روی چدن، پوسته محافظ تشکیل می‌شود که میزان خوردگی سطح آنرا به طور کلی کم می‌کند. در آب های سبک پوسته محافظ نمی‌تواند به طور کامل تشکیل شود و مقداری خوردگی رخ خواهد داد. در آب های صنعتی، میزان خوردگی اصولاً یک تابع از آلودگی‌ها و میزان PH می‌باشد. آب های اسیدی خوردگی را افزایش می‌دهند، در حالی که آب های قلیایی میزان خوردگی کمتری دارند. حضور آب دریا مسائل ویژه‌ای برای چدن خاکستری ایجاد می‌کند. در آب دریا میزان خوردگی به سرعت تلاطم آب دریا بستگی دارد. 
کلریدهای موجود در آب دریا یک مهاجم خورنده طبیعی برای چدن خاکستری محسوب می‌شوند. افزودن عناصر آلیاژی نظیر کرم، نیکل و مولیبدن می‌تواند میزان خوردگی در آب دریا را کنترل کند.

خوردگی در اسیدها
چدن های خاکستری غیر آلیاژی مقاومت کمی در برابر اسیدهای معدنی با غلظت‌های متوسط و کم دارند. به هر حال، کاربردهایی وجود دارد که چدن خاکستری درمعرض اسیدها قرار می‌گیرد مثل اسید سولفوریک داغ 65% دلیل این مقاومت ناشی از تشکیل لایه محافظ حل نشدنی سولفات آهن روی چدن خاکستری می‌باشد. 

خوردگی در قلیاها
قلیاها شامل هیدروکسید سدیم (NaoH)، هیدروکسید پتاسیم (KOH)، سیلیکات سدیم و ترکیب شیمیایی مشابه شامل سدیم، پتاسیم و یا لیتیمم می‌باشند.
به طور کلی چدن های خاکستری غیر آلیاژی مقاومت خوبی نسبت به قلیاها از خود نشان می‌دهند. چدن های خاکستری غیر آلیاژی توسط قلیاهای رقیق خوردگی ندارند.

خوردگی در محلول‌ های نمک
نمک‌ های متعدد و محلول ‌های نمکی می‌توانند به وسیله چدن خاکستری غیر آلیاژی حمل شوند بدون اینکه خوردگی قابل توجهی ایجاد کنند. نمک هایی که به شکل یک محلول قلیا هیدرولیز می‌شوند مانند سیانیدها، سیلیکات ها، کربنات ها، و سولفیدها دارای خوردگی کمتری در مقایسه با نمک‌هایی که به شکل محلول اسید هیدرولیز می‌شوند، هستند.

چدن های پرسیلیسم ناشی از تشکیل لایه‌ای نازک از اکسیدهای آبدار سیلیسم بر روی قطعه است هنگامی که قطعه ریختگی برای نخستین بار در معرض محیط خورنده قرار می‌گیرد یون های خورنده به آن حمله می‌کنند اتم های آهن از شبکه‌ سیلیسم فریت فرو شسته می‌شوند در مرحله اولیه تماس با محیط خورنده، آهنگ خوردگی بالا است.

اتم های سیلیسم باقیمانده در زمینه چدن اکسید، و به ترکیب های سیلیسم اکسیژنی تبدیل می‌شوند که در سطح فلز با آب واکنش می‌کنند و لایه‌ ای چسبنده تشکیل می‌دهند با گذشت زمان این لایه ضخیمتر می‌شوند و اثر حفاظتی آن افزایش می‌یابد اگر چه چدن های پرسیلیسم استاندارد در برابر کلرید و فلوریدریک اسید نسبتاً کم است با افزایش مقدار سیلیسم به حدود 16 تا 18 درصد، مقاومت آنها در برابر کلریدریک اسید افزایش می‌یابد اما قطعات ریختگی تردتر می‌شوند با افزودن 3 تا 5 درصد کرم یا 3 تا 4 درصد مولیبدن به ترکیب اصلی (14.2 تا 14.75درصد سیلیسم) نیز می‌توان مقاومت این چدن را نیز افزایش می‌دهد.

از چدن های پرسیلیسم در ساخت تجهیزات تولید سولفوریک و نیتریک، کود شیمیایی، منسوجات و مواد منفجره، برای تصفیه آب، برای جابه ‌جایی اسیدهای معدنی در پالایشگاه نفت و در تمیزکاری یا اسید شویی فلزات، در پولیشکاری الکترولیتی، برای پردازش کاغذ، نوشیدنی ها، رنگ ها، رنگدانه‌ها، و به عنوان آند در حفاظت کاتدی لوله‌های چدنی یا سایر ظروف آهنی مدفون در خاک استفاده می شود.

چدن های سفید و آلیاژی مخصوص:
این چدن ها با آلیاژهای چدنی معمولی فرق می‌کنند. میزان عنصر آلیاژی در آن ها بیش از ۳% بوده و لذا آن را نمی‌توان توسط مواد افزودنی به پاتیل اضافه کرده و به یک ترکیب پایه استانداردی رسید.

این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌ دار تقسیم بندی می‌شوند و به صورت های مقاوم به خوردگی، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.
چدن های بدون گرافیت
چدن سفید پرلیتی: مقاوم به سایش
چدن سفید مارتنزیتی (نیکل-سخت): مقاوم سایش
چدن پر کرم (۳۳-۱۷ %Cr): مقاوم به خوردگی، سایش و حرارت
چدن های دارای گرافیت
چدن سوزنی: استحکام بالا و مقاوم به سایش

آستنیتی: شامل دو نوع نیکروسیلال یعنی نیکل سیلسیم بالا و نیکل مقاوم (Ni-resist) و هر دو مقاوم به حرارت و خوردگی می باشند.
فریتی: شامل دو نوع چدن، پر سیلسیم (۱۵%) مقاوم در برابر خوردگی و چدن ۵% سیلسیم در سیلال مقاوم در برابر حرارت می باشد.

 چدن از طریق ذوب مجدد سنگ آهن به همراه آهن و فولاد قراضه بدست می‌آید و با طی مراحلی برای حذف عناصر ناخواسته مانند فسفر و گوگرد همراه است. بسته به نوع کاربرد، میزان کربن و سیلیسم تا حد مطلوب (به ترتیب ۲ تا ۳٫۵ و ۱ تا ۳ درصد وزنی) کاهش داده می‌شوند. سایر عناصر نیز حین ریخته گیری و قبل از شکل گیری نهایی، به مذاب افزوده می‌شوند. چدن به جز موارد خاص که در کوره بلند موسوم به کوره کوپل ذوب می‌شود، عمدتاً در کوره‌های القای الکتریکی تولید می‌گردد. پس از تکمیل ذوب، مذاب به کوره نگهدارنده یا قالب ریخته می‌شود.

چدن‌های نیکل مقاوم و نیکروسیلال و نیکل و کروم بالا به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص به خودشان هستند. مهمترین کاربرد این چدن ها در پمپ های دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ‌ها و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم های بخار و جابجایی محلول های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.

نقش  بعضی از عناصر در چدن ها
- کروم، قویترین کاربید زاست همچنین ایجاد کننده پرلیت است.
- مس در مقدار کم گرافیت زاست و بعد از قلع، پرلیت زای خوبی است.
- منگنز کاربید زاست و همچنین باعث ایجاد پرلیت می شود.
- نیکل ایجاد کننده ضعیف پرلیت است، پیدایش گرافیت و فریت را تسهیل می کند.
- وانادیم کاربیدزای قوی است و همچنین پرلیت زای قوی نیز می باشد.
منبع: http://metallurgydata.cloob24.com

مرکز یادگیری سایت تبیان - مرجان سلیمانیان