تأثیر فروسیلیس در مقاومت به خوردگی فولاد

فولاد پایه اصلی زیرساخت‌ها و حمل و نقل مدرن است، با این حال، خوردگی، زنگ زدگی و تخریب از تهدیدهای همیشگی این آلیاژ حیاتی است. خوردگی فولاد کنترل نشده می‌تواند منجر به آسیب گزاف، تعمیرات پرهزینه، از دست دادن ظرفیت باربری و خرابی‌های فاجعه‌بار شود. راهکار استفاده از فروسیلیس، راهی برای مقاومت به خوردگی فولاد است. اما تأثیر فروسیلیس بر فولاد چگونه است و چه مقدار و به چه نحوی می‌توان عمر فولاد را به حداکثر رساند؟ در این مقاله به بررسی تأثیر بر فولاد و نحوه بدست آوردن بهترین نتیجه خواهیم پرداخت.

متالوژیست‌ها دریافته‌اند که افزودن مقادیر کمی فروسیلیکون در طول فرآیند فولادسازی می‌تواند به‌طور چشمگیری مقاومت در برابر خوردگی را افزایش دهد. فروسیلیس آلیاژی است که سیلیکون از آن تولید می‌شود، یک افزودنی ارزشمند که تشکیل لایه‌های اکسید محافظ روی سطح فولاد را بهبود می‌بخشد.

در پایان، متوجه خواهید شد که چگونه سیلیکون حاصل از فروسیلیس، فولاد را در برابر خوردگی مقاوم می‌سازد. این دانش می‌تواند به توسعه بهتر آلیاژ، تولید مقاوم‌‍تر فولاد و کنترل کیفیت در ساخت‌وساز، سازه‌های دریایی، حمل و نقل، تولید برق و موارد دیگر کمک کند. فولادهای آلیاژی حاوی فروسیلیکون، زیرساخت‌های ایمن، قابل‌اعتماد و طولانی مدت را تضمین می‌کنند که برای صنعت مدرن بسیار ضروری است.

فروسیلیس چیست؟

فروسیلیس که به اختصار FeSi خوانده می‌شود، یک آلیاژ آهن-سیلیکون است که حاوی مقادیر متفاوتی سیلیکون از 10٪ تا 90٪ است. این ماده از فرآوری سیلیس یا ماسه با کک در مجاورت آهن تولید می‌شود. فروسیلیس دارای نقطه ذوب بالاتر و چگالی کمتری نسبت به فولاد است و معمولاً به‌عنوان یک آلیاژساز در فولادسازی استفاده می‌شود.

افزودن فروسیلیس به فولاد می‌تواند تاثیرات خوبی بر خواص محصول نهایی داشته‌باشد و در مقاومت به خوردگی فولاد تأثیر به سزایی دارد. فروسیلیس بر اساس محتوای سیلیکون طبقه‌بندی می‌شود و مقدار محتوای سیلیکون تاثیر مستقیمی بر خواص و کاربرد آلیاژ فروسیلیکون دارد.

چگونه فروسیلیس بر مقاومت به خوردگی فولاد تأثیر می‌گذارد؟

سیلیکون موجود در فولادهای آلیاژی فروسیلیس به‌طور قابل توجهی به تشکیل لایه‌های غیرفعال محافظ روی سطح فولاد کمک می‌کند. تشکیل خودبه‌خود یک لایه اکسید فوق العاده نازک از فلزات مانند فولاد در برابر خوردگی محافظت می‌کند.

مقاومت در برابر خوردگی سطحی

افزودن‌های فروسیلیس به فولاد کمک می‌کند تا یک لایه غیرقابل نفوذ قوی‌ بر خود تشکیل دهد که عمدتاً از اکسیدهای آهن و سیلیکون تشکیل شده‌ است. هر چه محتوای سیلیکون بیشتر باشد، سرعت لایه‌سازی سریع‌تر و جریان تخریب کمتر می‌شود. این لایه‌ به‌عنوان یک مانع بین محیط خورنده و زیر لایه فولادی عمل می‌کند و مقاومت در برابر خوردگی را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. به دلیل این تأثیر بر فولاد، به طور گسترده از فروسیلیس در فولادسازی استفاده می‌شود.

اکسید غنی از سیلیکون بسیار پایدار است و به طور خودکار ترمیم می‌شود. این بدان معنی است که حتی اگر لایه غیرفعال آسیب ببیند، می‌تواند به‌سرعت لایه محافظ را مجدداً اصلاح کند و از واکنش‌های خوردگی جلوگیری کند.

تأثیر بر مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای

خوردگی حفره‌ای شکلی بسیار موضعی و مخرب از خوردگی است که با شکسته شدن لایه‌های محافظ در مناطق خاص همراه است. فروسیلیس برای بهبود مقاومت علیه خوردگی حفره‌ای، فولادهای ضدزنگ و سایر آلیاژها بسیار مفید است.

محتوای بالای سیلیکون، تشکیل لایه‌های غیرقابل نفوذ را امکان‌پذیر می‌کند که در برابر آسیب‌های حفره‌ای مقاومت می‌کنند. سیلیکون، مکان‌های احتمالی تشکیل و رشد خوردگی حفره‌ای را مسدود می‌کند. این ویژگی به‌طور قابل توجهی پتانسیل حفره شدن فولادهای آلیاژی فروسیلیس‌دار را کاهش می‌بخشد.

نقش در مهار ترک خوردگی ناشی از فشار

ترک خوردگی تنشی (SCC) به‌دلیل تأثیر ترکیبی تنش کششی و یک خورنده که به مناطق آسیب‌پذیر در فولاد حمله می‌کند، رخ می‌دهد. این نوع ترک خوردگی می‌تواند منجر به خرابی‌های غیر منتظره و ناگهانی شود.

سیلیکون حاصل از آلیاژهای فروسیلیس برای کاهش و مهار SCC در فولاد به‌کار می‌رود. با مسدود کردن نواحی فعال برای رشد ترک، حساسیت خوردگی‌پذیری کاهش می‌یابد. لایه‌های پوشنده سیلیکون حاوی اکسیدهای سیلیکونی است که می‌تواند به‌سرعت در بالای ترک دوباره واکنش‌داده و گسترش ترک‌خوردگی را در فولاد متوقف کند.

نکات افزودن فروسیلیس برای تاثیر بر فولاد به شکل بهینه

- متعادل کردن فروسیلیس و سایر عناصر آلیاژی

در حالی که فروسیلیس می‌تواند به‌طور چشمگیری مقاومت خوردگی فولاد را بهبود بخشد، باید به نسبت‌های مناسب همراه با سایر عناصر آلیاژی اضافه شود. فروسیلیس بیش از حد می‌تواند بر خواصی مانند شکل‌دهی و جوش‌پذیری تاثیر منفی بگذارد.

هدف سازندگان فولاد یافتن تعادل بهینه بین فروسیلیس، کروم، نیکل، مولیبدن و سایر عناصر آلیاژی بر اساس خواص و عملکرد مورد نظر هر کدام است. به‌عنوان مثال، افزودن کروم بیشتر و در مقابل کاهش فروسیلیس به‌اندازه می‌تواند مقاومت اکسیداسیون را در کارکردهای دمای بالا افزایش دهد.

کنترل دقیق و تنظیم ترکیب شیمیایی بسیار مهم است. فروسیلیس زمانی که با سایر عناصر آلیاژی به مقدار درست استفاده شود، بهترین اثربخشی را در تشکیل لایه‌های محافظ روی سطح دارد.

- انتخاب گرید فروسیلیس مناسب

گریدهای فروسیلیس بر اساس محتوای سیلیکون آنها طبقه‌بندی می‌شود و گریدهای بالاتر حاوی سیلیکون بالاتر است. عیار فروسیلیس باید بر اساس ترکیب فولاد و خواص مورد نیاز به‌طور مناسب انتخاب شود.

فروسیلیس‌ با محتوای Si بالای 15 درصد برای فولادهای آلیاژی که نیاز به بهبود قابل توجهی در مقاومت به خوردگی دارند، ترجیح داده می‌شوند. گریدهای فروسیلیس پایین‌تر، مقاومت در برابر خوردگی کافی را برای فولادهای منعطف و ملاحظات دیگری مانند شکل‌پذیری فراهم می‌کنند.

- در نظر گرفتن عوامل محیطی

محیطی که محصول فولاد در آن استفاده می‌شود، باید برای افزودن‌ فروسیلیس ارزیابی شود. شرایط آسیب‌پذیر مانند دما یا فشار بالا به محتوای سیلیکون بالاتر برای مقاومت به خوردگی فولاد نیاز دارد.

برعکس، برای محیط‌های امن‌تر، افزودن‌ فروسیلیس کمتر ممکن است کافی باشد. عوامل محیطی مورد انتظار، مقادیر فروآلیاژ و انتخاب عیار را تعیین می‌کنند. تست عملکرد فولاد آلیاژی تحت شرایط شبیه‌سازی‌ شده نیز مفید است.

چالش‌ها و محدودیت‌های فروسیلیس برای مقاومت به خوردگی فولاد

- محتوای سیلیکونی بالا می‌تواند جوش پذیری فولاد را کاهش دهد

در حالی که محتوای سیلیکون بالاتر مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشد، اما می‌تواند بر جوش پذیری فولادهای آلیاژی تاثیر منفی بگذارد. سیلیکون تمایل به جدا شدن در جوش دارد و باعث ترک خوردگی و کاهش شکل پذیری در ناحیه ذوب شده می‌شود. جوشکاری فولاد با مقدار سیلیکون بالا نیاز به رویه‌ها و فرآیندهای تخصصی برای مدیریت حساسیت به ترک خوردگی جوش دارد. گرم کردن پیشینه، استفاده از الکترودهایی با هیدروژن کم و عملیات حرارتی معتدل به غلبه بر چالش‌های جوش پذیری ناشی از سیلیکون بالا کمک می‌کند.

- اثرات نامطلوب بالقوه بر خواص مکانیکی

افزودن بیش از حد فروسیلیس می‌تواند بر خواص مکانیکی فولاد تاثیر منفی بگذارد. به‌عنوان مثال، محتوای سیلیکون بالا می‌تواند منجر به شکنندگی، کاهش استحکام کششی و ضربه‌پذیری شود. همچنین ممکن است ماشین‌کاری فولاد دشوارتر شود. تعیین میزان دقیق افزودن فروسیلیس برای افزایش مقاومت به خوردگی فولاد بدون به خطر انداختن شکل‌پذیری، استحکام، ماشین‌کاری و سایر ویژگی‌های مهم مکانیکی ضروری است.

- محدودیت‌ها برای محیط‌های خورنده خاص

در حالی که فروسیلیکون مقاومت در برابر اکسیداسیون، حفره شدن و سایر خوردگی را بهبود می‌بخشد، اما مزایای آن برای برخی از محیط‌های خطرناک و آسیب‌پذیر محدود است. به‌عنوان مثال، نوع خوردگی سولفیداسیون در دمای بالا می‌تواند لایه‌های تشکیل شده توسط فروسیلیس را تجزیه کند. به‌طور مشابه، فولادهای آلیاژی حاوی فروسیلیس ممکن است در برابر خوردگی گسترش یافته توسط ترکیبات خاص یا pH شدید مقاومت نکنند. محیط به‌کارگیری باید به‌طور کامل ارزیابی شود تا اطمینان حاصل شود که افزودنی‌های فروسیلیس مانع از خوردگی کافی می‌شوند.

محصولات فروسیلیس

تحقیق روش‌های بدیع برای ساخت فولادهای حاوی فروسیلیس

- آلیاژها و ترکیبات فروسیلیس جدید

تحقیقات در حال انجام به‌دنبال توسعه آلیاژها و ترکیبات فروسیلیس نوآورانه برای افزایش بیشتر مقاومت به خوردگی فولاد، بدون به خطر انداختن سایر خواص است. به‌عنوان مثال می‌توان به ترکیب فروسیلیس با کروم، آلومینیوم، فلزات خاکی کمیاب و عناصر دیگر اشاره کرد. تثبیت و حفظ ویژگی‌های فروسیلیس و همچنین دیگر فلزات خاکی کمیاب برای تشکیل لایه‌های غیرفعال بسیار چسبنده و خود ترمیم شونده بر روی سطح فولاد بسیار مهم است. هدف آلیاژهای نسل جدید و در حال تحقیق، ارائه انفعال و مقاومت بهتر در شرایط سخت است.

- ابزارهای مدل‌سازی و شبیه‌سازی

تکنیک‌های مدل‌سازی پیشرفته به پیش بینی تأثیر بر فولاد و خواص آن کمک می‌کند. روش‌های محاسباتی مانند CALPHAD (محاسبه نمودارهای فاز) توسعه آلیاژ بهتر را محقق می‌کنند. شبیه‌سازی شرایط خوردگی، اطلاعاتی در مورد مکانیسم‌های مواد محافظت کننده ارائه می‌دهند. ابزارهای قدرتمند شبیه‌سازی، هزینه‌های آزمایشی گران قیمت را کاهش می‌دهند. مدل‌سازی امکان ارزیابی سریع گریدهای فروسیلیسیوم جدید و ترکیبات را برای بهینه‌سازی مقاومت به خوردگی فولاد فراهم می‌کند. این موضوع نوآوری را تسریع بخشیده و نتیجه بهتری را در اختیار صنعت‌گر قرار می‌دهد.

جمع‌بندی

افزودن فروسیلیس می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی و تغییر فولاد را به‌شدت افزایش دهد. سیلیکون حاصل از فروسیلیس اجازه می‌دهد تا لایه‌های اکسید محافظ و خود ترمیم شونده روی سطح فولاد تشکیل شود. این لایه‌ها از فولاد در برابر مکانیسم‌های خوردگی مانند ترک خوردگی حفره‌ای محافظت می‌کنند.

با این حال، افزودنی‌های فروسیلیس باید به‌دقت کنترل و با سایر عناصر آلیاژی متعادل شوند. افزودن بیش از حد سیلیکون می‌تواند بر جوش پذیری فولاد، خواص مکانیکی و عملکرد آن در برخی از محیط‌ها تاثیر منفی بگذارد. میزان فروسیلیس و نحوه گنجاندن باید به درستی هدایت شود.

برای مشاهده لیست قیمت روز خرید و فروش فروسیلیس و ارتباط با تولیدکنندگان و فروشندگان انواع فروسیلیس روی لینک کلیک کنید.