أسباب تغير لون وصدأ أنابيب الفولاذ الكربوني

في الإنتاج الصناعي، تُستخدم أنابيب الفولاذ الكربوني على نطاق واسع في مجالات مختلفة كمواد أنابيب شائعة. أنابيب الفولاذ الكربوني هي نوع من الفولاذ يحتوي على نسبة عالية من الكربون. نظرًا لأن مكونها الرئيسي يحتوي على الحديد، فمن السهل أن تخضع لتفاعل الأكسدة في بيئة رطبة لتوليد أكسيد الحديد، أي الصدأ. بعد الاستخدام طويل الأمد، سوف تصدأ أنابيب الفولاذ الكربوني وتتآكل، مما يؤثر بشكل خطير على أداء السلامة وعمر خدمة خط الأنابيب. لتجنب هذا الموقف، يقدم ما يلي كيفية منع أنابيب الفولاذ الكربوني من الصدأ والتآكل من زوايا متعددة.

أسباب تغير لون أنابيب الفولاذ الكربوني:

بالإضافة إلى الصدأ، ستتغير ألوان أنابيب الفولاذ الكربوني أيضًا وتتلاشى بسبب احتكاك السطح والخدوش وضعف المتانة وما إلى ذلك، ومن بين الأسباب التي قد تؤدي إلى تغير اللون تأثير المعالجة الحرارية والتصلب بالترسيب والمعالجة السطحية وعمليات المعالجة الأخرى على سطح الفولاذ (مثل تعتيم اللون)؛ بينما يحدث البهتان بسبب تقشير أو إزالة الغطاء على سطح الفولاذ، مما يؤدي إلى لون غير منتظم (يتعرض الفولاذ العاري مباشرة للهواء ويبدأ في الصدأ).

أسباب صدأ الفولاذ الكربوني

ترتبط أسباب صدأ الفولاذ الكربوني بشكل أساسي بخصائصه المادية والعوامل البيئية. الفولاذ الكربوني هو سبيكة من الحديد والكربون ذات محتوى كربوني مرتفع. على الرغم من أنه يتمتع بقوة ومتانة معينة، إلا أنه عرضة لتفاعل الأكسدة (الصدأ) في ظل ظروف معينة بسبب افتقاره إلى مقاومة التآكل الطبيعية. صدأ الفولاذ الكربوني هو في الأساس عملية تآكل كهروكيميائية. عندما يتعرض الفولاذ الكربوني للهواء، تتفاعل ذرات الحديد على السطح مع الأكسجين وجزيئات الماء في الغلاف الجوي لتكوين أكسيد الحديد (Fe₂O₃). في هذه العملية، يفقد الحديد الإلكترونات كأنود، ويكتسب الأكسجين الإلكترونات ككاثود، ويعمل الماء كإلكتروليت. على وجه التحديد، يمكن تقسيم تفاعل التآكل إلى نصفين من التفاعلات:
تفاعل الأنود: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
تفاعل الكاثود: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
في البيئة الفعلية، فإن عوامل مثل رطوبة الهواء ودرجة الحرارة والملوثات (مثل حمض الكبريتيك وحمض النيتريك في المطر الحمضي) سوف تعمل على تسريع عملية التآكل هذه. بالإضافة إلى ذلك، بسبب وجود عناصر سبائك مختلفة داخل الفولاذ الكربوني، قد يتشكل فرق جهد صغير، مما يتسبب في ظاهرة التآكل التفضيلي في المناطق المحلية، وهي التآكل الكهروكيميائي.

فيما يلي الأسباب الرئيسية التي تجعل الفولاذ الكربوني يصدأ:

1. خصائص المواد
يتكون الفولاذ الكربوني بشكل أساسي من الحديد والكربون، ومن بين المعادن التي يتأكسد الحديد بسهولة. في بيئة رطبة أو غنية بالأكسجين، يتفاعل الحديد مع الرطوبة والأكسجين لتكوين أكسيد الحديد (الصدأ).

معادلة التفاعل هي: 4Fe+3O2+6H2O→4Fe(OH)34Fe + 3O_2 + 6H_2O → 4Fe(OH)_34Fe+3O2+6H2O→4Fe(OH)3 سيستمر هيدرات أكسيد الحديد هذا في الجفاف لتكوين صدأ بني محمر.

2. العوامل البيئية
الرطوبة: يكون الفولاذ الكربوني أكثر عرضة للصدأ عند تعرضه للرطوبة العالية، وخاصة عندما يتعرض بشكل متكرر للماء أو الهواء الرطب. توفر الرطوبة الوسط اللازم لتفاعل الأكسدة.
الأكسجين: الأكسجين في الهواء هو المشارك الرئيسي في أكسدة الحديد. التعرض الطويل الأمد لسطح الفولاذ الكربوني للأكسجين سيسرع عملية الأكسدة.
البيئة الحمضية أو القلوية: الأمطار الحمضية أو غاز النفايات الصناعية أو المواد الكيميائية (مثل أيونات الكلوريد وحمض الكبريتيك وما إلى ذلك) ستسرع من تآكل الفولاذ الكربوني.
الملح: يزيد الملح من معدل تآكل الفولاذ الكربوني بشكل كبير، وخاصة في البيئة البحرية، حيث تعمل أيونات الكلوريد على تدمير طبقة الأكسيد على سطح الفولاذ الكربوني وتعزيز التآكل.

درجة الحرارة: تعمل البيئة ذات درجة الحرارة المرتفعة على تسريع التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى صدأ أسرع.

3. الضرر الميكانيكي

بعد تلف الطلاء الواقي أو طبقة الأكسيد على سطح الفولاذ الكربوني ميكانيكيًا بسبب الخدوش والصدمات وما إلى ذلك، من المرجح أن تتلامس الأجزاء المعدنية المكشوفة مع البيئة ثم تتأكسد.

4. الشوائب أو الشوائب

أثناء عملية إنتاج الفولاذ الكربوني، إذا كانت هناك شوائب ضارة مثل الكبريت والفوسفور، أو مواد كيميائية أخرى (مثل بقايا التخليل أو خبث اللحام) ملتصقة بسطح الفولاذ، فإن هذا من شأنه أن يقلل من مقاومة التآكل للفولاذ الكربوني ويعزز الصدأ.

5. عدم وجود تدابير وقائية

إذا لم تتم معالجة سطح الفولاذ الكربوني بشكل صحيح باستخدام مواد مضادة للتآكل، مثل الجلفنة والرش وما إلى ذلك، فإن الرطوبة والأكسجين في الهواء يمكن أن يتلامسا بسهولة مع الفولاذ، مما يتسبب في الصدأ.

طرق منع الصدأ على أنابيب الفولاذ الكربوني

يؤثر الصدأ بشكل كبير على مظهر أنابيب الفولاذ الكربوني وعمرها الافتراضي، مما يجعل منع الصدأ أمرًا ضروريًا. فيما يلي عدة طرق شائعة لمنع الصدأ على الفولاذ الكربوني:

1. التخميل
يتضمن التخميل تكوين طبقة أكسيد واقية على سطح الفولاذ الكربوني، مما يمنع المزيد من التآكل من البيئة. يغير هذا العلاج الكيميائي خصائص سطح المادة، مما يعزز مقاومتها للصدأ دون التأثير على خصائصها الميكانيكية.

2. طلاء السطح
الطلاء السطحي، مثل الجلفنة (طلاء الزنك) والطلاء، فعال للغاية في منع الصدأ.
الجلفنة: يتضمن وضع طبقة من الزنك على الفولاذ، والتي تعمل كطبقة تضحية، تتآكل في مكان الفولاذ.

الطلاء: تخلق الدهانات أو الطلاءات الواقية حاجزًا ضد الرطوبة والأكسجين والمواد الكيميائية المسببة للتآكل، مما يطيل عمر المادة ويحسن متانة السطح.

3. طلاء الأسمنت

يعد طلاء الأسمنت طريقة فعالة أخرى لمنع الصدأ. على الرغم من أن الأسمنت يمتص الماء، إلا أنه يشكل طبقة واقية متينة حول الأنبوب الفولاذي، مما يحميه من التعرض المباشر للبيئة. تعتبر طلاءات الأسمنت مفيدة بشكل خاص للتطبيقات تحت الأرض أو البحرية.

4. معالجة الزيت المضاد للصدأ
يمنع الزيت المضاد للصدأ، المخصب بمثبطات التآكل، الأكسدة على أسطح الفولاذ الكربوني بشكل فعال. هذه الطريقة مثالية لـ:
الآلات الهندسية
مكونات محرك السيارة
الحماية المؤقتة أثناء التخزين أو النقل
تخلق الشحوم والمواد الحافظة عالية الكثافة طبقة غير منفذة للأكسجين على سطح الفولاذ، مما يقلل بشكل كبير من تفاعلات الأكسدة.

5. تقنية إزالة الصدأ الإلكترونية
إزالة الصدأ الإلكترونية هي تقنية متقدمة تستخدم لإزالة الصدأ الموجود دون تغيير الخصائص الفيزيائية للفولاذ. تضمن هذه الطريقة سطحًا نظيفًا مع منع تكوين المزيد من الصدأ. غالبًا ما يتم تطبيقها قبل معالجات الحماية الأخرى لضمان نتائج مثالية.

من خلال تنفيذ طرق منع الصدأ هذه، يمكن تحسين طول عمر وأداء أنابيب الفولاذ الكربوني بشكل كبير، مما يقلل من تكاليف الصيانة ويعزز موثوقيتها في تطبيقات مختلفة.