استیل دریایی چیست و چه کاربردی دارد؟

محیط‌های ساحلی و دریایی محیط‌هایی با بالاترین نرخ خوردگی هستند و انتخاب متریال مناسب برای این شرایط امری چالش برانگیز است. گریدهای استیل دریایی، می‌توانند در این شرایط طول عمر بیشتری داشته باشند. در این مقاله به بررسی جامع «استیل دریایی» می‌پردازیم و چالش‌های محیط‌های دریایی را نیز تشریح می‌کنیم و سپس گریدهای استیل دریایی را نیز معرفی می‌کنیم. تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.

تعریف «استیل دریایی» و چالش‌های محیطی

استیل دریایی به گروهی از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی، داپلکس و سوپرداپلکس اطلاق می‌شود که برای مقاومت در برابر خوردگی شیاری، حفره‌ای و تنشی در محیط‌های حاوی کلرید طراحی شده‌اند. اولین کاربرد گسترده استیل 316 در اوایل دهه‌ی ۱۹۳۰ میلادی آغاز شد که نیاز به فولادی با مقاومت بالا در محیط‌های خورنده افزایش یافته بود. با گذشت زمان و افزایش چالش‌های مهندسی، گریدهای پیشرفته‌تری مانند UNS S31254 (Super Austenitic)  و سوپرداپکس‌ها معرفی شدند که عدد PREN بالای 40 دارند.
محیط دریایی علاوه بر داخل دریاهای آب شور و آزاد به خطوط ساحلی به عرض چند کیلومتر نیز گفته می‌شود. محیط دریایی شرایط جوی در مجاورت آب شور، اسپری نمکی و مه نمکی حاوی یون کلر است که احتمال رخداد سه نوع خوردگی را افزایش می‌دهد؛ خوردگی موضعی (حفره‌ای)، خوردگی شیاری (Crevice) و خوردگی تنشی ناشی از تنش‌های پسماند و جریان آب. یون‌های کلراید با نفوذ در مرزهای دانه باعث ایجاد نخستین حفره‌های میکروسکوپی می‌شوند و با تجمع این حفره‌ها شدت خوردگی را افزایش می‌دهند. تغییرات دمایی و جریان‌های قوی آب نیز می‌تواند ترک‌های تنشی (SCC) را در فلزاتی با مقاومت پایین به ترک خوردگی تنشی تسریع کند.

گریدهای مهم استیل دریایی

گریدهای استیل 316L، داپلکس 2205 و استیل 904L با ترکیب شیمیایی حاوی کروم، نیکل و مولیبدن عملکرد عالی در شرایط خوردنده دارند و گزینه‌ای مناسب در صنایع و کاربردهای دریایی هستند. در ادامه کاربردهای هر گرید در صنایع مختلف از جمله قطعات کشتی، اسکله‌سازی و شیرین‌ساز آب را توضیح می‌دهیم

1. استیل 316: استیل 316 گریدی آستنیتی و کم‌کربن است که با ترکیب 16–18٪ کروم، 10–14٪ نیکل و 2–3٪ مولیبدن، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی شیاری و حفره‌ای در آب دریا ارائه می‌دهد. میزان کم‌کربن از رسوب کاربید در مرز دانه جلوگیری کرده و مقاومت بین‌دانه‌ای را پس از جوشکاری نیز حفظ می‌کند. ویژگی‌های مکانیکی این گرید شامل مقاومت تسلیم حدود 215–290 مگاپاسکال و مقاومت کششی حدود 485–620 مگاپاسکال است که برای لوله‌کشی و قطعات فشار متوسط مناسب محسوب می‌شود. قابلیت جوشکاری بدون نیاز به عملیات پیش‌گرم استیل 316L را برای سازه‌های کشتی و تجهیزات بندری ایده‌آل ساخته است.
2. داپلکس 2205: معادل تقریباً 22٪ کروم، 5–6٪ مولیبدن، 3٪ نیکل و 0.14–20٪ نیتروژن، ساختار دوفازی این آلیاژ تعادلی بین فاز آستنیت و فاز فریت ایجاد می‌کند که استحکام کششی حدود 800 مگاپاسکال و مقاومت خوردگی تنشی عالی را به همراه دارد. داپلکس 2205 در برابر خوردگی شیاری و ترک تنشی نسبت به 316L حدود 2–3 برابر مقاوم‌تر است و برای لوله‌های انتقال نفت و گاز دریایی، سکوهای فراساحل و سیستم‌های جریان بسته کاربرد فراوان دارد.
3. استیل سوپرداپلکس F55: سوپرداپلکس‌ها با افزایش کروم، مولیبدن و نیتروژن نسبت به گریدهای داپلکس مانند 2205، مقاومت به خوردگی موضعی را تا 50–60٪ بهبود می‌دهند و استحکام تسلیم تا حدود 550 مگاپاسکال و مقاومت کششی تا حدود800 مگاپاسکال افزایش می‌یابد.
   این گریدها برای شیرآلات فشار بالا، پمپ‌ها و اتصالات زیرآبی در عمق زیاد یا آب‌های گرمسیری ایده‌آل هستند.
4. استیل 904L: با ترکیب 19–23٪ کروم، 4–5٪ مولیبدن و 1–2٪ مس، این گرید مقاومت عالی در برابر اسید سولفوریک رقیق و خوردگی شیاری در حضور یون کلرید دارد. این استیل سوپرآستنیتی برای کاربرد در مبدل‌های حرارتی خاص، مخازن ذخیره‌سازی مواد شیمیایی و سازه‌های اسکله‌ای در مجاورت ترکیبات گوگردی ممتاز است.

کاربردهای صنعتی استیل دریایی

ساخت سازه سکو‌های نفتی از این گریدها به دلیل قیمت بالای آن‌ها صرفه اقتصادی ندارد. سازه‌های دریایی اغلب از فولادهای معمولی ساخته می‌شوند و به روش‌های دیگری مانند حفاظت کاتدی، پوشش‌دهی و … در برابر خوردگی محافظت می‌شوند. اما برخی قطعات مورد استفاده در سازه‌های دریایی و سکوهای نفتی به جهت افزایش طول عمر از استیل دریایی ساخته می‌شوند. در ادامه برخی از کاربردهای استیل دریایی را بررسی می‌کنیم.

• سکوهای نفتی: خطوط لوله فشار بالا، مخازن و شیرآلات با گریدهای استیل دریایی مانند داپلکس 2205 و سوپرداپلکس‌ها به دلیل مقاومت در برابر فشار و خوردگی تنشی انتخاب می‌شوند.
• کشتی‌سازی و شناورها: مبدل‌های حرارتی، سیستم‌های تهویه و تجهیزات عرشه با گریدهای استیل دریایی 316L و 317L ساخته می‌شوند. این گریدها قابلیت جوشکاری و مقاومت به خوردگی بسیار خوبی دارند.
• سازه‌های بندری و اسکله‌ها: نرده‌ها، پیچ و مهره‌ها و پل‌های متحرک با استیل دریایی 316 یا سوپرداپلکس برای جلوگیری از خوردگی گالوانیک  و همچنین خوردگی‌های حفره‌ای و موضعی انتخاب می‌شوند.
• پمپ‌ها و شیرآلات صنعتی:گریدهای داپلکس 2205  و 904L برای اجزای متحرک با فشار و دمای بالا در محیط‌های شور کاربرد دارند.

ساخت، نصب و نگه‌داری

حفظ مقاومت به خوردگی پس از فرآیندهای تولیدی، یکی از ویژگی‌های مهم گریدهای استیل دریایی است. این آلیاژها را می‌توان با استفاده از فرآیندهای مختلف تولیدی مانند برشکاری، تراشکاری، جوشکاری و شکل‌دهی برای استفاده در مصارف مختلف تولید کرد بدون آنکه خواص خوردگی آنها کاهش یابد.

1. جوشکاری: استفاده از فیلرمتال و روش جوشکاری مناسب برای استیل دریایی می‌تواند در مقاومت به خوردگی آن تاثیر بسزایی داشته باشد. لذا قبل از جوشکاری هر گرید باید در استانداردها فیلر مناسب را بررسی کنید. برای مثال برای گرید استیل 316L از الکترودER316L و برای استیل داپلکس از الکترود ER2209، استفاده می‌شود. همچین برای جلوگیری از حساسیت به خوردگی بین دانه‌ای کنترل دمای جوش و پیش‌گرمایش اهمیت بسیار زیادی دارد.
2. فرآیندهای شست و شوی سطحی: به جهت افزایش طول عمر استیل دریایی، فرآیندهایی در جهت بهبود کیفیت سطحی انجام می‌شود. استفاده از محلول‌های جلبک‌زدا و شست و شو‌های دوره‌ای می‌تواند سبب جلوگیری از تجمع مواد خورنده و تخریب قطعات شود.
3. بازرسی دوره‌ای: آزمون‌های خوردگی و اندازه‌گیری مقاومت الکتروشیمیایی (EIS) برای پایش نرخ خوردگی و شناسایی نقاط بحرانی روی قطعات ساخته شده از استیل دریایی انجام می‌شود.
4. پوشش‌دهی: در مواردی با خوردگی بسیار شدید، پوشش‌های پلیمری یا نانوسرامیکی که روی استیل دریایی اعمال می‌شود، می‌تواند عمر فطعات را افزایش دهد.

مزایا و محدودیت‌ها

استفاده از استیل دریایی در صنعت، مزایا و معایبی دارد که در هر پروژه با توجه به نیازها و محدودیت‌ها، انتخاب متریال انجام می‌شود. در ادامه این مطلب مزایا و معایب این گریدها را بررسی می‌کنیم.

مزایا:

• مقاومت عالی در برابر خوردگی موضعی و ترک خوردگی تنشی.
• استحکام مکانیکی بالا در گریدهای داپلکس و سوپرداپلکس.
• قابلیت جوشکاری و فرم‌دهی مناسب استیل دریایی.
• صرفه‌جویی اقتصادی بلندمدت از طریق کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری.

محدودیت‌ها:

• هزینه اولیه بالا نسبت به سایر متریال‌ها.
• نیاز به نظارت دقیق هنگام جوشکاری و عملیات حرارتی پس از جوش برای حفظ خواص.
• حساسیت به خوردگی تنشی در دماهای بسیار پایین برای برخی گریدهای آستنیتی.

سخن آخر

استیل دریایی با ویژگی‌های برجسته‌ای مانند مقاومت عالی در برابر خوردگی، دوام بالا و استحکام مکانیکی، به یکی از ضروری‌ترین متریال‌ها در صنایع دریایی تبدیل شده است. انتخاب صحیح گرید استیل متناسب با محیط کاربری، نقش مهمی در افزایش عمر و عملکرد تجهیزات دریایی ایفا می‌کند. در مجموع، اگر به دنبال هستید، استیل دریایی ماده‌ای مقاوم برای شرایط سخت در محیط‌های مرطوب است و با انتخاب درست آن، می‌توان از دوام و امنیت سازه‌ها و تجهیزات در محیط‌های خشن و مرطوب اطمینان حاصل کرد.