เหล็กชนิดหนึ่งที่มีความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศได้ดีเยี่ยม

เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ (เช่น เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ) หมายถึงเหล็กโลหะผสมต่ำที่มีความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศที่ดีซึ่งทำโดยการเพิ่มธาตุโลหะผสมบางอย่าง เช่น Cu, P, C หรือ Ni, Mo, Nb, Ti และอื่น ๆ ลงในเหล็ก ในสภาพแวดล้อมบรรยากาศอุตสาหกรรมและชนบท เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศมีความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มป้องกันออกไซด์ที่หนาแน่นและเสถียรบนพื้นผิวของมัน ซึ่งขัดขวางการเข้าสู่ของสื่อกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม โครงสร้างชั้นสนิมที่เกิดจากการกัดกร่อนบนพื้นผิวของเหล็กคาร์บอนธรรมดานั้นหลวมและมีรอยแตกขนาดเล็ก ซึ่งไม่สามารถปกป้องเหล็กพื้นฐานได้อย่างแท้จริง

กลไกความต้านทานการกัดกร่อน

จากอิทธิพลของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนต่อกระบวนการกัดกร่อน การกัดกร่อนในบรรยากาศของเหล็กเป็นกระบวนการที่ออกซิเจนในอากาศทำปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าผ่านชั้นสนิมในที่มีฟิล์มน้ำ ชั้นสนิมประกอบด้วยชั้นสนิมภายนอกที่หลวมและชั้นสนิมภายในที่หนาแน่น และธาตุโลหะผสมในเหล็กมีบทบาทหลักผ่านอิทธิพลของชั้นสนิมภายใน ในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของเหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ สามารถสังเกตเห็นชั้นสนิมภายในที่หนาแน่นของ Cu, P และ Cr ที่มีความเข้มข้นสูง ความต้านทานการกัดกร่อนสูงของเหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับความต้านทานสูงของชั้นสนิมภายใน แต่ยังเกี่ยวข้องกับขนาดเมล็ดที่หนาแน่นและละเอียดของชั้นสนิมภายในและความเข้มข้นของ Cu และ P การมีอยู่ของชั้นสนิมภายในที่หนาแน่นนี้สะท้อนให้เห็นในพฤติกรรมทางเคมีไฟฟ้าของเหล็ก ซึ่งถูกขัดขวางโดยกระบวนการแอโนดิก กระบวนการของการปรับปรุงความหนาแน่นของมันในระหว่างกระบวนการกัดกร่อนแสดงให้เห็นถึงลักษณะของเวลาที่ยาวนานขึ้นและความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่งขึ้น

การกัดกร่อนในบรรยากาศ

จากมุมมองทั่วโลก ส่วนประกอบหลักของบรรยากาศยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก จากการวัดเชิงทดลอง องค์ประกอบของอากาศโดยปริมาตรคือ ไนโตรเจนประมาณ 78% ออกซิเจน 21% ก๊าซหายาก 0.94% คาร์บอนไดออกไซด์ 0.03% และก๊าซอื่น ๆ และสิ่งเจือปน 0.03% เนื่องจากตำแหน่งทางธรรมชาติ ภูมิอากาศ และมลพิษสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากมนุษย์ องค์ประกอบของบรรยากาศจึงมีความซับซ้อนและหลากหลาย โดยมีส่วนประกอบที่เป็นอันตรายบางอย่างแสดงแนวโน้มเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะฝนกรดทั่วโลกที่เกิดจากซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์ในอากาศที่ทำให้การกัดกร่อนของวัสดุเหล็กแย่ลง แม้ว่าจะไม่มีซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม มลพิษทางอากาศพื้นฐานเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ เมื่อมลพิษซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาโดยมนุษย์เข้าสู่บรรยากาศ พวกมันอาจถูกแปลงเป็นมลพิษทุติยภูมิ เช่น กรดไนตริกและกรดซัลฟิวริก ซึ่งละลายน้ำได้ง่ายและก่อตัวเป็นหยดน้ำกรดที่กลับสู่พื้นดินเพื่อก่อให้เกิดฝนกรด หิมะกรด เป็นต้น

สิ่งเจือปนประเภทต่าง ๆ ในบรรยากาศมีผลกระทบที่แตกต่างกันต่ออัตราการกัดกร่อนของเหล็ก อิทธิพลของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศอุตสาหกรรมและอนุภาคเกลือในบรรยากาศมหาสมุทรต่ออัตราการกัดกร่อนของเหล็กมีมากที่สุด และอัตราการกัดกร่อนของเหล็กต่ำมากในสภาพแวดล้อมบรรยากาศชนบทที่บริสุทธิ์ การกัดกร่อนในบรรยากาศของเหล็กเป็นระบบที่ซับซ้อน และนอกจากมลพิษสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากมนุษย์แล้ว อัตราการกัดกร่อนยังเกี่ยวข้องกับความเร็วและทิศทางลม อุณหภูมิและปริมาณฝน ช่วงเวลาน้ำค้าง การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล และแม้กระทั่งฝุ่นธรรมชาติในบรรยากาศ แม้ภายใต้เงื่อนไขภายนอกเดียวกัน อัตราการกัดกร่อนที่ด้านหลังของเหล็กจะสูงกว่าด้านที่โดนแสงแดดอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการสะสมของน้ำฝน

การใช้

เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ (Weathering steel) ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างเหล็ก เช่น อาคาร ยานพาหนะ สะพาน และหอคอย เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม มีวิธีการใช้เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศหลักสามวิธี ได้แก่ การใช้แบบเปลือย การใช้แบบเคลือบ และการใช้หลังการรักษาเสถียรภาพของสนิม

(1) การใช้แบบเปลือย

การใช้เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศที่พบมากที่สุดคือการใช้แบบเปลือย หลังจากใช้งานไป 3 ถึง 10 ปี ชั้นสนิมบนพื้นผิวของเหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศจะค่อย ๆ เสถียร อัตราการพัฒนาการกัดกร่อนจะช้าลง และลักษณะภายนอกจะมีสีช็อกโกแลตที่สวยงาม

เนื่องจากอิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ เช่น องค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก สภาพแวดล้อมการใช้งาน การกักเก็บน้ำและการสะสมของฝุ่นในรายละเอียดโครงสร้าง และการสึกหรอทางกลไก กระบวนการเสถียรภาพของชั้นสนิมในเหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศจึงได้รับผลกระทบ ดังนั้น หากใช้งานไม่ถูกต้องและเงื่อนไขการก่อตัวของชั้นสนิมที่เสถียรถูกรบกวน เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศก็จะประสบกับการกัดกร่อนอย่างรุนแรงเช่นกัน

(2) การใช้แบบทาสี

ในหลายหน่วยงาน เช่น การก่อสร้าง สะพาน และยานพาหนะ เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ เช่นเดียวกับเหล็กธรรมดา ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเคลือบ เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กธรรมดา เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศที่เคลือบแล้วจะแสดงความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนการใช้งานที่เพิ่มขึ้นและขั้นตอนการดำเนินงาน จึงยากที่จะใช้การทาสีบนส่วนประกอบขนาดใหญ่อย่างแพร่หลาย

(3) การใช้หลังการรักษาเสถียรภาพ

ในตอนเริ่มต้น มีการใช้การรักษาบนพื้นผิวของส่วนประกอบเพื่อย่นระยะเวลาการก่อตัวของชั้นสนิมที่เสถียรของเหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ ซึ่งไม่เพียงแต่หลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ของของเหลวสนิมสีเหลืองที่แขวนอยู่ในระยะแรกของการใช้เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศ ป้องกันมลพิษ แต่ยังสร้างชั้นสนิมที่เสถียร แม้ว่าการใช้แบบเปลือยจะเป็นวิธีการใช้เหล็กทนการกัดกร่อนในบรรยากาศที่ประหยัดและมีเอกลักษณ์ แต่ก็ใช้เวลานานพอสมควรในการทำให้กระบวนการเสถียรภาพของชั้นสนิมเสร็จสมบูรณ์ในสภาพแวดล้อมธรรมชาติ ก่อนที่จะก่อตัวเป็นชั้นสนิมที่เสถียร ของเหลวสนิมในระยะแรกมักจะแขวนอยู่และก่อให้เกิดมลพิษในสภาพแวดล้อมโดยรอบ