انتخاب گرید مناسب پیچ و مهره برای استفاده در آب شور دریا، اهمیت زیادی در ایمنی و دوام اتصالات دارد. آب دریا به دلیل وجود یون کلرید، محیطی بسیار خورنده برای فولادهای معمولی محسوب می شود. این شرایط می تواند باعث خوردگی حفره ای، خوردگی شیاری و کاهش سطح مقطع پیچ شود. انتخاب متریال نامناسب، احتمال شکست اتصال و هزینه تعمیرات را افزایش می دهد. گریدهای استنلس استیل 316، داپلکس 2205 و سوپر داپلکس 2507 از گزینه های مهم اتصالات دریایی هستند. با این حال، انتخاب نهایی به غوطه وری، پاشش آب، دما، تنش مکانیکی و مدت بهره برداری بستگی دارد.
مشخصات فنی پیچ و مهره مناسب آب شور دریا
مهم ترین عامل تخریب پیچ و مهره در آب دریا، خوردگی موضعی ناشی از یون کلرید است. غلظت کلرید آب اقیانوس معمولاً در حدود ۱۹ هزار میلی گرم بر لیتر است. این یون می تواند لایه محافظ غیرفعال فولاد زنگ نزن را تخریب کند. در نتیجه، حفره های خوردگی در سطح و زیر سر پیچ ایجاد می شوند. خوردگی شیاری نیز در محل تماس مهره، واشر و سطح قطعه اتفاق می افتد. این پدیده در اتصالاتی با رطوبت محبوس و تهویه ضعیف شدت بیشتری دارد.
برای انتخاب پیچ و مهره دریایی، ترکیب شیمیایی فولاد و عدد مقاومت به خوردگی حفره ای اهمیت دارد. شاخص PREN برای مقایسه نسبی مقاومت آلیاژها در برابر خوردگی حفره ای استفاده می شود. رابطه متداول آن برابر است با: PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. افزایش کروم، مولیبدن و نیتروژن معمولاً مقاومت در برابر خوردگی کلریدی را بهبود می دهد. برای کاربردهای دریایی شدید، آلیاژهای دارای PREN بالاتر از ۴۰ گزینه های مهمی هستند. با این حال، PREN به تنهایی تضمین کننده عملکرد بلندمدت اتصال نیست.
گرید و متریال مناسب پیچ و مهره ضد خوردگی دریایی
استنلس استیل 316 و 316L از متریال های رایج برای پیچ و مهره های مورد استفاده در محیط های دریایی هستند. این فولادها معمولاً حدود ۱۶ تا ۱۸ درصد کروم و ۲ تا ۳ درصد مولیبدن دارند. مولیبدن مقاومت آن ها را در برابر خوردگی حفره ای نسبت به گرید 304 افزایش می دهد. گرید 316L کربن کمتری دارد و برای قطعات جوشکاری شده مناسب تر است. با وجود این مزایا، 316 در تماس دائمی با آب دریا مصون از خوردگی نیست. برای غوطه وری طولانی، آب راکد و شکاف های مرطوب، خطر خوردگی موضعی همچنان وجود دارد.
برای شرایط سخت تر، فولاد داپلکس 2205 با شماره متریال 1.4462 انتخاب مقاوم تری محسوب می شود. ترکیب این آلیاژ معمولاً شامل حدود ۲۲ درصد کروم، ۵ درصد نیکل و ۳ درصد مولیبدن است. ساختار دو فازی فریتی و آستنیتی، استحکام بالاتر و مقاومت خوردگی مناسبی ایجاد می کند. سوپر داپلکس 2507 با شماره متریال 1.4410 نیز حدود ۲۵ درصد کروم و ۳ تا ۴ درصد مولیبدن دارد. عدد PREN این آلیاژ معمولاً بیش از ۴۰ است. این ویژگی، آن را برای بسیاری از اتصالات دریایی با شرایط خورندگی شدید مناسب می کند.
در کاربردهای بسیار خورنده، آلیاژهای پایه نیکل مانند مونل 400 و اینکونل 625 نیز قابل بررسی هستند. مونل 400 به دلیل مقدار بالای نیکل و مس، در بسیاری از محیط های دریایی عملکرد مناسبی دارد. اینکونل 625 نیز به واسطه کروم، مولیبدن و نیوبیوم، مقاومت خوردگی بالایی ارائه می دهد. این آلیاژها معمولاً قیمت بیشتری از فولادهای زنگ نزن دارند. همچنین باید استحکام کششی، مقاومت تسلیم و سازگاری گالوانیکی آن ها با قطعات متصل بررسی شود. برای اتصالات غوطه ور و حساس، انتخاب آلیاژ باید براساس شرایط واقعی طراحی انجام گیرد.
تست نمک، آزمون خوردگی و ارزیابی دوام پیچ و مهره
یکی از آزمون های متداول ارزیابی مقاومت خوردگی، تست مه نمکی یا Salt Spray Test است. استاندارد ASTM B117 شرایط اجرای آزمون مه نمکی خنثی را مشخص می کند. در این آزمون، نمونه ها در محفظه ای با محلول کلرید سدیم حدود ۵ درصد قرار می گیرند. دمای محفظه معمولاً ۳۵ درجه سانتی گراد تنظیم می شود. مدت آزمون می تواند ۲۴، ۹۶، ۲۴۰، ۵۰۰ یا ۱۰۰۰ ساعت باشد. زمان آزمون باید براساس مشخصات پروژه و معیار پذیرش تعیین شود.
با این حال، تعداد ساعات تست نمک معادل عمر واقعی پیچ و مهره در دریا نیست. آزمون ASTM B117 بیشتر برای مقایسه عملکرد پوشش ها و نمونه ها در شرایط کنترل شده کاربرد دارد. شکل قطعه، کیفیت سطح، وجود شکاف و نحوه نصب می توانند نتیجه آزمون را تغییر دهند. برای بررسی خوردگی حفره ای، آزمون ASTM G48 نیز کاربرد دارد. آزمون ASTM G150 امکان ارزیابی دمای بحرانی آغاز خوردگی حفره ای را فراهم می کند. ترکیب این آزمون ها با بررسی متالوگرافی و اندازه گیری عمق حفره ها، ارزیابی دقیق تری ارائه می دهد.
برای اتصالات دریایی حساس، آزمون غوطه وری در آب دریا نیز اهمیت زیادی دارد. در این روش، نمونه ها در آب طبیعی یا محلول مصنوعی آب دریا قرار می گیرند. دمای محیط، شوری، اکسیژن محلول و سرعت جریان باید ثبت شوند. بررسی کاهش وزن، عمق حفره ها و تغییرات سطحی می تواند رفتار خوردگی را مشخص کند. همچنین آزمون بار اثباتی و کشش برای بررسی حفظ عملکرد مکانیکی ضروری است. نتایج باید با معیارهای پذیرش پروژه و شرایط واقعی بهره برداری مقایسه شوند.
طول عمر، عوامل تخریب و انتخاب نهایی گرید پیچ و مهره دریایی
طول عمر پیچ و مهره در آب شور به گرید فولاد محدود نمی شود. دمای آب، غلظت اکسیژن، سرعت جریان و رسوبات روی سطح بر خوردگی اثر می گذارند. اتصال های دارای شکاف باریک، واشر نامناسب و رطوبت محبوس بیشتر در معرض خوردگی شیاری هستند. تماس مستقیم فولاد زنگ نزن با فلزات نامتجانس نیز می تواند خوردگی گالوانیکی ایجاد کند. طراحی مناسب، تخلیه آب محبوس و جلوگیری از تجمع رسوبات، دوام اتصال را افزایش می دهد. تمیزکاری دوره ای و بازرسی چشمی نیز برای شناسایی خوردگی اولیه اهمیت دارند.
بنا به مستندات وبسایت نانوتجارت، برای تجهیزات ساحلی و اتصالاتی که فقط در معرض پاشش آب دریا هستند، استنلس استیل 316L ممکن است انتخاب مناسبی باشد. برای غوطه وری دائمی و شرایط خورنده تر، داپلکس 2205 گزینه قوی تری محسوب می شود. در آب گرم، شوری بالا و محیط های دارای خطر جدی خوردگی حفره ای، سوپر داپلکس 2507 باید بررسی شود. در شرایط بسیار سخت، آلیاژهای پایه نیکل نیز می توانند انتخاب شوند. هیچ یک از این گریدها بدون ارزیابی شرایط نصب، تضمین عمر مشخصی ارائه نمی دهند.
در نهایت، انتخاب پیچ و مهره دریایی باید همزمان براساس مقاومت خوردگی و ظرفیت تحمل بار انجام شود. برای مثال، پیچ 316 با کلاس مقاومتی مشخص، الزاماً جایگزین مستقیم پیچ داپلکس یا آلیاژ پایه نیکل نیست. سختی، استحکام کششی، تنش تسلیم و احتمال گیرپاژ رزوه باید بررسی شوند. استفاده از مهره، واشر و پیچ با متریال سازگار نیز اهمیت زیادی دارد. در اتصالات پیش تنیده، ضریب اصطکاک رزوه و سطح نشیمن باید کنترل شود. تطبیق استاندارد ابعادی، خواص مکانیکی و گواهی آنالیز مواد، شرط اصلی انتخاب مطمئن است.
