تطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ في المجال البحري

يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفولاذ المزدوج على نطاق واسع في المجال البحري، بما في ذلك تربية الأحياء البحرية، ومعدات السفن، وأنظمة تحلية مياه البحر، ومعدات الصيد، والجسور، وهياكل المنصات البحرية.

هل يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ في المحيط، وكيف يمكن معالجة هذا الأمر؟
يتم استخدام أنواع مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل متزايد بنجاح في البيئات البحرية المختلفة. تجدر الإشارة إلى أن مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل في مياه البحر على المدى الطويل تتطلب تقنيات هندسية معقدة لمكافحة التآكل واستثمارًا كبيرًا. لقد تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والمارتنسيتي منذ فترة طويلة في أنابيب السخان الفائق وشفرات التوربينات في محطات الطاقة البحرية. إن الحفاظ على مستويات منخفضة من الكلوريد في هذه الأنظمة يشكل تحديًا كبيرًا، نظرًا لأن تكنولوجيا التطبيق لمحطات الطاقة البحرية لا تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك المستخدمة في أنظمة توليد الطاقة التقليدية. ويستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا في الحاويات الكيميائية الكبيرة على متن السفن التجارية البحرية، حيث تختلف ظروف الاستخدام بشكل كبير عن تلك الموجودة في المصانع الكيميائية البرية في جوانب معينة.

تتمتع معظم درجات الفولاذ المقاوم للصدأ بأداء مرضي في الظروف البحرية، ولكن الدرجات المختلفة تظهر حساسية متفاوتة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. يمكن للفولاذ المارتنسيتي، الممثل بالنوع 410، والفولاذ الفريتي، الممثل بالنوع 430، أن يصدأ في غضون أشهر في ظل الظروف البحرية. يمكن إزالة هذا الصدأ المنتظم عن طريق الطحن الميكانيكي. تعد الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أكثر شعبية بسبب مقاومته القوية للصدأ (باستثناء حالات التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي). مع مرور الوقت، قد يصبح الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي داكنًا أيضًا. إذا لزم الأمر لأسباب جمالية أو غيرها، يمكن إزالة هذا السواد عن طريق الطحن. يعد الصدأ المنتظم للفولاذ المقاوم للصدأ في مياه البحر أمرًا نادرًا، لذا فهو لا يثير القلق بشكل عملي بشكل عام.

فيما يلي بعض الأمثلة لتطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ في المعدات البحرية:

المراوح: يمكن تصنيع المراوح الخاصة بالقوارب القطر والسفن الأخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ المصبوب CF-8 (المكافئ للفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304). عندما لا تكون السفينة في حالة حركة، يتم تشكيل دائرة معدنية موصلة من عمود المروحة عبر المحامل إلى الهيكل. تُستخدم أيضًا بشكل شائع مراوح مصبوبة ذات تركيبة تعادل الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 410 وتُطبق على نطاق واسع في مجالات أخرى، مثل كاسحات الجليد. لقد أدى التقدم في تكنولوجيا الفولاذ المقاوم للصدأ إلى استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الفيريتي المزدوج 20Cr-8Ni-3.5Mo لصب مراوح كبيرة (يصل وزنها إلى 3000 كجم) للسفن البحرية. تكون السفن التي تعمل بشكل متكرر في الموانئ معرضة بشكل خاص للضرر الناجم عن جذوع الأشجار أو الأجسام العائمة الأخرى، مما قد يؤدي إلى تسريع تآكل المروحة. لذلك، فإن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي للمراوح يسمح بالإصلاح من خلال التقويم أو اللحام، وهو اعتبار مهم في اختيار المواد.

المضخات: لقد أثبتت المضخات الطاردة المركزية ذات المكونات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ موثوقية كبيرة في تطبيقات مياه البحر. في مياه البحر المتدفقة، تعمل المكره المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ CF-8M (المكافئة للفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316) وأعمدة الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 دون مشاكل. ومع ذلك، عندما تكون المضخة خاملة، يمكن أن يصبح التآكل في الشقوق والتآكل النقطي مشاكل كبيرة. إذا تم استخدام حديد الزهر النشط نسبيًا والمعرض للصدأ ذو سمك جدار كبير لغلاف المضخة، فيمكن أن يوفر الحديد الزهر الحماية الكاثودية أثناء فترات الخمول. على الرغم من أن تأثير الحماية الكاثودية لغلاف الحديد الزهر قد لا يستقطب الفولاذ المقاوم للصدأ أثناء التشغيل، إلا أن الماء المتدفق يحافظ على الحماية الكاثودية. بالإضافة إلى ذلك، قد تستفيد المضخات المستخدمة على المدى الطويل من التناوب بين مياه البحر والمياه العذبة، مما يوفر بعض الحماية.

الحاويات السائبة: تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ كحاويات سائبة لنقل الغاز الطبيعي المسال (LNG) والمواد الكيميائية والمشروبات وغيرها من البضائع. تستخدم الحاويات المستخدمة في نقل الغاز الطبيعي المسال عادةً الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304L، وذلك في المقام الأول بسبب خصائصه الميكانيكية في درجات الحرارة المنخفضة وليس مقاومته للتآكل. بالنسبة لحاويات نقل المواد الكيميائية، يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي لمقاومته للتآكل، والتي تختلف عن ظروف التخزين والنقل للمواد الكيميائية الموجودة على الأرض. إذا كانت السفينة عبارة عن سفينة شحن للأغراض العامة، فقد تحمل الحاويات الكيميائية أيضًا مجموعة متنوعة من البضائع، من حمض الأسيتيك واللب إلى الزيلين. يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316L بشكل شائع في الصمامات ومضخات الشحن وخطوط الأنابيب وملفات التسخين والحاويات نفسها. يمكن أن تكون الحاويات مصنوعة بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ أو مصنوعة من الفولاذ الكربوني المغطى بـ 0.06–0.08 بوصة (1.5–لوحة من الفولاذ المقاوم للصدأ (2.0 مم). قبل الاستخدام، يجب فحص اللوحات جيدًا بحثًا عن أي عيوب وإخضاعها للتنظيف والتخميد الدقيقين.

وقد أظهرت التجارب أن الحاويات الكيميائية يمكن شطفها بمياه البحر ولكن يجب أن يتبعها على الفور شطفها بالمياه العذبة. بالنسبة لأي أجهزة تسخين مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ داخل الحاويات، يجب عدم تنشيطها حتى يتم إخراج الكلوريدات بالكامل لمنع التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. لا ينبغي تصميم الحاويات الكيميائية لتخزين مياه البحر، لأن هذا قد يؤدي إلى تآكل الشقوق. إذا كان التصميم يجب أن يستوعب مياه البحر، فيجب تنفيذ نظام حماية كاثودي للتحكم في تآكل الشقوق. في مثل هذه الحالات، قد تتكون رواسب من الحجر الجيري يصعب إزالتها في حاويات الفولاذ المقاوم للصدأ، وهو أمر يثير القلق بشكل كبير.

المبادلات الحرارية: تستخدم أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على نطاق واسع في مبردات نظام تداول المياه القسري ومكثفات البخار في محطات الطاقة، وخاصة حيث تكون سبائك النحاس غير مناسبة لأنابيب المدخل بسبب مستويات التلوث العالية. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 مادة مفضلة. في المناطق الساحلية والميناء، قد يتسبب دخول المواد الغريبة والطمي إلى أنابيب المكثف في حدوث انسدادات خطيرة، مما يستلزم اتخاذ تدابير لمعالجة هذه المشكلة. إحدى الطرق الفعالة هي توزيع الكرات المطاطية عبر الأنابيب، حيث تعمل حركتها المضغوطة على تنظيف جدران الأنابيب. يمكن لسرعة تدفق مياه البحر البالغة حوالي 1 متر/ثانية أن تمنع التصاق المواد العضوية البحرية، وبالتالي حماية أنابيب المكثف من التآكل النقطي. على عكس السبائك غير الحديدية الأخرى، لا تخضع أنابيب المكثف المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لقيود السرعة القصوى ولكنها تتأثر بالكفاءة الاقتصادية لنظام المضخة.

أختام الحلقات O: تستخدم الموصلات الكهربائية المتسلسلة وأجهزة تحديد موضع الحلقات O ذات الصلة الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 والنوع 316 على نطاق واسع، وخاصة في الهندسة البحرية والعسكرية. لقد قدمت هذه المواد أداءً مرضيًا. يمكن لأختام الحلقة O الحصول على حماية كاثودية من السفينة’الهيكل أو الإطار المصنوع من الألومنيوم أو عوامل أخرى. بدون الحماية الكاثودية، يمكن للأخاديد الدقيقة لأختام الحلقات الدائرية أن تتطور بسرعة (بعضها في غضون أسابيع) إلى تآكل الشقوق، مما يؤدي إلى فشل كبير.