נזקי קורוזיה במפעל, חלק ב': סוגי קורוזיה

ההגדרה הרווחת של קורוזיה היא הרס של החומר כתוצאה של תגובה עם הסביבה. ההרס הוא שינוי כימי, ולא תוצאה של מכה פיסית. בדרך כלל המושג נקשר להרס של מתכות, אך הוא תהליך שמתרחש בכל חומר, בכלל זה בטון וחומרים מורכבים.

כפי שסקרנו בקצרה בחלקה הראשון של סידרת כתבות זו, מאחר שקורוזיה היא תהליך שמתרחש כל הזמן, ההשפעה על תהליכי הייצור והאחזקה היא תמידית. עלות הטיפול בנזקי הקורוזיה עשויה להגיע לאחוזים עצומים מעלויות התפעול של עסק, וזאת בלי להזכיר נזקים פוטנציאליים לאדם.

מאז שהומצא הברזל קיימת מלחמה אין סופית בנזקי קורוזיה. התהליך נלמד באופן מעמיק ומקצועי באוניברסיטאות, ומדי שנה מתפרסמים חומרים ומוצרים חדשים שמנסים למנוע את התהליך הפלאי והטבעי הזה.

לשמחתנו, הסיבות לקורוזיה ידועות, ואנו מסוגלים לנהל אותן במקום שהן ינהלו אותנו. אם נבצע בקרה וטיפול נכונים עם מגוון מוצרים ייעודיים, ברוב המקרים נצליח למנוע את היווצרות הקורוזיה פרק זמן ארוך. הבסיס חייב להיות בשינוי המודעות ובניהול נכון, ובכלל זה מגוון פעולות של תכנון, מניעה, בקרה וניטור בציוד ובמבנים תעשייתיים, פעולות שעשויות לחסוך הרבה כסף לבעל העסק.

קיים חומר מחקרי רב בנושא. בספר Uhlig's Corrosion Handbook, Third Edition של R. Winston Revie בהוצאת Wiley, יש סקירה מקיפה על תופעת הקורוזיה בתעשייה, דרכי גילוי וטיפול, עם דוגמאות אמיתיות שאפשר ללמוד מהן.

בחלק ב' של סידרת הכתבות, וכן בחלק ג', אציג בקצרה את הצורות האופייניות של קורוזיה ואת דרכי ההגנה שאפשר ליישם. לבסוף אציג תוכנית סדורה להתמודד עם התופעה, שמתרחשת בעקב אכילס של התעשייה - המלאי. המלאי יושב במחסן וממתין לתורו לעלות לפס הייצור, בתוך כך מותקף ללא הרף על ידי קורוזיה, והדבר משפיע לבסוף על כל שרשרת הייצור במפעל.

אפיון של צורת הקורוזיה במתכות

הגורמים שיוצרים קורוזיה ידועים, אך אופן ההתקפה הקורוזיבי תלוי במגוון גורמים של המתכת, בתנאי העבודה ובאופי הכימי של הסביבה. לכן שיטת הטיפול חייבת להיות מבוססת על חקר התופעה ועל הבנת הסיבות לקיומה לפני שמעניקים את הטיפול.

אדם לקח חומר שאיתו הוא יוצר מוצר מסוים - מכונה, חולצה, בית, מכונית, מטוס או מפעל - שללא תחזוקה והגנה יתחיל בתנאים כימיים מסוימים להתפרק. נקודת המוצא היא שכל דבר שיש בטבע נמצא באופן רציף ולאורך זמן בתהליך של שינוי, התגבשות והתפרקות. כל חומר שהינדס האדם הוא תוצר של חומר שמגיב לסביבה.

”   קורוזיית התעייפות מופיעה במתכות בגלל שילוב בין מאמץ מחזורי המביא להתעייפות לבין סביבה קורוזיבית. היא מושפעת מאופן ההעמסה ומגורמים סביבתיים ומטלורגיים. במתכות יורד החוזק להתעייפות בגלל סביבות כימיות אגרסיביות   “

תופעת הקורוזיה במתכות שיצר האדם מתחילה מרגע שנוצרה המתכת. כבר בסיום הייצור מתחיל תהליך של התחמצנות וריאקציית חמצון-חיזור, ועלינו לבחון כיצד אפשר לשמר את המתכת בדרך הנכונה ביותר לשימוש מיטבי.

היכולת של מתכות לעבור תהליכים קורוזיביים תלויה בעצם בכושרן היחסי לחזר, כלומר ביכולתן לעבור תהליך חמצון שגורם לקורוזיה להתפתח. ככל שלמתכת כושר גדול יותר לעבור תהליכי חמצון, כושרה היחסי לחזר גדול יותר והיא פגיעה יותר לתהליך קורוזיבי.

הברזל והפלדות למיניהן הם החומרים הנפוצים ביותר בתעשייה ובבנייה. נעשה בהם שימוש נרחב בשל התכונות המכניות המצוינות שלהם, בהן חוזק גבוה, ייצור ועיבוד בקלות, מחיר סביר ועלות ייצור נמוכה. מצד שני, אחד הקשיים העיקריים בשימוש בברזל הוא נטייתו לעבור קורוזיה בקלות בסביבות שיש בהן לחות רבה בגלל יכולת החיזור הגבוה שלו. תחמוצת הברזל (חלודה) אינה פסיבית לסביבה קורוזיבית ונשארת כשכבת הגנה, כפי שמתרחש במתכות אצילות יותר, אלא ממשיכה ללא הפסק עד התפוררות מוחלטת.

פסיבציה היא למעשה היווצרות של שכבת תחמוצת המגנה על פני השטח של המתכת מפני קורוזיה. חומרים כגון אלומיניום, נחושת וטיטניום עמידים בפני קורוזיה בסביבות כימיות מסוימות. הבנת תהליך זה הביאה בשנת 1913 להמצאה של פלדת אל-חלד, נירוסטה, ובקיצור - פלב"מ (פלדה בלתי מחלידה) שעמידה בקורוזיה בסביבה אטמוספרית, ואף בטמפרטורות גבוהות. פלדה זו שינתה לגמרי את עולם התעשייה בזכות היכולות "האנטי קורוזיביות" שלה. הפלדה מכילה בדרך כלל ברזל בשילוב של כ-18% כרום וכ-8% ניקל, ההופכים אותה לפסיבית לתהליך החמצון. שכבת התחמוצת נהפכת לשכבת מגן. שכבה זו דקה מאוד ולכן אינה נראית, ועדיין אפשר להבחין בברק המתכתי האופייני למתכות. כאשר המתכת נשרטת, שכבת התחמוצת משקמת את עצמה בשל נוכחות הכרום ותגובתו המהירה עם החמצן שבאוויר.

לנירוסטה תכונות מכניות מצוינות, המאפשרות שימוש נרחב בה בתעשייה. חסרונה הבולט הוא עלותה, הגבוהה מעלות הברזל. למרות זאת יהיה נבון להשקיע ולבחון היכן להשתמש בה, בעיקר כאשר תכנון המפעל נעשה לטווח ארוך.

אל תטעו, נירוסטה היא מתכת עמידה מאוד, אך עדיין חייבים לבצע בדיקה ומעקב, שכן גם היא נמצאת בתהליך חיזור-חמצון תמידי, שמהירות ההשפעה שלו תלויה מאוד בסביבה הקורוזיבית. למשל, בסביבה ימית, לאחר שנתיים יופיעו סימני חלודה גם על נירוסטה איכותית.

שימוש במתכות אצילות או במתכות פסיביות לתהליכי קורוזיה, מאפשר להגדיל מאוד את יכולת ההתמודדות עם איתני הטבע, אך אין זה פתרון לבעיה. הקורוזיה ממשיכה להתרחש.

מניעת קורוזיה מבוססת על שלוש שיטות יעילות שאותן ניישם בדרך כזו או אחרת לאחר הבנת התופעה:

א. בידוד המתכת מהסביבה על ידי ציפויה בחומרים פלסטיים, בזפת או בקרמיקה. הדבר נעשה על ידי צביעת המתכת בצבעים מגנים או ציפויה במתכת אחרת, בעלת יכולת חיזור נמוכה יותר.

ב. טיפול בסביבה: סילוק חמצן מהסביבה, ייבוש האוויר (ספיגה של כל אדי המים), הזרמת חנקן, או עבודה במיתקנים סגורים המכילים חנקן בלבד. למעשה מדובר במניעת חשיפה לחומצות ולחומרים אגרסיביים אחרים.

ג. הגנה קטודית: מצמידים למתכת שרוצים להגן עליה מתכת בעלת יכולת חיזור טובה יותר, או מצפים את הראשונה בשנייה. הציפוי יעבור את תהליכי החמצון (הקורוזיה) במקום המתכת שעליה רוצים להגן. לדוגמה, גלוון (איבוץ - ציפוי הברזל באבץ) - האבץ עובר תהליך קורוזיה ונוצרת שכבה מגנה.

סוגי קורוזיה במתכת

ישנם סוגי קורוזיה רבים. קצרה היריעה מלפרט את כולם בכתבה זו, ועל כן אתמקד בשמונה הסוגים העיקריים, אשר יאפשרו אבחון ראשוני של סוג הקורוזיה במפעלכם ויתרמו להעמקת ההבנה ולהתמודדות נכונה עם התופעה.

1. קורוזיה אחידה (כללית): משטח החומר מותקף באופן אחיד כאשר המתכת נמצאת בסביבה קורוזיבית. התוצאה: קורוזיה הומוגנית ואחידה. אפשר לחשב את קצב ההתפתחות של הקורוזיה, כלומר אפשר לעקוב אחריה ולצפות אותה, ולכן היא אינה מסוכנת מאוד.

פתרונות אפשריים למניעת קורוזיה אחידה:

* ביצוע ציפויים: צביעה, גילוון (פלדות), אנודיזציה (אלומיניום(.

* הגנה קטודית: שימוש באנודת הקרבה, שהיא פעילה יותר מהמתכת של המוצר, כגון אנודת קרבן מגנזיום, אבץ ואלומיניום.

* שיפור תנאי הסביבה: לא לאחסן את המוצר בתנאים רטובים או לחים ולמנוע מגע עם חומצות.

* לא לאפשר למים לעמוד על החלק.

* שימון: לנקות ולשמן באופן תקופתי.

2. קורוזיה גלוונית: נגרמת על ידי מגע חשמלי וקשר אלקטרוליטי (לדוגמה, תמיסת מי מלח) בין שתי מתכות (או יותר) שקיים ביניהן פוטנציאל כימי. לדוגמה, ברגי פלדה הנמצאים במגע עם פליז, עוברים קורוזיה בסביבה ימית. התקפה מסוג זה באה לידי ביטוי בעיקר באזור החיבור של שתי המתכות.

קורוזיה גלוונית היא קורוזיה מואצת, המתרחשת לעיתים קרובות כאשר שתי מתכות (בעלות הפרש פוטנציאלים חשמלי) נמצאות במגע חשמלי בנוכחות אלקטרוליט (תמיסה מוליכה). לדוגמה, אונייה ששלדתה וחיפויה עשויים פלדה, הנמצאת במי ים, במגע עם פלטות אבץ שהוצמדו אליה - במקרה זה האבץ יעבור קורוזיה מואצת בעקבות המגע עם הברזל והפרש הפוטנציאלים החשמלי ביניהם, ו"יקריב" את עצמו למען הפלדה. התהליך מכונה אנודת הקרבה. קורוזיה גלוונית יכולה להיות אחידה או מקומית, והיא חמורה במיוחד כאשר אין שכבה מגנה מפני קורוזיה על פני השטח וכאשר שכבת התחמוצת המגנה נהרסת בגלל שחיקה (ארוזיה).

פתרונות אפשריים למניעת קורוזיה גלוונית:

* כאשר במוצר מסוים יש מגע גלווני בין מתכות, יש לבודד את המתכות על ידי אטם או ציפוי.

* לא להצמיד מתכות שיש להן פוטנציאל אלקטרוכימי גבוה מאוד (רחוקים זה מזה בשורה הגלוונית).

* כאשר מחברים שתי מתכות, עדיף שהמתכת הגדולה תהיה פעילה והמתכת הקטנה תהיה אצילה.

* ניתן לבצע על אחד החלקים טיפול הנקרא תרמו דיפוזי, שעוצר את הקשר האלקטרוליטי.

”   קורוזיית נקיקים אופיינית למשטחים שאין בהם ערבוב של האלקטרוליט. ישנו מחסור בחמצן, והלחות נכלאת בתוך הנקיקים.
לדוגמה, מתחת לראשי הברגים או בנקודה שאין בה ניקוז. באזור זה אין ערבוב של האלקטרוליט,
לכן תהיה ירידה בריכוז החמצן, וזו תגביר את הקורוזיה   “

3. קורוזיית נקיקים: תופעה זו אופיינית למשטחים שאין בהם ערבוב של האלקטרוליט. ישנו מחסור בחמצן, והלחות נכלאת בתוך הנקיקים. לדוגמה, מתחת לראשי הברגים או בנקודה שאין בה ניקוז. באזור זה אין ערבוב של האלקטרוליט, לכן תהיה ירידה בריכוז החמצן, וזו תגביר את הקורוזיה.

אמצעי הגנה להקטנת קורוזיית נקיקים:

* תכנון הנדסי נכון של הציוד כדי למנוע היווצרות נקיקים.

* איטום של חריצים במבנה כדי למנוע מלחות ומנוזלים להיכנס לתוך הנקיקים.

* בתוך האזורים המועדים להתפתחות של קורוזיית נקיקים, שימוש בחומרים המכילים חומרים מונעי קורוזיה. לדוגמה, חומר למניעת היתפסות ששמים על ברגים לפני הרכבה, המכילים אינהיביטורים עמידים לקורוזיה, החודרים את פני השטח של המתכת ולא מאפשרים יצירת שיתוך והיתפסות.

4. קורוזיית גימום (Pitting Corrosion): פוגעת באופן מקומי בפני השטח של המתכת, ואופיינית במיוחד למתכות שבהן שכבת הפסיבציה נפגעת במקומות מסוימים. באותם האזורים ממשיכה להתקדם המסה האנודית של המתכת, ואילו שאר פני השטח נשארים פסיביים.

הגימום הוא סוג של קורוזיה מקומית חמורה והרסנית, המופיעה על פני השטח של המתכת. היא אופיינית לשטחים ללא (או כמעט ללא) קורוזיה כללית, ולכן ההשלכות שלה אינן צפויות. זו קורוזיה מסוכנת. בציוד מסוים, נוכחות של חור עלולה להיות הרסנית. לדוגמה, צנרת או מכלי לחץ. לעיתים קרובות קשה לגלות קורוזיית גימום מכיוון שהגומות קטנות, ולפעמים הן מכוסות בתוצרי קורוזיה כגון קשקשת חלודה.

אמצעי הגנה מפני קורוזיית גימום:

* יש לנסות לטייב את פני השטח עד ליצירת משטח חלק כדי למנוע חריצים התחלתיים שמהם יתפתח תא ריכוזים.

* בחישה/ערבוב של התמיסה לצורך השוואת ריכוזים ומניעה של התפתחות תא ריכוזים. לדוגמה, מלח ששוקע בסיר נירוסטה גורם לקורוזיית גימום. ערבוב טוב של המלח בסיר ימוסס אותו וימנע את שקיעתו לתחתית.

* שיפור בסוג המתכת או שימוש במתכות עמידות יותר. לדוגמה, פלב"מ 316 עמידה בפני גימום לעומת פלב"מ 304.

* ציפוי (בידוד) של פני השטח למניעת קשר בין המתכת לתמיסה.

* פסיבציה של פני השטח לפני צביעה גורמת להעשרת פני השטח באלמנטים חסינים לקורוזיה. יש חברות שמייצרות פריימר מבוסס מים, שיוצר ריאקציה עם החלודה בלי להסיר אותה והופך אותה לברזל פוספט, או לאבץ פוספט במקרה של אלומיניום וברזל מגלוון, שנותן הגנה גבוהה מאוד מתחת לצבע.

* הגנה באמצעות אנודת קורבן בעלת אלקטרו-שליליות גבוהה יותר, כגון שימוש בגלוון קר.

* שינוי של כיוון הזרם באמצעות ספק חיצוני.

5. קורוזיה בין גרעינית: נגרמת מאי-רציפות במבנה החומר בין גרעינים, אופיינית לחומרים שעברו ריתוך. אזור הריתוך רגיש במיוחד מפני שנוצר בו שדה מאמצים. תהליך זה נקרא סנסיטיזציה (ריגוש), והוא גורם להפרדה בין קרביד-הכרום לברזל ומביא לידי קורוזיה. התופעה אופיינית לפלדת אל-חלד/נירוסטה.

פתרונות אפשריים למניעת קורוזיה בין גרעינית:

* הימנעות משימוש בנתכי אלומיניום מהמשפחה xxx2 המכילים נחושת.

* שימוש בנתכי אלומיניום שעברו טיפול המסה בלבד, מכיוון שאלו כמעט חסינים מפני קורוזיה. החיסרון הוא שטיפול זה אינו מאפשר להשיג חוזק גבוה.

* מומלץ ליישם גלוון קר בעל תכולת אבץ עשירה ביותר. יש מוצרים שמכילים 95% מוצקי אבץ טהור כדי להעניק הגנה אנודית מרבית בנקודת התפר של הריתוך.

6. קורוזיית ארוזיה (שחיקה): גידול בתקיפה של המתכת כתוצאה מתנועות בין נוזל קורוזיבי לבין פני השטח של המתכת.

פתרונות אפשריים למניעת קורוזיית אירוזיה:

* תוספים שנועדו לספוח אליהם את גורמי הקורוזיה ולמנוע מהם להישאר בסביבת המתכת.

* שיפור פני השטח של החלקים בנקודות הרגישות לארוזיה.

* ביצוע כיפופים לא חדים בצנרת.

* צביעה במערכת צבע עמידה לשחיקה, כגון מערכת צבע המורכבת מפריימר NRX ומצבע עליון מוקשה מאוד העמיד בפני פגיעות UV. במקרים קיצוניים אני מציע להשתמש בצבע עליון המכיל פולימר פלוארידים נוזלי והמסוגל לעמוד בתנאים הקורוזיביים הקיצוניים ביותר.

”   הסיבות לקורוזיה ידועות, ואנו מסוגלים לנהל אותן במקום שהן ינהלו אותנו. אם נבצע בקרה וטיפול נכונים עם מגוון מוצרים ייעודיים, ברוב המקרים נצליח למנוע את היווצרות הקורוזיה פרק זמן ארוך   “

7. קורוזיית מאמצים: מאופיינת בהשתתפות גורם מכני בשילוב עם גורם כימי. כאשר ישנם מאמצים בערכים נמוכים בסביבה קורוזיבית, מתקבל כשל הנראה לכאורה מכני, אלא שהתופעה לא הייתה מתרחשת אלמלא היה מדובר בסביבה אגרסיבית. לדוגמה, צינור שמוביל חומר קורוזיבי כגון חומצה. הצינור עצמו נמצא במתיחה מסוימת משני צדדיו. בגלל החומר הקורוזיבי, המתכת נחלשת, הצינור אינו עומד בעומסי המתיחה, ומתרחש כשל.

קורוזיה זו נגרמת משילוב בין מאמץ לבין סביבה קורוזיבית. היא ניתנת לזיהוי בקלות לאחר הכשל, אך לא לפניו. היא נבדלת מסוגי קורוזיה אחרים בהיעדר סימני קורוזיה. תוצריה אינם בולטים לעין, ומידות המתכת אינן משתנות (כלומר אין דפורמציה פלסטית כגון פיגמנטים של חלודה או סימני מתיחה). עם זאת המתכת נסדקת בסדקים פריכים, ובשלב מסוים קורסת.

המאמצים יכולים להיגרם מהעמסה חיצונית (הפעלת כוחות), ממאמץ שיורי שנוצר במהלך הייצור או במהלך טיפול תרמי, וכן משילוב בין שני סוגי ההעמסה.

פתרונות אפשריים למניעת קורוזיית מאמצים:

* לוודא שסוג המתכת שנמצא בשימוש יכול לעמוד בעומסים.

* לבצע שחרור מאמצים לאותו חלק שעלול להיפגע מהעומס.

* לבטל את הגורם הקורוזיבי.

8. קורוזיית התעייפות: מופיעה במתכות בגלל שילוב בין מאמץ מחזורי המביא להתעייפות לבין סביבה קורוזיבית. היא מושפעת מאופן ההעמסה ומגורמים סביבתיים ומטלורגיים. במתכות יורד החוזק להתעייפות בגלל סביבות כימיות אגרסיביות. מידת העמידות בקורוזיית התעייפות תלויה בסוג המתכת. נוכחות של סביבה כימית אגרסיבית עשויה להשפיע על הסיכוי להתחלת סדק ועל קצב הגידול שלו.

פתרון אפשרי למניעת קורוזיית התעייפות:

* כדי לשפר את עמידותן של מתכות בקורוזיית התעייפות, מקובל לבצע תהליך מכני ולהתיז חלקיקי חומר קשיחים אל פני השטח של המתכת. על ידי כך מוכנסים מאמצי לחיצה לפני השטח.

לסיכום, אפיון תופעת הקורוזיה במפעל ושימוש במושגים בסיסיים, חשובים ביותר לשינוי ההתייחסות לקורוזיה. הם יכוונו למתן פתרון מתאים, אשר ישרת את המפעל לאורך זמן.

בחלק הבא: תוכנית להתמודדות עם קורוזיה במלאי.

הכותב הינו מנכ"ל סיל הנדסה בע"מ. elan@sealeng.co.il