فولادها در سرما آسیب پذیرترند.
این مقاله به بررسی علت ترک خوردن فولاد در دماهای پایین و ارائه راهکارهای پیشگیری می پردازد.
سرمای زمستان با تمام زیبایی و آرامشی که به همراه دارد چالش‌های متعددی را برای صنایع مختلف به ویژه صنایعی که با فلزات سر و کار دارند ایجاد می‌کند.
یکی از مهم‌ترین این چالش‌ها پدیده «تردشکنی» یا «شکنندگی در دمای پایین» است که به طور خاص در فولادها بروز می‌کند و می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری را به بار آورد.
اما چه چیزی باعث می‌شود فولادی که در شرایط عادی استحکام و انعطاف‌پذیری بالایی دارد در مواجهه با سرما دچار ترک خوردگی شود؟ برای پاسخ به این سوال لازم است ابتدا نگاهی دقیق‌تر به ساختار میکروسکوپی فولاد و تغییراتی که در اثر کاهش دما در آن رخ می‌دهد بیندازیم.
فولاد آلیاژی است که عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده است.
میزان کربن موجود در فولاد خواص مکانیکی آن را به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد.
هرچه میزان کربن بیشتر باشد فولاد سخت‌تر و مقاوم‌تر می‌شود اما در عین حال انعطاف‌پذیری آن نیز کاهش می‌یابد.
در دماهای بالا اتم‌های موجود در ساختار فولاد انرژی کافی برای حرکت و جابجایی دارند.
این حرکت اتمی به فولاد اجازه می‌دهد تا در برابر تنش‌های وارد شده مقاومت کند و تغییر شکل دهد.
اما با کاهش دما انرژی جنبشی اتم‌ها کم شده و حرکت آن‌ها محدود می‌شود.
در نتیجه فولاد شکننده‌تر شده و مستعد ترک خوردگی می‌شود.
علاوه بر میزان کربن عوامل دیگری نیز در تردشکنی فولاد نقش دارند.
اندازه دانه‌های تشکیل دهنده فولاد یکی از این عوامل است.
فولادهایی که دارای دانه‌های ریزتری هستند معمولاً مقاومت بیشتری در برابر تردشکنی از خود نشان می‌دهند.
این به این دلیل است که مرزهای دانه‌ها به عنوان موانعی در برابر گسترش ترک عمل می‌کنند.
وجود ناخالصی‌ها در فولاد نیز می‌تواند خطر تردشکنی را افزایش دهد.
ناخالصی‌هایی مانند گوگرد و فسفر می‌توانند در مرزهای دانه‌ها تجمع کرده و نقاط ضعف ایجاد کنند.
این نقاط ضعف محل مناسبی برای شروع و گسترش ترک‌ها در دماهای پایین هستند.
علاوه بر عوامل مربوط به ترکیب و ساختار فولاد عوامل محیطی نیز می‌توانند در تردشکنی آن نقش داشته باشند.
سرعت بارگذاری (یعنی سرعتی که نیرو به فولاد وارد می‌شود) یکی از این عوامل است.
اگر بارگذاری با سرعت بالایی انجام شود فولاد فرصت کافی برای تغییر شکل و توزیع تنش‌ها را نخواهد داشت و در نتیجه احتمال ترک خوردگی افزایش می‌یابد.
حضور آب یا رطوبت نیز می‌تواند تردشکنی فولاد را تشدید کند.
آب می‌تواند به داخل ترک‌های ریز موجود در سطح فولاد نفوذ کرده و با یخ زدن باعث افزایش حجم و گسترش ترک‌ها شود.
این پدیده به «تردشکنی ناشی از هیدروژن» نیز معروف است.
اکنون که با عوامل موثر در تردشکنی فولاد آشنا شدیم می‌توانیم به بررسی راهکارهای پیشگیری از این پدیده بپردازیم.
اولین و مهم‌ترین راهکار انتخاب فولاد مناسب برای کاربردهای خاص در دماهای پایین است.
فولادهایی که دارای میزان کربن کمتری هستند و از طریق فرآیندهای خاصی تولید شده‌اند (مانند فولادهای آلیاژی با نیکل) مقاومت بیشتری در برابر تردشکنی از خود نشان می‌دهند.
یکی دیگر از راهکارهای موثر استفاده از عملیات حرارتی مناسب برای بهبود ساختار میکروسکوپی فولاد است.
عملیات حرارتی می‌تواند باعث ریزتر شدن دانه‌ها و یکنواخت شدن توزیع عناصر آلیاژی در فولاد شود.
این امر مقاومت فولاد را در برابر تردشکنی افزایش می‌دهد.
علاوه بر این انجام آزمایش‌های غیرمخرب به طور منظم برای شناسایی ترک‌های ریز در فولاد می‌تواند از بروز حوادث ناگوار جلوگیری کند.
این آزمایش‌ها شامل روش‌هایی مانند بازرسی چشمی آزمایش مایع نافذ آزمایش ذرات مغناطیسی و آزمایش اولتراسونیک می‌شوند.
در طراحی سازه‌های فولادی که در معرض دمای پایین قرار دارند باید به این نکته توجه داشت که تمرکز تنش در نقاط خاصی از سازه به حداقل برسد.
استفاده از گوشه‌های گرد به جای گوشه‌های تیز ایجاد انحناهای ملایم در سطوح و اجتناب از جوشکاری غیرضروری می‌تواند به کاهش تمرکز تنش کمک کند.
اعمال پوشش‌های محافظ بر روی سطح فولاد نیز می‌تواند از خوردگی و نفوذ رطوبت جلوگیری کرده و مقاومت آن را در برابر تردشکنی افزایش دهد.
این پوشش‌ها می‌توانند شامل رنگ گالوانیزه یا سایر پوشش‌های فلزی باشند.
همچنین کنترل دقیق شرایط محیطی در حین ساخت و نگهداری سازه‌های فولادی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.
جلوگیری از تماس فولاد با آب یا رطوبت به ویژه در دماهای پایین می‌تواند خطر تردشکنی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
علاوه بر راهکارهای فنی آموزش و آگاهی‌رسانی به کارکنان در مورد خطرات تردشکنی فولاد و نحوه پیشگیری از آن نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است.
کارکنان باید با روش‌های بازرسی نگهداری و تعمیر سازه‌های فولادی آشنا باشند و در صورت مشاهده هرگونه نقص یا ترک بلافاصله آن را گزارش دهند.
لازم به ذکر است که پیشگیری از ترک خوردن فولاد در سرما یک فرآیند مستمر و چندوجهی است که نیازمند توجه به تمامی عوامل موثر و اتخاذ تدابیر مناسب در تمامی مراحل طراحی ساخت نگهداری و بهره‌برداری از سازه‌های فولادی است.
با رعایت این نکات می‌توان از بروز حوادث ناگوار و خسارات جبران‌ناپذیر جلوگیری کرد و از ایمنی و پایداری سازه‌های فولادی در شرایط سخت آب و هوایی اطمینان حاصل نمود.
به یاد داشته باشیم که سرمایه‌گذاری در پیشگیری از تردشکنی فولاد سرمایه‌گذاری در ایمنی پایداری و طول عمر سازه‌های ماست.