Какие металлы и сплавы более подвержены коррозии

Устойчивые к коррозии металлы и сплавы: виды, сферы применения

Под определением коррозии металла следует понимать процесс его разрушения в результате негативного воздействия окружающих факторов – кислород, вода, оксиды углерода и оксиды серы, находящиеся в воздухе, водно-солевые растворы (например, морская вода).

В целом на сегодняшний день выделяют два типа коррозии:

• химическая (разрушение металла происходит под действием неэлектролитов (окислителей) даже в условиях обычной температуры. Например, кислород, хлор, др. типы газа);
• электрохимическая (разрушение металла осуществляет в результате воздействия на них растворов электролитов. Например, влажного воздуха).

Наиболее подвержено коррозии техническое железо. При этом существуют металлы и сплавы, устойчивые к подобному негативному воздействию.

Способы борьбы с коррозией

На сегодняшний день существует одновременно несколько способов борьбы с коррозией. В списке основных защитное покрытие поверхности металла лакокрасочными средствами или слоем другого металла (серебро, хром, олово, цинк), а также добавление примесей металлов для создания сплавов. Выбор между ними определяет цель и сфера применения. Например, в пищевой промышленности нельзя применять металлы, покрытые лакокрасочными средствами для борьбы с коррозией.

Металлы и сплавы, устойчивые к коррозии

Итак, выше было сказано, что техническое железо наиболее уязвимо негативному влиянию окружающей среды. При этом важно отметить, что химически чистое железо практически не ржавеет (доказательством тому служит множество примеров хорошо сохранившихся исторических железных артефактов).

Возникает вопрос, почему бы современному обществу не использовать чистое железо. Дело в том, что без примесей железо теряет ряд своих свойств, а потому не пригодно для применения в ряде сфер.

В чистом виде не подвержены коррозии алюминий, медь, олово, цинк, латунь.

Иногда именно их используют для покрытия металла с целью предотвращения его прямого контакта с окружающей средой. Таким образом, металлические изделия хромируют, никелируют, цинкуют и т.д. Например, при покрытии железа оловом (лужение) получают белую жесть, часто используемую в производстве консервной тары.

Лёгкие нержавеющие сплавы традиционно содержат примеси все тех же устойчивых к коррозии металлов — алюминий, титан, мельхиор, латунь, бронза.

Сферы применения коррозийно-устойчивых сплавов

Получаемые сплавы с примесью титана активно применяют в аэрокосмической промышленности и рекреационных сферах, мельхиора – в медицине, латуни – в химической промышленности и машиностроении.

В целом, комбинируя различные металлы в разном соотношение можно получить огромное количество коррозионно-стойкий сплавов, пригодных для использования в ряде сфер деятельности современного человека.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ – физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы.

Также по теме:
МЕТАЛЛОВ ЛИТЬЕ

Слово коррозия происходит от латинского «corrodo» – «грызу» (позднелатинское «corrosio» означает «разъедание»).

Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла, например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо.

Также по теме:
МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:

Также по теме:
МЕТАЛЛОВ ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ

Гидроксид железа(III) очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа(III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления. В результате железный предмет может быть полностью разрушен.

Многие металлы, в том числе и довольно активные (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.

Алюминий в обычных условиях устойчив к воздействию воздуха и воды, даже кипящей, однако если на поверхность алюминия нанести ртуть, то образующаяся амальгама разрушает оксидную пленку – выталкивает ее с поверхности, и металл быстро превращается в белые хлопья метагидроксида алюминия:

Амальгамированный алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:

Коррозии подвергаются и некоторые довольно мало активные металлы. Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) в результате образования смеси основных солей.

Иногда при коррозии металлов происходит не окисление, а восстановление некоторых элементов, содержащихся в сплавах. Например, при высоких давлениях и температурах карбиды, содержащиеся в сталях, восстанавливаются водородом.

Разрушение металлов в присутствии водорода обнаружили в середине девятнадцатого века. Французский инженер Сент Клэр Девиль изучал причины неожиданных разрывов орудийных стволов. При их химическом анализе он нашел в металле водород. Девиль решил, что именно водородное насыщение явилось причиной внезапного падения прочности стали.

Много хлопот доставил водород конструкторам оборудования для одного из важнейших промышленных химических процессов – синтеза аммиака. Первые аппараты для этого синтеза служили лишь десятки часов, а затем разлетались на мелкие части. Только добавление в сталь титана, ванадия или молибдена помогло решить эту проблему.

К коррозии металлов можно отнести также их растворение в жидких расплавленных металлах (натрий, свинец, висмут), которые используются, в частности, в качестве теплоносителей в ядерных реакторах.

По стехиометрии реакции, описывающие коррозию металлов, довольно просты, однако по механизму они относятся к сложным гетерогенным процессам. Механизм коррозии определяется, прежде всего, типом агрессивной среды.

При контакте металлического материала с химически активным газом на его поверхности появляется пленка продуктов реакции. Она препятствует дальнейшему контакту металла и газа. Если сквозь эту пленку происходит встречная диффузия реагирующих веществ, то реакция продолжается. Процесс облегчается при высоких температурах. В ходе коррозии пленка продукта непрерывно утолщается, а металл разрушается. Большие убытки от газовой коррозии терпит металлургия и другие отрасли промышленности, где используются высокие температуры.

Наиболее распространена коррозия в средах электролитов. В некоторых технологических процессах металлы контактируют с расплавами электролитов. Однако чаще всего коррозия протекает в растворах электролитов. Металл не обязательно должен быть полностью погружен в жидкость. Растворы электролитов могут находиться в виде тонкой пленки на поверхности металла. Они нередко пропитывают окружающую металл среду (почву, бетон и др.).

Во время строительства метромоста и станции «Ленинские горы» в Москве в бетон добавляли большое количество хлорида натрия, чтобы не допустить замерзания еще не схватившегося бетона. Станция была сооружена в кратчайшие сроки (всего за 15 месяцев) и открыта 12 января 1959. Однако присутствие хлорида натрия в бетоне вызвало разрушение стальной арматуры. Коррозии оказались подвергнуты 60% железобетонных конструкций, поэтому станция была закрыта на реконструкцию, продолжавшуюся почти 10 лет. Лишь 14 января 2002 состоялось повторное открытие метромоста и станции, получившей название «Воробьевы горы».

Использование солей (обычно хлорида натрия или кальция) для удаления снега и льда с дорог и тротуаров также приводит к ускоренному разрушению металлов. Сильно страдают транспортные средства и подземные коммуникации. Подсчитано, что только в США применение солей для борьбы со снегопадами и гололедом приводит к потерям на сумму около 2 млрд. долл. в год в связи с коррозией двигателей и 0,5 млрд. долл. на дополнительный ремонт дорог, подземных магистралей и мостов.

В средах электролитов коррозия обусловлена не только действием кислорода, воды или кислот на металлы, но и электрохимическими процессами. Уже в начале 19 в. электрохимическую коррозию изучали английские ученые Гемфри Дэви и Майкл Фарадей. Первая теория электрохимической коррозии была выдвинута в 1830 швейцарским ученым Де ла Ривом. Она объясняла возникновение коррозии в месте контакта двух разных металлов.

Электрохимическая коррозия приводит к быстрому разрушению более активных металлов, которые в различных механизмах и устройствах контактируют с менее активными металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений правее. Использование медных или латунных деталей в железных или алюминиевых конструкциях, которые работают в морской воде, существенно усиливает коррозию. Известны случаи разрушения и затопления кораблей, железная обшивка которых была скреплена медными заклепками.

По отдельности алюминий и титан устойчивы к действию морской воды, но если они контактируют в одном изделии, например в боксе для подводной фототехники, алюминий очень быстро разрушается, и бокс протекает.

Электрохимические процессы могут протекать и в однородном металле. Они активизируются, если есть различия в составе зерна металла в объеме и на границе, неоднородное механическое напряжение, микропримеси и т.д. В разработке общей теории электрохимической коррозии металлических материалов участвовали многие наши соотечественники, в том числе Владимир Александрович Кистяковский (1865–1952) и Александр Наумович Фрумкин (1895–1976).

Одной из причин возникновения электрохимической коррозии являются блуждающие токи, которые появляются вследствие утечки части тока из электрических цепей в почву или водные растворы, где они попадают на металлические конструкции. В местах выхода тока из этих конструкций вновь в почву или воду начинается растворение металла. Такие зоны разрушения металлов под действием блуждающих токов особенно часто наблюдаются в районах наземного электрического транспорта (трамвайные линии, железнодорожный транспорт на электрической тяге). Эти токи могут достигать несколько ампер, что приводит к большим коррозионным разрушениям. Например, прохождение тока силой в 1 А в течение одного года вызовет растворение 9,1 кг железа, 10,7 кг цинка, 33,4 кг свинца.

Коррозия может возникать и под влиянием радиационного излучения, а также продуктов жизнедеятельности бактерий и других организмов. С развитием бактерий на поверхности металлических конструкций связано явление биокоррозии. Обрастание подводной части судов мелкими морскими организмами также оказывает влияние на коррозионные процессы.

При одновременном воздействии на металл внешней среды и механических напряжений все коррозионные процессы активизируются, поскольку при этом понижается термическая устойчивость металла, нарушаются оксидные пленки на поверхности металла, усиливаются электрохимические процессы в местах появления трещин и неоднородностей.

Коррозия приводит к огромным безвозвратным потерям металлов, ежегодно полностью разрушается около 10% производимого железа. По данным Института физической химии РАН, каждая шестая домна в России работает впустую – весь выплавляемый металл превращается в ржавчину. Разрушение металлических конструкций, сельскохозяйственных и транспортных машин, промышленной аппаратуры становится причиной простоев, аварий, ухудшения качества продукции. Учет возможной коррозии приводит к повышенным затратам металла при изготовлении аппаратов высокого давления, паровых котлов, металлических контейнеров для токсичных и радиоактивных веществ и т.д. Это увеличивает общие убытки от коррозии. Немалые средства приходится тратить на противокоррозионную защиту. Соотношение прямых убытков, косвенных убытков и расходов на защиту от коррозии оценивают как (3–4):1:1. В промышленно развитых странах ущерб от коррозии достигает 4% национального дохода. В нашей стране он исчисляется миллиардами рублей в год.

Проблемы коррозии постоянно обостряются из-за непрерывного роста производства металлов и ужесточения условий их эксплуатации. Среда, в которой используются металлические конструкции, становится все более агрессивной, в том числе и за счет ее загрязнения. Металлические изделия, используемые в технике, работают в условиях все более высоких температур и давлений, мощных потоков газов и жидкостей. Поэтому вопросы защиты металлических материалов от коррозии становятся все более актуальными. Полностью предотвратить коррозию металлов невозможно, поэтому единственным путем борьбы с ней является поиск способов ее замедления.

Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (5 в. до н. э.) и древнеримского ученого Плиния Старшего (1 в. до н. э.) уже есть упоминания о применении олова для предохранения железа от ржавления. В настоящее время борьбу с коррозией ведут сразу в нескольких направлениях – пытаются изменить среду, в которой работает металлическое изделие, повлиять на коррозионную устойчивость самого материала, предотвратить контакт между металлом и агрессивными веществами внешней среды.

Полностью предотвратить коррозию можно только в инертной среде, например в атмосфере аргона, однако реально создать такую среду при эксплуатации конструкций и механизмов в подавляющем большинстве случаев невозможно. На практике для снижения коррозионной активности среды из нее стараются удалить наиболее реакционноспособные компоненты, например, снижают кислотность водных растворов и почв, с которыми могут контактировать металлы. Одним из методов борьбы с коррозией железа и его сплавов, меди, латуни, цинка, свинца является удаление из водных растворов кислорода и диоксида углерода. В энергетике и некоторых отраслях техники воду освобождают также от хлоридов, которые стимулируют локальную коррозию. Для снижения кислотности почвы проводят известкование.

Агрессивность атмосферы сильно зависит от влажности. Для любого металла есть некоторая критическая относительная влажность, ниже которой он не подвергается атмосферной коррозии. Для железа, меди, никеля, цинка она составляет 50–70%. Иногда для сохранности изделий, имеющих историческую ценность, их температуру искусственно поддерживают выше точки росы. В закрытых пространствах (например, в упаковочных коробках) влажность понижают с помощью силикагеля или других адсорбентов. Агрессивность промышленной атмосферы определяется, в основном продуктами сгорания топлива (см. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ). Уменьшению потерь от коррозии способствует предотвращение кислотных дождей и устранение вредных газовых выбросов.

Разрушение металлов в водных средах можно замедлить при помощи ингибиторов коррозии, которые в небольших количествах (обычно менее 1%) вводят в водные растворы. Они способствуют пассивированию поверхности металла, то есть образованию тонкой и плотной пленки оксидов или других малорастворимых соединений, которая препятствует разрушению основного вещества. Для этой цели применяют некоторые соли натрия (карбонат, силикат, борат) и другие соединения. Если бритвенные лезвия погрузить в раствор хромата калия, они хранятся намного дольше. Часто используют органические ингибиторы, которые более эффективны, чем неорганические.

Один из способов защиты от коррозии основывается на разработке новых материалов, обладающих более высокой коррозионной стойкостью. Постоянно ведутся поиски заменителей коррозирующих металлов. Пластмассы, керамика, стекло, резина, асбест и бетон более устойчивы к воздействию окружающей среды, однако по многим другим свойствам они уступают металлам, которые по-прежнему служат основными конструкционными материалами.

Благородные металлы практически не поддаются коррозии, но для широкого применения они слишком дороги, поэтому их используют лишь в наиболее ответственных деталях, например для изготовления некорродирующих электрических контактов. Высокой коррозионной стойкостью обладают никель, алюминий, медь, титан и сплавы на их основе. Их производство растет довольно быстро, однако и сейчас наиболее доступным и широко используемым металлом остается быстро ржавеющее железо. Для придания коррозионной стойкости сплавам на основе железа часто используют легирование. Так получают нержавеющую сталь, которая, помимо железа, содержит хром и никель. Самая распространенная в наше время нержавеющая сталь марки 18–8 (18% хрома и 8% никеля) появилась в 1923. Она вполне устойчива к воздействию влаги и кислорода. Первые тонны нержавеющей стали в нашей стране были выплавлены в 1924 в Златоусте. Сейчас разработано много марок таких сталей, которые, помимо хрома и никеля, содержат марганец, молибден, вольфрам и другие химические элементы. Часто применяют поверхностное легирование недорогих железных сплавов цинком, алюминием, хромом.

Для противостояния атмосферной коррозии на стальные изделия наносятся тонкие покрытия из других металлов, более устойчивых к воздействию влаги и кислорода воздуха. Часто используются покрытия из хрома и никеля. Поскольку хромовые покрытия нередко содержат трещины, их обычно наносят поверх менее декоративных никелевых покрытий. На защиту жестяных консервных банок от коррозии в органических кислотах, содержащихся в пищевых продуктах, расходуется значительное количество олова. Долгое время для покрытия кухонной утвари использовали кадмий, однако теперь известно, что этот металл опасен для здоровья и кадмиевые покрытия используются только в технике.

Для замедления коррозии на поверхность металла наносят лаки и краски, минеральные масла и смазку. Подземные конструкции покрывают толстым слоем битума или полиэтилена. Внутренние поверхности стальных труб и резервуаров защищают дешевыми покрытиями из цемента.

Чтобы лакокрасочное покрытие было более надежным, поверхность металла тщательно очищают от грязи и продуктов коррозии и подвергают специальной обработке. Для стальных изделий используют так называемые преобразователи ржавчины, содержащие ортофосфорную кислоту (Н₃РО₄) и ее соли. Они растворяют остатки оксидов и формируют плотную и прочную пленку фосфатов, которая способна на некоторое время защитить поверхность изделия. Затем металл покрывают грунтовочным слоем, который должен хорошо ложиться на поверхность и обладать защитными свойствами (обычно используют свинцовый сурик или хромат цинка). Только после этого можно наносить лак или краску.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с коррозией является электрохимическая защита. Для защиты буровых платформ, сварных металлических оснований, подземных трубопроводов их подключают в качестве катода к внешнему источнику тока. В качестве анода используются вспомогательные инертные электроды.

Другой вариант такой защиты применяют для сравнительно небольших стальных конструкций или дополнительно покрытых изоляцией металлических объектов (например, трубопроводов). В этом случае используют протектор – анод из сравнительно активного металла (обычно это магний, цинк, алюминий и их сплавы), который постепенно разрушается, оберегая основной объект. С помощью одного магниевого анода защищают до 8 км трубопровода. Протекторная защита широко распространена; например, в США на производство протекторов ежегодно расходуется около 11,5 тыс. т алюминия.

Защита одного металла другим, более активным металлом, расположенным в ряду напряжений левее, эффективна и без наложения разности потенциалов. Более активный металл (например, цинк на поверхности железа) защищает от разрушения менее активный металл.

К электрохимическим методам борьбы с коррозией можно отнести и защиту от разрушения конструкций блуждающими токами. Одним из способов устранения такой коррозии является соединение металлическим проводником участка конструкции, с которого стекает блуждающий ток, с рельсом, по которому движется трамвай или электропоезд.

Коррозия металлов

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

1. Повышенная влажность окружающей среды.
2. Наличие блуждающих токов.
3. Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины. Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.

Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.

Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

• Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
• Поверхностная металлизация;
• Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
• Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска. Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий. В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.

Химические поверхностные покрытия

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием. Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты. Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина. Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения. При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.

Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон). Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования — защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д. Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них — закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠

Схема работы

Оставляете заявку на сайте или по телефону

Устойчивые к коррозии материалы

Понять доступные материалы, чтобы помочь контролировать многие виды коррозии.

Нержавеющая сталь 316

6Mo

Супердуплексная нержавеющая сталь 2507

Сплав 825

Сплав 625

Сплав C-276

Сплав 400

Титановые сплавы

Сочетания компонентов из различных сплавов

Нержавеющая сталь 316

Нержавеющая сталь

Во всех марках нержавеющей стали главными компонентами, отвечающими за коррозионную стойкость и пластичность металла, являются хром и никель. Добавление > 10 % хрома делает сталь нержавеющей, создавая на поверхности слой, содержащий большое количество оксида хрома. Этот слой образуется в результате реакции содержащегося в сплаве хрома с кислородом из атмосферного воздуха. Он придает стали свойство, которое делает ее нержавеющей. Добавление никеля обеспечивает хорошую пластичность и улучшенные свойства формовки и сварки.

Однако не все прутковые заготовки одинаковы. Содержание никеля и хрома в трубных обжимных фитингах и инструментальных кранах Swagelok из нержавеющей стали 316/316L превышает минимальные требования стандартов ASTM для прутков и поковок.

Следует учитывать, что хотя нержавеющая сталь разных марок и не подвержена сплошной коррозии, на ней может возникать местная коррозия.

Для борьбы со:

Материал имеет значение

Опасность коррозионного растрескивания под напряжением возрастает при высоких значениях концентрации хлоридов, температуры и растягивающих напряжений. Все марки нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Мы провели испытания фитингов Swagelok для трубок под давлением на устойчивость к SCC и получили превосходные результаты.

Cплавы 6Mo

Нержавеющая сталь

Сплавы 6-Moly (6Mo) представляют собой супераустенитную нержавеющую сталь, которая содержит не менее 6 % молибдена и имеет значение PREN (коэфф. устойчивости к точечной коррозии) не ниже 40. Сплав 6HN (UNS N08367) содержит на 6 весовых процентов больше никеля (Ni), чем сплав 254 (UNS S31254). Благодаря такому повышенному содержанию никеля сплав 6HN имеет повышенную стабильность с точки зрения формирования нежелательных интерметаллических фаз. Сплав 6HN проявил более высокую коррозионную стойкость в хлоридсодержащих средах по сравнению со сплавом 254.

• Устойчивость к точеной и щелевой коррозии под воздействием хлоридов.
• Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (CSCC) под воздействием хлоридов.
• Предел текучести материала на 50 % выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей серии 300.
• Ударная прочность, хорошая обрабатываемость и свариваемость.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Изделия Swagelok из сплава 6-Moly предлагаются из прутков и поковок 6HN (UNS N08367), соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.

Для борьбы со:

Сплав cупердуплексной нержавеющей стали 2507

Нержавеющая сталь

Дуплексная нержавеющая сталь имеет двухфазную микроструктуру, состоящую из зерен аустенита и феррита. Такая структура придает этим материалам сочетание привлекательных свойств, включая прочность, пластичность и коррозионную стойкость.

Сплав супердуплексной феррито-аустенитной нержавеющей стали 2507 отлично подходит для работы в высококоррозионных условиях. В ее состав входят никель, молибден, хром, азот и марганец, что обеспечивает превосходную устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, коррозионному, а также растрескиванию под напряжением при сохранении качества свариваемости.

• Повышенный предел текучести и прочности на разрыв при повышенных номинальных параметрах давления.
• По сравнению с трубками из стали 316/316L с таким же наружным диаметром и номинальным давлением меньшая толщина стенок способствует увеличению потока среды.
• Свариваемость.
• Области применения с температурами до 482 °F (250 °C).
• Более высокая теплопроводность / более низкий коэффициент температурного расширения в сравнении с нержавеющей сталью 316.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Изделия Swagelok из сплава 2507 предлагаются из прутков и поковок, соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.

Для борьбы со:

Сплав 825

Никелевые сплавы

Назначение сплава 825 (Incoloy ® 825), в состав которого входят никель, железо, хром и молибден, состоит в том, чтобы обеспечить устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) в широком диапазоне рабочих сред.

• Стойкость к межкристаллитной коррозии благодаря стабилизации титаном
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Стойкость при использовании в кислотных средах (в т. ч. в серной или фосфорной кислоте).

Для борьбы со:

Сплав 625

Никелевые сплавы

Назначение сплава 625 (Inconel ® 625), в состав которого входят никель, хром и молибден с небольшой добавкой ниобия, состоит в том, чтобы снизить риск межкристаллитной коррозии в широком спектре крайне агрессивных сред.

• Стойкость к воздействию соляной и азотной кислот.
• Прочность и пластичность.
• Стойкость к щелевой и точечной коррозии при высоких температурах.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)

Материал имеет значение

Для борьбы со:

Сплав C-276

Никелевые сплавы

Сплав C-276 (Hastelloy ® C-276) содержит никель, молибден и хром. Высокое содержание молибдена делает этот сплав особо устойчивым к точечной и щелевой коррозии. Он относится к немногим материалам, которые обладают устойчивостью к коррозионным воздействиям влажного газообразного хлора, гипохлорита и диоксида хлора.

• Устойчивость к окислительным и кислотным рабочим средам.
• Пластичность, ударная вязкость и прочность при высоких температурах.
• Устойчивость к щелевой и точечной коррозии, сульфидной коррозии под напряжением (SSC) и межкристаллитной коррозии (IGC)
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)

Следует иметь в виду, что данный сплав НЕ рекомендуется использовать в средах с сильной окислительной способностью, таких как горячая и концентрированная азотная кислота.

Для борьбы со:

Сплав 400

Никелевые сплавы

Сплав 400 (Monel ® 400) является медно-никелевым сплавом, который известен своей исключительной стойкостью к плавиковой кислоте, а также к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии в большинстве видов чистых и технических вод.

• Прочность и коррозионная стойкость в условиях широкого диапазона температур и рабочих сред.
• Сохранение механических свойств при температурах ниже нуля.

Следует иметь в виду, что стоячая морская вода по результатам экспериментов способствует возникновению щелевой и точечной коррозии у данного сплава.

Для борьбы со:

Титановые сплавы

Стабильная оксидная пленка с надежной адгезией защищает титановые сплавы от коррозии. Эта пленка образуется мгновенно под воздействием воздуха или влаги на поверхность. Следует избегать безводных условий в отсутствие источника кислорода, поскольку в случае повреждения защитная пленка не восстановится.

Титан успешно применяется во многих системах благодаря превосходной коррозионной стойкости в следующих средах:

• хлоридсодержащие растворы и газ с содержанием влажного хлора;
• водные растворы хлоритов, гипохлоритов, перхлоратов и двуокиси хлора;
• естественная и хлорированная морская вода достаточно высокой температуры.

Титан и его сплавы:

• обладают исключительно высокой стойкостью к коррозии, вызванной микроорганизмами;
• высокоустойчивы к кислотам-окислителям различной концентрации и температуры (к распространенным кислотам этой категории относятся азотная, хромовая, хлорная и хлорноватистая кислота [влажный Cl]).

Ограничивающие факторы для применения титана и его сплавов:

• нелегированный титан иногда подвержен коррозии в водных хлоридсодержащих средах при условиях, не прогнозируемых с помощью скорости общей коррозии;
• сухой хлор может подвергнуть титан резкому окислению, вплоть до возгорания;
• титан не подходит для использования с фтористыми газами, чистым кислородом и водородом.

Сочетания компонентов из различных сплавов

В морских установках, в которых фитинги Swagelok из нержавеющей стали 316/316L проявили себя хорошо, а трубки из стали 316/316L подверглись щелевой коррозии в хомутах, возможно, будет экономически выгодно использовать фитинги из стали 316/316L в сочетании с трубками из более коррозионностойкого сплава. В сочетаниях компонентов из различных сплавов используются трубные обжимные фитинги Swagelok из стали 316/316L с трубками из сплавов 254, 904L, 825 или Tungum ® (медный сплав UNS C69100).

Повышенное содержание хрома и никеля в стали 316/316L обеспечивает более высокую стойкость трубных обжимных фитингов Swagelok к местной коррозии. Превосходный обхват трубки обеспечивается за счет запатентованной компанией Swagelok конструкции заднего обжимного кольца и шарнирно-цангового способа обжима (hinging-colleting™), при котором достигается низкий крутящий момент и вращение гайки не передается на трубку. Процесс низкотемпературного науглероживания SAT 12, запатентованный компанией Swagelok, применяется для упрочения поверхности задних обжимных колец, что упрощает достижение превосходного обхвата трубок из вышеперечисленных сплавов.

Сочетания компонентов из различных сплавов могут стать экономически эффективным коррозионностойким решением, обеспечивающим следующие преимущества в морских установках:

• содержание никеля и хрома в стандартной нержавеющей стали Swagelok 316, превышающее минимальные требования стандарта ASTM A479, благодаря чему достигается более высокое значение PREN и повышенная стойкость к местной коррозии;
• высокая стойкость к точечной и щелевой коррозии трубок из специальных сплавов;
• низкий риск контактной коррозии за счет позиций 316, 254, 904L и 825 в таблице электродных потенциалов или с учетом длительной успешной эксплуатации фитингов из стали 316/316L с трубками из сплава Tungum.

Как и во всех узлах, в которых используются разные материалы, значения номинального давления для трубок и фитингов из разных сплавов определяются по материалу с самым низким значением номинального давления. Номинальные параметры давления см. в справочнике «Данные по трубкам — сочетания компонентов из различных сплавов», MS-06-117.

С помощью числового эквивалента стойкости к точечной коррозии (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN) измеряется стойкость к местной точечной коррозии. Более высокие значения PREN показывают более высокую стойкость материала к точечной коррозии.

Чтобы получить больше информации, ознакомьтесь с дополнительными полезными информационными материалами от Swagelok.