Что собой представляет химическая коррозия приведите примеры

Виды коррозии, защита и хранение металлических изделий

Виды коррозии, защита и хранение металлических изделий

Несоблюдение правил хранения может привести к порче продукции. Гарантия производителя на изделия из оцинкованной стали предоставляется только в том случае, если соблюдены все условия транспортировки, хранения и монтажа изделий.

Основой оцинкованных изделий служит стальной лист, на котором под внешним воздействием атмосферы возможно возникновение коррозии. Чтобы этого избежать тонколистый стальной прокат обработан несколькими защитными слоями: цинковым и несколькими полимерными покрытиями, которые препятствуют прямому контакту стали с внешней средой.

Если оцинкованная сталь подвергается воздействию влаги (дождь, роса, конденсат) в среде, где не хватает кислорода, то вода быстро реагирует с цинком и постепенно разъедает покрытие. Наиболее распространённые условия, в которых появляется белая ржавчина, — изделия хранятся в заводской упаковке и/или плотно прижатыми друг к другу.

Физико-химические процессы разрушения металла

Коррозия — это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металла, вследствие химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия — коррозия металла в газовой и жидкостной среде, не проводящей ток. Коррозия этого вида состоит в окислении металла в результате непосредственного его химического взаимодействия с окружающей средой. В таких средах, как воздух, продукты сгорания каменного угля и других видов топлива (нефть, бензин, керосин, смазочные масла) обычно развивается химическая коррозия.

Но наличие даже небольших количеств влаги в указанных веществах может в большей или меньшей степени сообщить коррозии электрохимический характер. Химическая коррозия в чистом виде — достаточно специфическое явление, преобладающее в средах, достаточно закрытых для окружающего природного воздействия. Большое практическое значение имеет электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия имеет характер анодного окисления металла, которое может протекать по двум различным механизмам:

– гальванокоррозия — окисление металла, являющегося анодом самопроизвольно возникающей гальванической цепи;

– электрокоррозия — окисление металла, являющегося анодом своеобразной электролизной системы, самопроизвольно возникающей под влиянием тока от внешнего источника.

При гальванокоррозии основная масса металла обычно играет роль анода. В качестве материала катода могут служить самые разнообразные вещества, но обязательно являющиеся электронными проводниками. Сюда относятся более электронофильные металлы, чем анод. Например, по отношению к железному аноду такими металлами являются Sn, Pb, Cu, Hg, Ag и т.п. Роль катодов может выполнять и ряд электропроводящих неметаллических материалов, среди которых назовём ржавчину, зёрна графита, угля, цементита (карбида железа Fe3C), шлаковые включения в металл и т.д.

Процессы, протекающие при гальванокоррозии, рассмотрим на двух примерах, представляющих практический интерес: коррозию железа в контакте: а) с цинком и б) с оловом во влажном воздухе.

а) Коррозионный процесс в гальванопаре Zn/Fe. Цинк, как сравнительно более химически активный металл, подвергается анодному окислению и переходит в состояние ионов.

Реакция на аноде**: 2Zn – 4e- → 2Zn** (окисление).
Реакция на катоде: 2H2O + O2 + 4e- → 4OH’ (восстановление).
Вторичная реакция: 2Zn** + 4OH’ → 2Zn(OH)2.

В процессе работы коррозионной гальванопары Zn/Fe окисляется, разрушается цинк. За счёт электронов последнего железо предохраняется от коррозии.

б) Коррозионный процесс в гальванопаре Sn/Fe. В данном случае железо более химически активный металл, чем олово. Катодом гальванопары будет олово, а анодом — железо.

Реакция на аноде**: 2Fe – 4e- → 2Fe** (окисление).
Реакция на катоде: 2H2O + O2 + 4e- → 4OH’ (восстановление).

Они приводят к образованию бурой ржавчины.

Таким образом, в процессе работы рассматриваемой гальванопары окисляется и разрушается железо, а олово остается без изменения.

На практике подобные явления встречаются при коррозии оцинкованного и луженого железа. В случае нанесения на железо менее химически активного металла (Sn, Cu, Ni, Cr, Ag, Au), для придания поверхности декоративных и других полезных свойств, защита железа происходит путем его изоляции от внешней среды. При повреждении внешнего защитного слоя начинают протекать описанные реакции и железо ржавеет.

Коррозионные элементы могут возникать во всех случаях, когда в присутствии электролита соприкасаются металлы, различающиеся между собой электродными потенциалами.

Особо нужно отметить влияние температуры. Повышение температуры ускоряет физические и химические процессы. В водной среде это особенно заметно при температуре около 60°С. При температуре около 70°С в гальванопаре Zn/Fe может произойти изменение потенциала цинка, в результате чего цинковое покрытие становится катодам, а железо анодом. Отмечают, что изменению полярности цинка способствуют низкое содержание в воде кислорода и высокое бикарбонатов. В таких условиях коррозировать будет железо.

К электрокоррозии относятся случаи электрохимической коррозии металлов, протекающие под влиянием электрического тока от внешнего источника. Здесь в основе явления, как уже отмечалось, лежит самопроизвольно возникающий процесс электролиза. В качестве примера рассмотрим электрокоррозию под влиянием так называемых блуждающих токов.

Металлические листы с полимерным покрытием, сложенные в пачку, представляют собой электрический конденсатор, где металлическая основа листа представляет собой обкладки конденсатора, а полимерное покрытие — диэлектрический слой между обкладками. В следствие неравномерности нагрева листов, воздействия внешних источников энергии и других факторов окружающей среды между различными листами пачки могут возникать разности электрического потенциала.

В воде любого типа в большем или меньшем количестве содержатся растворенные соли, коллоидные и взвешенные вещества, живые микроорганизмы, в воду попадают частицы пыли и дыма. Поэтому при изучении поведения цинка и цинковых покрытий в водных средах воду следует рассматривать как коррозионный электролит. Если торцевую часть листов с разностью электрических потенциалов поместить в раствор соли, которым могут являться атмосферные осадки и конденсат, то возникает естественный процесс электролиза. На одном из листов, на его торцевой части, будет происходить анодное окисление металла, т.е. его коррозия.

Состав электролита, в особенности величина его рН, существенно влияет на скорость коррозии. Так, повышение концентрации Н’-ионов (кислая среда), как правило, резко убыстряет разрушение металла.

Повышение концентрации ОН’-ионов (щелочная среда) в электролите замедляет коррозию таких металлов, как Fe, Mg в следствии образования гидроокисных защитных плёнок.

У металлов Al, Zn, Pb повышение щелочности среды на разрушение этих металлов действует убыстряющим образом т.к. гидроокиси этих металлов растворимы в щелочах. Описанная особенность этих металлов является причиной такого явления как белая ржавчина.

Белая ржавчина на цинковом покрытии

Цинк — сравнительно реактивный металл, он активно реагирует с кислотами и щелочами. Лучше всего он проявляет свои антикоррозионные свойства в рН нейтральной среде. Долговечность цинкового покрытия зависит от формирования оксидно-карбонатной пленки. После окончательного формирования оксидно-карбонатной пленки уровень коррозии цинковых покрытий становится очень низким — не более двух микрон в год в нейтральной среде.
Химические реакции, требуемые для формирования этой плёнки, занимают некоторое время (от нескольких недель до нескольких месяцев):

1. Фаза окисления 2Zn + O2 = 2ZnO
2. Фаза гидратации 2Zn = 2H2O + O2 = 2Zn(OH)2
3. Карбонизации 5Zn(OH)2 = 2CO2 + 2ZnCO3.3Zn(OH)2 + 2H2O

На последнем этапе окончательно формируется трудно растворимый основной карбонат цинка, который обеспечивает надежную антикоррозионную защиту цинковому слою при негативном воздействии влаги. В условиях относительно сухой среды протекают все три реакции, и на поверхности оцинкованного изделия формируется оксидно-карбонатная плёнка, будучи почти непроницаемой для кислорода и влаги, резко ограничивает дальнейший процесс взаимодействия цинка с кислородом.

Иное происходит, если изделие свежеоцинкованное или на нём присутствуют места без сформированного плёночного покрытия (в частности, срезы профилированной продукции) хранится в условиях, когда на него воздействует дождь, роса, конденсат, а подвод углекислого газа и кислорода, способствующего образованию плотной оксидно-карбонатной пленки затруднен. В этом случает происходят только фазы окисления и гидратации. В результате получаются гидроксид и оксид цинка — вещества в виде белого порошка, обладающие низкой адгезионной способностью к поверхности, легко пропускающие кислород к цинку, допускающие его последующее окисление и развитие процессов образования белой ржавчины.

Еще одним случаем, представляющим опасность образования белой ржавчины, являются участки соприкасающихся между собой поверхностей оцинкованных изделий с уже окончательно сформировавшейся оксидно-карбонатной плёнкой. В этих местах задерживается дождевая влага (или конденсируется влага из воздуха при нахождении изделий на воздухе при температуре ниже точки росы), а испаряется она в последнюю очередь. Во всех природных водах присутствует углекислота, которая может находиться в воде в виде растворенного газа СО2 и недиссоциированных молекул Н2СО3 или ионов НСО3- и СО3в2-. Углекислота и присутствующие в воде нитраты, сульфаты, хлориды без доступа кислорода разрушают образующуюся на поверхности цинка оксидно-карбонатную пленку и тем самым усиливают коррозию, приводящую к образованию белой ржавчины.

При очень длительном хранении (от полугода) оцинкованных изделий с полимерным покрытием в неблагоприятных условиях, оксид и гидроксид цинка — вещества в виде белого порошка может выделяться и на поверхности полимерного покрытия (в особенности на обратной стороне листа, который как правило покрыт только грунтовым полимерным слоем).
В благоприятных (для белой ржавчины) условиях разъедание цинка может происходить при уровнях коррозии в 20–50 раз больших, чем обычно предполагается.

Условия хранения и эксплуатации

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

Цинковое покрытие стальных изделий хорошо работает как защитный слой в нейтральной сухой или влажной воздушной среде и при кратковременном воздействии воды со свободным доступом кислорода. При таких условиях работает эффект гальванопары Zn/Fe — эффект оксидно-карбонатной пленки. Такие условия соответствуют нормальным условиям эксплуатации изделий.

В случае долговременного нахождения стальных оцинкованных изделий, сложенных в пачку, в водной среде при ограниченном доступе кислорода и повышенной температуре (более 70°С), начинают протекать реакции, при которых защитные эффекты перестают работать. Происходит активное разрушение защитного слоя. Как правило, такие негативные условия складываются при неправильном хранении изделий. При нарушении условий хранения риск поражения коррозией значительно выше, чем при неправильной эксплуатации или монтаже.

Правила хранения оцинкованных изделий:

• Изделия хранятся в заводской упаковке НЕ более 1 (одной) недели с даты поставки. Пачки в заводской упаковке укладываются на ровное место на бруски с шагом 0,5 м.

• При необходимости хранения профилированной продукции более 1 (одной) недели ее размещают под навесами или в крытых неотапливаемых, сухих помещениях без прямого воздействия солнечных лучей и осадков (в соответствии с ГОСТ 7566).

Изделия следует распаковать (снять заводскую упаковку), расположить на ровной поверхности и переложить каждый лист одинаковыми рейками (штабель высотой до 70 см).

• Хранение на открытом воздухе допускается только на период монтажных работ. Изделия должны быть расположены под небольшим наклоном в 3° так, чтобы между ними обеспечивались свободная циркуляция воздуха и слив воды.

• Максимальный срок хранения во всех вышеперечисленных условиях не должен превышать 2 (двух) месяцев с даты поставки.

1. «Общая химия» учебники и учебные пособия для высших сельскохозяйственных учебных заведений. А.Г. Кульман. Издательство «Колос» 1968.
2. «Курс общей химии» учебник для студентов вузов. Коровин Н.В., Масленникова Г.Н., Гуськова Л.Г. и др. под ред. Коровина Н.В. Высш. школа 1981.
3. «Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудовани и сооружений» Справочник в 2т. Т1. Под ред. Герасименко А.А. М. Машиностроение. 1987.
4. «Основы учения о коррозии и защите металлов» Дж. Скалли. Перевод с английского проф. А.В. Шрейдера. Издательство «Мир», Москва 1978.
5. СТБ 1527-2005 «Профили металлические холодногнутые для наружной облицовки фасадов зданий и комплектующие изделия к ним».
6. СТБ 1382-2003 «Профили металлические холодногнутые для кровель и комплектующие изделия к ним».
7. ГОСТ 7566-2018 «Металлопродукция. Правила приемки, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение».

Химическая коррозия

Химическая коррозия металлов – это опасное явление, способное привести к их полному разрушению. Процесс напрямую связан со способностью материала вступать во взаимодействие со средой, представляющей повышенную химическую опасность.

Среди важных свойств протекания химической коррозии металла – параллельный процесс окисления и восстановления. Ученые не отмечают прямой связи с электрическим током, который потенциально может образовываться или воздействовать на участвующие в реакции материалы.

Если рассматривать первопричину распространения такого процесса, то мы быстро придем к выводу – она кроется в термической нестабильности металлов разных типов.

Они склонные под воздействием окислительных компонентов среды быстро переходить в устойчивое состояние и зачастую это происходит полностью непроизвольно.

Процесс окисления и восстановления при протекании химической коррозии происходит на фоне уменьшения потенциала системы. При этом нужно учитывать знаки изменения потенциала, чтобы предсказать риск произвольного запуска такого процесса и его интенсивного протекания внутри материала.

Ученые определяют основным критерием, который стимулирует самопроизвольный процесс, такой показатель, как изобарно-изотермический потенциал G.

Когда реакция начинает протекать произвольно, он значительно убывает. При этом скорость уменьшения может меняться в зависимости от типа материалов, условий коррозионной среды и ряда других ключевых параметров.

Основные виды химической коррозии

Ученые выделяют два основных типа химической коррозии. Газовая протекает при контакте поверхности металла с газами. Она усиливается по мере изменения температуры среды.

Также химическая коррозия способна активно протекать в жидкостях-электролитах, если для этого формируются необходимые внешние условия.

Рассмотрим особенности обоих описанных процессов более подробно, чтобы понять, как можно создать дополнительную защиту от них.

Газовая коррозия металлов

Научная статистика показывает, что газовая коррозия металлов протекает наиболее часто. При рассмотрении химической порчи она значительно более распространена, чем жидкостное ржавение при контакте с электролитами.

Важный фактор здесь – высокая температура. Если металл сильно нагрет и на него начинает воздействовать газ, происходит разрушение.

Так как уровень температур должен быть достаточно высок, а при обычном использовании создать условия для протекания такой химической коррозии довольно сложно, процесс часто наблюдается в металлургии.

Из-за этого страдает оборудование, используемое при штамповке, ковке, горячей прокатке и других процессах. Без дополнительной защиты длительность использования подобной техники станет значительно меньше.

Опасность представляет и контакт металла с кислородом. Формула реакции, которая запускается в таком случае, выглядит следующим образом: Ме + 1/2О2 – МеО.

Эта реакция имеет четкое окислительное направление, потому напрямую связана с показателями парциального кислородного давления. Стоит обратить внимание на то, что реакция может быть равновесной, смещенной к образованию оксида, либо протекающей в обратном направлении.

Очень важно понимать, с какой газовой смесью контактирует металл в той области, где вы его используете. Хорошее понимание парциального давления кислорода в смеси даст нам температурный интервал.

Именно в нем будет запускаться окислительный процесс, приводящий к разрушению материала или значительному ухудшению уровня его качества.

Факторы скорости протекания газовой химической коррозии

По мере исследования особенностей процесса протекания химической коррозии, ученые смогли определить важные факторы, которые влияют на ее скорость и другие особенности. К ним относятся такие, как:

• Температура среды, в которую погружен металл.
• Состав сплава и другие особенности металла.
• Особенности газовой среды, ее состав, преобладающие элементы.
• Длительность контактирования материала с коррозийной средой.
• Появляющийся продукт коррозии.

Как и в случае с другими типами коррозийных поражений, большое значение имеет тип и особенности создающейся на поверхности оксидной пленки.

Особенности формирования оксидных пленок при газовой коррозии

Весь процесс формирования оксидной пленки на поверхности металла можно разделить на две крупные стадии:

Абсорбирование молекул кислорода на поверхности металлического изделия

Это происходит на тех участках, которые находятся в непосредственном контакте с атмосферой. Заметно появление ионной связи – атом кислорода забирает у металла по два электрода.

Можно предположить, что формирование очень сильной и стабильной связи при протекании такой реакции связано с попаданием кислорода в особое поле атомов металла.

Когда поверхность материала будет полностью наполнена окислителем, окажется сформирована мономолекулярная пленка. Она имеет склонность к утолщению со временем. Это уменьшает дальнейший контакт с кислородом, но сам опасный коррозийный процесс уже оказывается запущен.

Формирование химического соединения

Это явление характерно для ситуации, в которой происходит активное взаимодействие металла и газа. Из-за воздействия окислительных компонентов сплав начинает активно терять валентные электроны. Стремительно формируются и накапливаются продукты коррозии.

Дальнейшее протекание процесса будет во многом характеризоваться особенностями оксидной пленки. Так если она отличается повышенным уровнем защиты, сам коррозийный процесс будет замедляться.

Виды оксидных пленок

Когда химическая коррозия происходит под действием температуры и газовой среды, могут сформироваться три вида пленок:

• Тонкие. Со стороны заметить их будет невозможно. Они одни из самых не прочных, могут легко стираться под действием механического давления.
• Средние. Могут быть замечены, потому что со стороны металл слегка меняет цвет.
• Толстые. Хорошо заметны невооруженным глазом.

Чтобы не допустить протекание опасных процессов разрушения материала, важно сделать пленку защитной.

Факторы формирования защитной пленки

Оксидная пленка способна оказывать выраженное защитное воздействие на материал. Но для этого требуется, чтобы она соответствовала нескольким важным требованиям:

• Сплошность. На поверхности пленка распределяется ровным слоем, без пор и участков, которые не затронуты ею.
• Хорошее сцепление с поверхностью материала. Это требуется для удержания подобного защитного барьера на месте и исключения ухудшения его свойств.
• Химическая инертность. Пленка будет защищать металл только в том случае, если она вступает в химические реакции с окружающей средой. В противном случае, есть большая опасность, что весь защитный эффект окажется сведен к нулю.

Так как материал будет использоваться на протяжении длительного времени и сложно предсказать, что станет воздействовать на него, большое значение имеет стойкость к износу и повышенный уровень твердости.

Не менее важен и тот факт, чтобы пленка не была пористой и рыхлой. Когда она плохо контактируется с поверхностью, риск протекания разрушающих процессов становится значительно выше.

При изучении различных свойств оксидных пленок, ученые особенно пристально рассматривают сплошность. Отмечается, что на нее влияет молекулярный объем. Его показатели должны быть выше атомного объема металла.

Сплошность не ставится на первое место при определении защитных свойств оксидной пленки только для небольшой группы металлов. В их числе щелочно-земельные и щелочные.

При проведении работ по защите от химической коррозии, большое внимание уделяется методу замера толщины. Анализ характеристик происходит на разных стадиях формирования. Большое значение имеют получаемые показатели скорости окисления металла и характер протекания подобного процесса.

Когда окислы оказываются сформированными, специалисты рекомендуют проверить, какую пленку они создали на поверхности, обладает ли она нужными защитными свойствами.

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах

Хотя газовая коррозия считается наиболее распространенной, порчу металла при контакте с различными жидкостями-электролитами также не стоит сбрасывать со счетов. Большую опасность представляет контакт материала с веществами, способными проводить электричество.

Их делят на две крупные группы – органические и неорганические. Электролитов, представляющих большую опасность для металла, много – от расплавленной серы и бензола до жидкого брома, спирта, керосина, нефти и других.

Большое значение при протекании химической реакции играет чистота электролита. Когда он полностью чист, взаимодействия не наблюдается. Но стоит только попасть в состав небольшому количеству примесей, реакция начинает развиваться особенно стремительно.

Еще один дополнительный фактор риска – присутствие влаги. Тогда к опасности химической коррозии также прибавляется и угроза электрохимической.

Стадии протекания коррозии в жидкостях-неэлектролитах

Если рассматривать весь процесс более подробно и анализировать, что влияет на скорость химической коррозии, можно выделить несколько стадий ее протекания:

• Контакт окислителя с поверхностью материала.
• Запуск процесса хемосорбции реагента на поверхности.
• Протекание реакции металла и окислителя, формирование оксидной пленки.

Условия среды, состав сплава и самого электролита могут повлиять на протекание нескольких основных процессов. К ним относятся такие, как десорбция оксидов с металлом и диффузия оксидов в неэлектролит. Но оба процесса также могут и не наблюдаться.

Чтобы не допустить запуска коррозии в жидкостях-электролитах, стоит позаботиться о нанесении на поверхность специальных защитных составов. Важно, чтобы на протяжении всего времени использования изделия они полностью сохраняли свою целостность.

Факторы протекания химической коррозии

Большое значение при рассмотрении процесса химической коррозии металлов имеет определение факторов, оказывающих на нее влияние. К ним относятся такие, как:

Температура

Все окислительные процессы протекают быстрее, если температура сильно увеличивается.

Температурный режим

В особой группе риска оказываются металлические изделия, которые на протяжении определенного времени начинают охлаждаться и нагреваться попеременно. В таком случае сильно страдает защитная пленка. Она начинает трескаться, в местах, где это происходит, металл контактирует со средой, запускается повторное окисление. Новая пленка также формируется на фоне постепенного отслоения старой.

Состав среды

Это относится как к газам, так и к электролитам в жидком виде. Как уже было отмечено выше, даже небольшие загрязнения жидкости могут привести к тому, что скорость коррозийного повреждения станет значительно выше.

Состав сплава

В сплав металла добавляют различные компоненты, которые могут, как затормозить, так и ускорить окисление. К примеру, сильными замедлителями признаны такие добавки, как титан, медь и кобальт. Хорошо влияют на уменьшение скорости протекания процесса хром и алюминий.

Тип обработки поверхности

Ученые во время исследований показали, что гладкая поверхность отличается заметно более высокой устойчивостью к окислению, процесс протекает медленнее. Если же на поверхности металла много бугров, есть выраженные дефекты, стоит готовиться к более быстрому протеканию.

Структура материала

Уравнение химической коррозии показывает, что значительное замедление коррозийного процесса характерно для металлов с аустенитной структурой.

Подведем итоги

В этой статье мы рассмотрели виды химической коррозии и то, чем она отличается от электрохимической. При условии соблюдения ряда требований, удается заметно уменьшить риск разрушения металла. К ним относятся такие, как:

• Контроль формирования защитной оксидной пленки.
• Исключение контакта определенных материалов с агрессивными средами.
• Использование дополнительных защитных покрытий.
• Отслеживание состава газовой смеси или электролита.
• Применение металлов с компонентами сплава, замедляющими реакцию.

Соблюдение перечисленных требований позволит значительно увеличить длительность использования вашего металлического изделия.

Виды коррозии металлов. Классификация процессов. Механизмы коррозии.

Жизнь современного человека нельзя представить без металлов. Они окружают нас везде — это и бытовая техника в наших домах, и транспортные средства, на которых мы добираемся до дома или работы, и смартфоны, без которых многие из нас не представляют жизнь. Почти всё, что нас окружает состоит из металлов, но, к сожалению, как и всё в этом мире, они не вечны и под действием внешней среды разрушаются — корродируют.

Почему коррозия «выгодна» для металлов? Дело в том, что большинство из них существуют в природе в химически связанном состоянии, например, в виде оксидов (корунд) или сульфидов (пирит). В чистом виде почти все металлы неустойчивы и чтобы выделить их из соединений приходится затрачивать немалую энергию. Обратный же процесс, когда металлы переходят в связанное состояние, всегда термодинамически более выгоден. Поэтому он происходит самопроизвольно, а металлы при любой возможности стремятся вступить в реакцию со своим окружением и перейти в более устойчивую форму. Иллюстрация этого представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема восстановления металла из руд с последующей коррозией (окислением). Э – условный уровень энергии.

Коррозия приводит к огромным экономическим затратам, а её следствием становятся глобальные экологические катастрофы. Потеря металлофонда от коррозии составляет порядка 12% в год.

Помимо прямых потерь существуют и косвенные потери, вызываемые коррозией:

• из-за простоя оборудования вызванных авариями;
• из-за снижения мощностей оборудования;
• из-за снижения качества продукции;
• на ликвидацию последствий аварии;
• на ремонт оборудования;
• на дальнейшую защиту от коррозии.

2. Классификация коррозионных процессов по определяющему механизму.

2.1 Химическая коррозия металлов.

Химическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой. Такая коррозия не сопровождается протеканием электрического тока и обычно идет при отсутствии влаги.

Химическая коррозия подчиняется законам кинетики гетерогенных реакций. Пример — окисление магния на воздухе:

Термодинамическую устойчивость металла можно оценить по изменению свободной энергии Гиббса в коррозионной реакции. Коррозия возможна, если энергия Гиббса меньше нуля ∆G

Например, для окисления железа на воздухе по реакции:

изменение энергии Гиббса имеет вид:

∆Gх0 – изменение энергии Гиббса отдельных компонентов, кДж/моль;

υ – стехиометрический коэффициент реакции.

∆G0 = 1*(-244,3) +1*(-740,3) – 3*0 – 2*0 = -984,6 кДж/моль.

∆G0 = -984,6 кДж/моль, из чего можно сделать вывод, что реакция окисления железа протекает самопроизвольно.

Примеры изменения ∆G для некоторых других металлов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение энергии Гиббса при ионизации металлов.

В зависимости от условий эксплуатации устойчивость металлов может существенно меняться. Для большинства из них с ростом температуры термодинамическая вероятность окисления снижается.

2.2 Электрохимическая коррозия металлов.

Электрохимическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (электролитом), сопровождающийся окислением металла и восстановлением акцептора из коррозионной среды.

Электрохимическая коррозия подчиняется законам электрохимической кинетики. Она представляет собой переход металла из свободного состояния в связанное с потерей электронов. Скорость такой коррозии зависит от электродного потенциала самого металла.

Современная теория, объясняющая электрохимическую коррозию, была предложена советским учёным, доктором химических наук Яковом Михайловичем Колотыркиным.

В основе этой теории лежит предположение, что вся поверхность металла равнодоступна и для катодной для анодной составляющей процесса коррозии.

Электрохимическая коррозия включает в себя 4 основных стадии (рисунок 2):

1. Растворение металла Me (ионизация) и высвобождение электронов (е);
2. Перенос электронов по металлу (количество их в элементарной стадии — z);
3. Восстановление деполяризатора D (присоединение е);
4. Перенос ионов по раствору электролита.

Рисунок 2 – Схема работы коррозионного элемента.

Электрохимическая коррозия представляет собой совокупность двух протекающих реакций:

Термодинамическая возможность протекания электрохимической коррозии определяется равновесным потенциалом, если он больше 0, то коррозия возможна.

∆Ep = Еox — Еred = ЕD — EМе> 0

Из формулы можно сделать вывод, что реакция возможно тогда и только тогда, когда потенциал деполяризатора больше потенциала металла ЕD > EМе.

Деполяризаторы в водных растворах:

• в кислых средах:

• в нейтральных и щелочных:

Если в качестве деполяризатора выступает гидроксил ион или вода, то принято говорить, что коррозия идёт с водородной деполяризацией, если деполяризатором выступает кислород – кислородная деполяризация. Очень часто бывают случаи смешанной деполяризации, при ней одновременно восстанавливаются и водород, и кислород.

2.3 Биологическая коррозия металлов.

Биокоррозия – это разрушение металла, вызванное непосредственно или косвенно жизнедеятельностью бактерий, плесени и грибов.

Данному типу коррозии подвержены абсолютно все материалы и изделия известные человеку. Это обусловлено образованием окислительных ферментов, вызывающих разрушение различных субстратов с образованием органических кислот. Данные кислоты также оказывают разрушающее действие на материалы.

Например, вырабатываемые грибками органические кислоты вызывают питтинговую коррозию углеродистой стали в трюмах или алюминиевых топливных баков.

2.4 Кавитационная коррозия металлов.

Кавитационная коррозия – это разрушение, возникшее вследствие удара под воздействием текучей среды (потока жидкости или газа). Проявляется при схлопывании на поверхности металла пузырьков газа, сопровождающееся гидравлическим ударом.

2.5 Эрозия.

Эрозия – износ и выбивание частиц металла с поверхности под влиянием твёрдых частиц, находящихся в потоке жидкости. Эрозия металла ускоряется коррозионным действием среды. Иными словами, потеря материала происходит не только вследствие механического действия потока, но и в результате некоторого электрохимического процесса. Иллюстрация процесса эрозии приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Пример эрозионной коррозии.

3. Классификация коррозионных процессов по условиям протекания коррозии.

• Газовая коррозия протекает в газовой фазе с минимальным количеством влаги. Данная коррозия возникает при контакте металлов с агрессивными газами (галогены, кислород, оксид серы).
• Атмосферная коррозия протекает в атмосфере воздуха или другого влажного газа.
• Жидкостная коррозия – это коррозия, протекающая в различные рода жидкостях.
• Подземная коррозия – это коррозия металла, возникающая в следствии неоднородностей почвы, грунта.
• Коррозия в условиях криптоклимота происходит в условиях замкнутого пространства.
• Радиационная коррозия вызвана действием радиационного излучения.
• Морская коррозия возникает из-за депассивирующего свойства ионов хлора.
• Структурная коррозия связанна со структурной неоднородностью металлов.
• Коррозия, возникающая под действием блуждающих токов.

4. Классификация коррозионных процессов по характеру коррозионного разрушения.

4.1 Контактная коррозия.

Контактная коррозия образуется при контакте разных металлов в присутствии электролита или влажного воздуха. В образовавшейся гальванопаре, металл с более электроотрицательным потенциалом становится анодом и разрушается в первую очередь, тогда как более электроположительный металл – катодом.

В качестве примера можно рассмотреть железо (рисунок 4). Цинк, алюминий и кадмий (последний — в солевой среде) являются анодами для стали, а значит именно они будут окисляться в первую очередь, тогда как олово, хром, медь, свинец, никель – катодами, а значит железо будет подвержено глубокой локальной коррозии, пример изображён на рисунке.

Рисунок 4 – Примеры контактной коррозии на стали.

4.2 Щелевая коррозия.

Щелевая коррозия – это коррозия, возникающая в случаи, если часть металла изолирована от основного участка неметаллическим материалом (резиной, деревом, пластиком и т.д.). Пример такой коррозии можно наблюдать в трубах в месте соприкосновения с сальником (рисунок 5). Образование полости под сальником вызывает протечки в трубах. При наличии таких неровностей коррозионная жидкость застаивается в щели, где и происходит бурная коррозия металла.

Причиной щелевой коррозии является пониженная концентрация окислителей в зазорах по сравнению с объёмом раствора и замедленный отвод продуктов коррозии. В результате их накопления меняется pH раствора в щели, что так же ускоряет коррозию.

Металл в щели и металл открытой поверхности образуют макропару:

Me — 2е = Me 2+ (внутри щели)
0,5О₂ + H₂O + 2е = 2ОН — (на поверхности металла)

Поскольку площадь открытой поверхности гораздо больше, чем внутри щели, плотность тока коррозии внутри щели оказывается чрезвычайно высокой.

Рисунок 5 – Кислородная концентрационная ячейка под сальником.

По мере протекания коррозии внутри щели накапливается избыточный положительный заряд. Ионы ОН — устремляются в щель, чтобы нейтрализовать этот заряд. В результате, на внутренней поверхности щели осаждается гидроксид металла, что ещё больше сокращает эффективную площадь анода.

4.3 Питтинговая коррозия.

Питтингом называют глубокие поражения (точечные язвы) на поверхности металла (рисунок 6). Питтинговая коррозия, вследствие своей локализованности и малой заметности, является одним из наиболее опасных видов коррозионного разрушения. Не следует путать питтиговую коррозию с питтингом на никелевых покрытиях.

Так как пассирующий слой на поверхности металла не является гомогенной системой, то коррозия возникает из-за наличия анодных и катодных участков на поверхности. В возникшей гальванопаре анодом является питтинг, а катодом – остальная часть поверхности. На аноде происходит высвобождение электронов, которые восстанавливают кислород на катодной пассивированной части поверхности.

Рисунок 6 – Виды питтингов: а – открытый с защитным слоем на окружающей поверхности; б – закрытый, без окружающего защитного слоя; в – закрытый, с окружающим защитным слоем. 1 – металл; 2 – раствор; 3 – защитный слой; 4 – пористые продукты коррозии; 5 – крышка над питтингом; 6 – отверстия в крышке.

Развитию питтинга способствуют различного рода дефекты на поверхности пассивной плёнки, например, царапины, сколы, поры, посторонние включения. Также для возникновения питтинга необходимо, чтобы в растворе одновременно находились активаторы питтинговой коррозии (Cl — , Br — , J — , CN — ) и пассиваторы металла (OH — , SO₄ 2- , NO₃ — ,ClO₄ — ).

4.4 Межкристаллитная коррозия.

Межкристаллическая коррозия возникает из-за разницы потенциалов на границе зерна и в его матрице (рисунок 7).

На воздухе на границе зерна образуется карбидная фаза, что сдвигает потенциал в область более электроотрицательных значений. Таким образом граница зерна является анодом по отношению к их матрице.

Наиболее опасен данный тип коррозии для сплавов, так как в месте скопления более электроотрицательного металла будет образовываться анод, а основного – катод. Например, для нержавеющих сталей, содержащих хром, вблизи границ зёрен содержание хрома оказывается ниже, чем на остальной поверхности, что делает их менее пассивированными. Вследствие этого такие места становятся анодами по отношению к матрице зерна.

Рисунок 7 – Межкристаллическая коррозия нержавеющей стали: 1 – катод; 2 – анод; 3 – карбидная фаза; 4 – зона, обеднённая хромом; 5 – граница зёрен.

4.5 Фреттинг-коррозия.

Фретинг-коррозия происходит между двумя поверхностями, находящимися в непрерывном контакте друг с другом и совершающими малые колебания. Поверхности никогда не отрываются друг от друга, поэтому в точках механического контакта происходит накопление осколков продуктов коррозии.

Данная коррозия возникает при незначительных колебаниях, циклических или возвратно-поступательных движений с малыми амплитудами и скоростями.

Этой коррозии подвергаются болты, заклёпки, шарниры, муфты, клапаны, детали двигателей и пр.

4.6 Коррозионное растрескивание под напряжением.

Коррозионное растрескивание под напряжением возникает, когда металлическое изделие подвержено растяжению в коррозионной среде. Тогда даже при напряжениях ниже напряжения разрушения происходит растрескивание, в конце концов, приводящее к разрушению конструкции или изделия.

На растянутых участках металла идёт коррозия, поскольку они оказываются анодами по отношению к нерастянутой части. Это явление наблюдается на любых металлах и сплавах, а также в любых средах.

4.7 Коррозионная усталость.

Коррозионная усталость возникает вследствие одновременного воздействия агрессивной среды и механической нагрузки.

Коррозионная усталость часто бывает причиной «неожиданного» разрушения металлических деталей, так, если деталь, находящаяся в коррозионном окружении, подвержена непрерывным вибрациям, её разрушение происходит при напряжении гораздо ниже предела выносливости.

5. Коррозия отдельных металлов.

Скорости годовой коррозии некоторых металлов и сплавов в различных средах приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Скорости коррозии мм/год конструкционных металлов в различных средах.

5.1 Коррозия железа и сталей.

Самыми распространёнными конструкционными металлами были и остаются сплавы на основе железа — стали (С < 2,14% от общей массы) и чугуны (C >2,14% от общей массы). Железо наиболее подверженный атмосферной коррозии металл по причине выделения водорода и кислородной деполяризации. Для стали наиболее опасна питтинговая коррозия.

Коррозия железа начинает протекать при относительной влажности более 75%. Если необходимый для деполяризации кислород отсутствует, то в качестве акцептора электронов могут выступать ионы железа (III), восстанавливаясь до железа (II), которые затем взаимодействуют с кислородом и окисляются снова до железа (III).

Таким образом ионы железа (III) выступают в роли переносчика кислорода, ускоряя коррозию.

Реакция коррозии железа в атмосферном воздухе приведена в начале статьи.

Образование оксидной защитной плёнки на поверхности железа возможно только в присутствии сильного окислителя, например, азотная кислота. В обычных же условиях окисная пленка на железе рыхлая и пористая, т.е. не способна защитить его от коррозии.

Для защиты от коррозии сталь легируют добавлением некоторых компонентов. Их влияние можно обобщить следующим образом:

• Медь до 0,2% повышает коррозионную стойкость в атмосферных условиях.
• Фосфор до 0,1% в комбинации с медью также повышает коррозионную стойкость, но никак не защищает от питтинга.
• Хром и никель снижают скорость коррозии благодаря тому, что образуют на поверхности стали защитную плёнку. Хром в количестве 13% существенно замедляет скорость коррозии. При легировании хромом более 30% сталь становится также устойчива и к питтинговой коррозии.
• Кремний повышает стойкость против питтинговой коррозии, но увеличивает вероятность межкристаллической коррозии.

При использовании материалов на основе железа в прибрежной атмосфере следует применять катодную защиту. В промышленности, поверхность сталей следует защищать от коррозии защитными покрытиями, а также применять подходящие ингибиторы коррозии. Чаще всего в качестве защитного покрытия применяют цинк и его сплавы, кадмий, порошково-полимерные и цинкнапоолненные краски.

5.2 Коррозия алюминия и его сплавов.

Вторым по популярности конструкционным материалом являются сплавы на основе алюминия. Потенциал алюминия -1,66 В, что свидетельствует об его высокой активности и реакционноспособности. Несмотря на это, алюминий имеет большую склонность к пассивации и обладает высокой стойкостью к атмосферной коррозии. В пассивном состоянии поверхность алюминия покрыта тонкой плёнкой оксидов (байерит). Однако данная плёнка устойчива только в нейтральных средах (4,5 < pH < 8,5). В концентрированных кислотах неокислительного характера или в щелочах алюминиевые изделия подвергаются сильной коррозии.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

Реакция взаимодействия алюминия с водой:

Чистый алюминий проявляет высокую коррозионную стойкость и пластичность, но обладает низкой механической прочностью. Для повышения прочности и способности к тепловой обработке добавляют легирующие компоненты.

Добавление легирующих компонентов, потенциал которых более электроположительный чем потенциал алюминия, приводит к образованию катодных и анодных зон. Например, при добавлении в сплав меди образуется интерметаллидная фаза CuAl₃. Являясь катодом по отношению к основному металлу, CuAl₃ осаждается на границе зерна, из-за чего области вблизи этих границ оказываются обеднёнными медью и будут являться анодами по отношению к самим границам зёрен, вызывая межкристаллитную коррозию.

Частным случаем коррозии алюминия с участием интерметаллидов являются так называемые «черные точки». Коррозия такого типа идет в три этапа:

• появление черных точек на поверхности алюминия в зонах локальной концентрации интерметаллидов;
• чёткое проявление границ интерметаллидов;
• растворение интерметаллидов и образование несплошностей в виде глубоких питтингов и язв.

На крупногабаритных деталях этот эффект проявляется особенно сильно. Часто точки могут возникать при травлении и анодировании алюминия. Сразу после травления точки могут быть не видны, т.к. они скрыты под слоем травильного шлама. Но если деталь промыть и дать высохнуть на воздухе, то со временем шлам желтеет и черные точки становятся легко различимы невооруженным глазом (рисунок 8).

Рисунок 8 — Пример черных точек на травленом алюминии Д16.

Стандартные электродные потенциалы различных сплавов алюминия и некоторых интерметаллидов приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Стандартные электродные потенциалы сплавов алюминия и интерметаллидов.

Сплав или интерметаллид

Стационарный потенциал, мВ

* За стационарные потенциалы принимали потенциал, установившийся через 24 часа в 3%-м рас-творе хлорида натрия по хлорид-серебрянному электроду.

Добавление более электроотрицательных компонентов, таких как магний, увеличивает пассивацию алюминия, благодаря чему коррозионная стойкость возрастает.

Наиболее популярными покрытиями для защиты алюминия и его сплавов от коррозии являются анодирование, химическое никелирование и многослойные покрытия на основе меди, никеля, серебра и олова.

5.3 Коррозия меди и её сплавов.

Чистая металлическая медь имеет потенциал 0,337 В, благодаря чему в обычной атмосфере обладает неплохой коррозионной стойкостью. Она не разрушается под действием неокисляющих кислот или в присутствии депассиватора. Разрушение меди начинается в присутствии окисляющих кислот (азотная кислота и пр.), органических кислот, а также комплексообразователей.

Несмотря на то, что медь практически не взаимодействует с кислородом, при контакте с влажным воздухом медь начинает разрушаться. Образовавшиеся продукты коррозии нерастворимы и предотвращают дальнейшую коррозию металла.

Из-за высокой теплопроводности и неплохой коррозионной стойкости в воде медь популярна в конструкциях теплообменников или трубопроводов. Однако медь подвержена кавитационной и эрозийной коррозии. Чтобы предотвратить данную коррозию медь легируют.

В большинстве случаев легирующие элементы придают меди не только более высокую коррозионную стойкость, но и улучшают её механические свойства. Наиболее распространёнными легирующими элементами являются цинк, никель, олово, алюминий и кремний.

Сплавы меди с цинком, при содержании последнего в диапазоне от 15% до 50%, называются латунями. Латунь обладает высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и стойкостью к действию сульфидов. Цинк, будучи более реакционноспособным металлом по сравнению с медью, легко подвергается селективному выщелачиванию. В этом случае на поверхности латуни можно наблюдать отложения меди характерного красного цвета.

Среди прочих сплавов меди особое значение имеет сплав с оловом. Добавка олова значительно повышает предел усталости и в то же самое время позволяет сохранить коррозионную стойкость.

5.4 Коррозия других металлов.

Титан является катодным металлом по отношению большинству прочих металлов и сплавов. На нём легко образуется оксидная плёнка, устойчивая к действию большинства кислот, в том числе соляной. Благодаря сочетанию своих свойств: высокой прочности, низкому удельному весу, высокой коррозионной стойкости, стойкости к высокотемпературному окислению и высокой точке плавления, титан получил применение в самолётостроении.

Никель обладает рядом физических и механических свойств сравнимых с малоуглеродистой сталью. В то же самое время никель обладает более высокой коррозионной стойкостью. В качестве легирующего элемента никель повышает коррозионную стойкость таких металлов, как железо и медь. Чистый никель почти не подвержен контактной коррозии, поскольку благодаря образованию защитной оксидной плёнки является катодом по отношению к большинству металлов. Оксидная плёнка никеля устойчива к действию щелочей.

Кобальт во многих отношениях схож с никелем. В сочетании с хромом кобальт образует сплавы, обладающие превосходной стойкостью к высокотемпературному окислению. Подобно никелю кобальт может быть легко запассивирован, особенно при добавлении в него хрома.

Свинец демонстрирует высокую коррозионную стойкость к серной кислоте. Свинцом покрывают ёмкости и трубы, находящиеся в контакте с этой кислотой. Добавление 3-6% сурьмы повышает механическую прочность свинца. Однако слишком большая доля сурьмы нежелательна, поскольку она ухудшает коррозионные свойства свинца, сурьма легко подвергается действию серной кислоты.

Цинк и его сплавы нельзя применять в коррозионных атмосферах. Этот металл является слишком анодным и не образует практически никакой защитной плёнки.

Почти все благородные металлы демонстрируют высокую коррозионную стойкость в любых кислых и щелочных средах. Серебро и его сплавы растворяются в окисляющих кислотах, но являются устойчивыми по отношению к восстанавливающим. Золото и платина устойчивы к действию даже окисляющих кислот. Они растворимы в так называемой царской водке.

Виды коррозии

Для выбора правильного материала следует начать с источника проблемы.

Сплошная (общая) коррозия

Сплошную, или общую коррозию определить легче всего. Посмотрите, как это можно сделать.

Местная точечная коррозия

Узнайте, как образуется точечная коррозия на поверхности материалов.

Местная щелевая коррозия

Посмотрите, как коррозия может происходить в трещинах компонентов жидкостных и газовых систем.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Узнайте подробнее, как коррозионное растрескивание под напряжением может привести к разрушению материала.

Коррозия под воздействием высоксернистой среды, или сульфидная коррозия под напряжением

Среды, насыщенные высокосернистым газом, могут быть причиной сульфидной коррозии под напряжением. Посмотрите, как это происходит.

Водородное охрупчивание

Водород может проникать в металлы, делая их хрупкими. В этом случае может помочь подбор стойких к такому воздействию материалов.

Межкристаллитная коррозия

Узнайте подробнее о влиянии межкристаллитной коррозии на материалы.

Контактная коррозия

Чтобы избежать контактной коррозии, нужно знать причины ее образования.

Сплошная (общая) коррозия

Наиболее известный вид коррозии является также самым простым для обнаружения и предупреждения. Случаи, когда общая коррозия приводит к катастрофическим последствиям, хоть и редко, но встречаются. По этой причине общую коррозию часто считают косметической, а не серьезной проблемой. Общая коррозия распространяется по поверхности металла относительно равномерно. При расчете номинальных параметров давления необходимо учитывать постепенное уменьшение толщины стенок компонента.

Причины образования

В морской или иной коррозионной среде поверхность углеродистой или низколегированной стали начинает разрушаться, в результате чего возникает тонкая пленка оксида железа, которая со временем утолщается и затем откалывается, после чего образуется новая пленка.

Способы измерения

• Скорость потери материала из расчета на один год. Например, толщина незащищенной углеродистой стали в морской среде может уменьшаться на 1 мм каждый год.
• Потеря массы сплава при контакте с коррозионными средами обычно измеряется в миллиграммах на квадратный сантиметр подверженного воздействию материала в день.

Возможные решения:

Местная точечная коррозия в хлоридсодержащих средах

Точечная коррозия состоит в образовании небольших поражений, или точек, на поверхности материала. Обнаружить очаги коррозии можно при тщательном визуальном осмотре, однако они могут распространяться вглубь вплоть до образования сквозного отверстия в стенке трубы. Точечная коррозия чаще наблюдается в средах с высоким содержанием хлоридов при повышенных температурах.

Причины образования

При разрушении защитного слоя оксида (или пассивного оксидного слоя) на поверхности металлу свойственно терять электроны. Это приводит к следующему: железо в металле переходит в раствор с обладающим более анодными свойствами дном точки, а также окислению с образованием оксида железа или ржавчины. Концентрация раствора хлорида железа в точке может усиливаться по мере углубления выемки. Эти изменения ведут к ускоренному углублению точки, перфорации стенок трубок и возникновению утечек.

Возможные решения:

Местная щелевая коррозия в хлоридсодержащих средах

В жидкостной или газовой системе щели имеются между опорами или хомутами и трубками, между соседними трубопроводами, а также под слоем грязи и отложений, которые могут скапливаться на поверхностях. Избежать образования щелей в трубопроводных конструкциях практически невозможно, и узкие щели представляют собой наибольшую опасность с точки зрения образования коррозии.

Причины образования

Подобно точечной коррозии щелевая коррозия образуется при нарушении пассивированного оксидного слоя, защищающего металл. В результате такого нарушения образуются небольшие точечные очаги. Точечные очаги коррозии разрастаются и углубляются, пока не распространятся по всей щели.

В некоторых местах в стенках трубок могут возникнуть сквозные отверстия. Щелевая коррозия происходит при значительно более низких температурах, чем точечная коррозия.

Возможные решения:

Материал имеет значение

При проникновении морской воды в трещину некоторая часть ионов железа (Fe++) растворяется и не может быстро покинуть трещину. В соленой воде имеющие отрицательный заряд ионы хлора (Cl-) притягиваются к этим положительно заряженным ионам железа Fe++ и также проникают в трещину. По мере увеличения концентрации хлорида раствор в трещине становится все более коррозионно-активным, что ведет к растворению еще большего количества железа, в результате чего в трещину под воздействием молекулярного притяжения проникает еще больше ионов хлора. В итоге раствор в трещине становится более концентрированным, с высоким содержанием хлорида, который является сильной коррозионной средой.

Коррозионное растрескивание под напряжением в хлоридсодержащих средах

Опасность коррозионного растрескивания под напряжением в том, что оно может стать причиной разрушения компонента при уровне напряжения ниже предела текучести сплава. В присутствии ионов хлора аустенитные нержавеющие стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Ионы вступают во взаимодействие с материалом в верхней части трещины, где растягивающие напряжения имеют наивысшее значение, что создает благоприятные условия для роста трещины. Это явление бывает трудно обнаружить, а окончательное разрушение может произойти внезапно.

Причины образования

Чтобы произошло коррозионное растрескивание под напряжением, требуется одновременное соблюдение трех условий.

• Металл должен быть уязвим для коррозионного растрескивания под напряжением.
• Должны присутствовать внешние факторы (поток жидкости / газа или температура), способствующие коррозионному растрескиванию под напряжением.
• Растягивающее напряжение (приложенное + остаточное) должно превышать критический уровень.

Возможные решения:

Коррозия под воздействием высокосернистой среды, или сероводородное растрескивание, при высоком парциальном давлении сероводорода (HS)

Коррозия под воздействием высокосернистой среды, известная также как сульфидное растрескивание (Sulfide Cracking, SSC), представляет собой разрушение металлов под воздействием сероводорода (H₂S) и влаги. Сероводород (H₂S) усиливает свои коррозионные свойства в присутствии воды. В таких условиях может происходить охрупчивание материала, ведущее к растрескиванию в результате совместного действия растягивающего напряжения и коррозии.

Причины образования

Вероятность сероводородного растрескивания возрастает при усугублении следующих условий.

• Металл должен быть уязвим для сульфидного растрескивания под напряжением
• В среде должно быть достаточно сероводорода (высокое содержание H₂S)
• Растягивающее напряжение (приложенное + остаточное) должно превышать критический уровень

Повышенный риск сульфидного растрескивания под напряжением имеется в случаях, когда имеют место более высокие значения нижеперечисленных факторов в сравнении с материалами, более устойчивыми к возникновению данного вида коррозии:

• твердость материала / предел прочности на разрыв;
• концентрация ионов водорода (пониженное значение pH);
• парциальное давление H₂S;
• полное растягивающее напряжение (приложенное + остаточное);
• время воздействия;

Вероятность сероводородного растрескивания возрастает при пониженных температурах, когда пластичность материалов уменьшается.

Возможные решения:

Материал имеет значение

В стандарте NACE MR0175 / ISO 15156 описаны материалы, подходящие для использования в насыщенных высокосернистым газом средах при добыче нефти и газа. Для получения дополнительной помощи в выборе компонентов для месторождений с высоким содержанием сероводорода ознакомьтесь с документом «Выбор компонентов жидкостных и газовых систем для использования на месторождениях с высоким содержанием сероводорода».

Водородное охрупчивание

Атомы водорода проникают в структуру металлов, делая их хрупкими. Все подверженные водородному охрупчиванию материалы также крайне уязвимы для коррозионного растрескивания под напряжением.

Причины образования

Растрескивание под воздействием водорода может происходить, когда металл подвергается статическому или циклическому растягивающему напряжению. Водород может вызвать изменения механических свойств и поведения металла, в том числе:

• снижение пластичности (относительное удлинение и уменьшение площади);
• снижение ударной прочности и вязкости;
• усиление усталостных харатеристик.

Предотвратить водородное охрупчивание можно путем подбора стойких к воздействию водорода материалов, таких как аустенитные сплавы с содержанием никеля от 10 до 30 %.

Возможные решения:

Межкристаллитная коррозия

Чтобы понять природу межкристаллитной коррозии (IGC), следует знать, что все материалы состоят из отдельных зерен. Внутри каждого зерна атомы расположены в определенном порядке, образуя трехмерную кристаллическую решетку. Межкристаллитная коррозия поражает материал по границам кристаллов (т. е. там, где зерна, из которых состоит металл, соединяются друг с другом).

Причины образования

При сварке, тепловой обработке или воздействии высоких температур на границах кристаллов могут начать образовываться карбиды. Со временем такие карбидные образования могут увеличиться. Эти карбидные образования нарушают равномерность распределения элементов внутри структуры металла, отнимая у материала, соприкасающегося с границами зерна, важные химические элементы, например хром. При воздействии на лишенные хрома участки коррозионно активных сред (таких как кислоты) между кристаллами могут образовываться трещины. Эти трещины могут распространяться через всю массу материала и оставаться при этом незамеченными, что делает межкристаллитную коррозию опасной формой коррозионного разрушения материала.

Возможные решения:

Контактная коррозия при наличии электролита

Контактная коррозия возникает, когда между материалами с разными электродными потенциалами возникает контакт через слой электролита.

Пассивированный слой на нержавеющей стали состоит из тончайшей пленки оксида с высоким содержанием хрома, которая формируется под воздействием атмосферного воздуха и защищает материал от коррозии. Пассивированный слой делает материал более коррозионноустойчивым. Совместимость металлов можно определить по анодному коэффициенту (Anodic Index), который указывает на разницу потенциалов металлов, измеренную в морской воде относительно стандартного электрода.

Причины образования

Когда разница потенциалов между двумя разными металлами в присутствии электролита имеет слишком большое значение, начинается разрушение пассивированного слоя.

Возможные решения:

Для предотвращения электрохимической коррозии следует выбирать материалы с разницей потенциалов не более 0,2 В. Например, при использовании фитинга из нержавеющей стали марки 316 (-0,05 В) в сочетании с трубкой из сплава 6Mo (0,00 В) между этими сплавами возникает напряжение величиной 0,05 В. Это напряжение намного меньше 0,2 В, что означает низкий риск контактной коррозии.

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

1 (супердуплексная Изображение взято из журнала Science Direct, том 1, номер 3, S.M.R. Ziaei, A.H. Kokabi, M. Nasr-Esehani, Sulfide Stress Corrosion Cracking and Hydrogen Induced Cracking of A216-WCC Wellhead Flow Control Valve Body case study, Pages 223-224, July 2013 перепечатаны с разрешения из Elsevier.

2 Изображение водородного охрупчивания предоставлено Салимом Брахими (Salim Brahimi), IBECA Technologies Corp.

• Центры продаж и обслуживания
• Обратная связь
• Требования безопасности
• Юридическая информация
• Конфиденциальность
• Cookie Settings
• Запрет на продажу и передачу персональной информации
• Карта сайта

© 2024 Swagelok Company. Все права защищены.