Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


12.1. Общие сведения о коррозии металлов

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, которые способны сопротивляться коррозионному воздействию среды. Процессы коррозии в таких металлах развиваются с малой скоростью.

Многие металлы и сплавы под воздействием внешней среды постепенно переходят в окислённое состояние и разрушаются. Разрушение начинается с поверхности и с течением времени распространяется в глубь металлического изделия. В качестве примера можно назвать ржавление стальных изделий на воздухе, разъедание подводных частей судов, разрушение трубопроводов при длительном воздействии на них жидкостей, порча химической аппаратуры от действия различных растворов и т.д.

Почти все металлы (кроме золота, платины и серебра) под действием влаги, воздуха, газов, растворов различных кислот и щелочей подвергаются коррозионному воздействию и разрушаются. По виду коррозионного воздействия различают два основных вида коррозии – электрохимическую и химическую.

Электрохимической коррозией называют процесс самопроизвольного воздействия металла с коррозионной средой, в ходе которого последовательно протекает окисление металла и восстановление окислительного компонента. Она развивается во влажной атмосфере и почве, в морской и речной воде, водных растворах солей, щелочей и кислот. При электрохимической коррозии устанавливается коррозионный ток и происходит растворение металла вследствие электрохимического взаимодействия с электролитом. Электролитами при этом могут быть любые жидкости, проводящие электрический ток.

По процессу электрохимической коррозии корродирует большинство металлических изделий. Примерами могут быть ржавление металлических конструкций в атмосфере, корпусов судов в речной и морской воде, коррозия оборудования химических предприятий, стальной арматуры гидросооружений и т.п.

При соприкосновении металла с электролитом положительно заряженные ионы с поверхности металла переходят в электролит. При этом электролит становится положительно заряженным, а металл – отрицательно. Между металлом и электролитом возникает электродвижущая сила. Вследствие постоянного перехода ионов с поверхности металла будет наблюдаться его постоянное растворение в электролит, т.е. его коррозия. С повышением температуры скорость коррозионных процессов значительно возрастает.

Количество электролита при коррозии может быть весьма незначительным. Например, для начала процесса коррозии достаточно небольшой конденсации влаги из воздуха на поверхности металла. Поэтому электрохимическая коррозия наблюдается и в закрытых помещениях.

В зависимости от условий, в которых протекают коррозионные процессы, электрохимическую коррозию называют атмосферной, морской, почвенной, кислотной, щелочной. По характеру разрушения различают равномерную и местную коррозию. Кроме этого, для различных видов коррозионного разрушения используют следующие понятия.

Кавитационая коррозия – это коррозионное разрушение металла в результате электрохимического и ударного воздействия электролита при его движении с большой скоростью.

Точечная коррозия – это местный вид коррозионного разрушения в электрохимически неоднородной коррозионной среде. Это наиболее опасный вид коррозии, так как распространяется на значительную глубину и быстро приводит изделие в негодность. Чаще всего этот вид коррозии наблюдается в местах механических повреждений поверхности изделия (риски, царапины, задиры). Она особенно опасна для герметичных конструкций (трубопроводы, ёмкости, аппараты химической промышленности и т.п.), так как контроль таких конструкций затруднён.

Межкристаллитная коррозия представляет собой хрупкое коррозионное разрушение по границам кристаллов, возникающее в результате структурных превращений в процессе эксплуатации. Процесс разрушения начинается с поверхности изделия и распространяется в глубь его, в основном по границам зёрен. Этот вид коррозии имеет место также при термической обработке стали или при обработке давлением при неправильно выбранных режимах нагрева. Такая коррозия мало заметна при осмотре, поэтому представляет определённую опасность.

Коррозионная усталость – это разрушение металла при одновременном воздействии циклических нагрузок и агрессивной среды. Установлено, что коррозионная усталость металлов и сплавов более значительна, чем при раздельном влиянии циклических нагрузок и коррозионной среды. Вследствие этого выносливость металлов в коррозионной среде существенно уменьшается.

Химической коррозией называется процесс взаимодействия металла с внешней коррозионной средой, при этом продуктами коррозии являются химические соединения металла с окислительными компонентами среды, например, 3Fe + 2O2 = Fe3O4. Такая коррозия развивается при воздействии на металл сухих газов (например, продуктов сгорания топлива), сухого водяного пара, чистого кислорода, а также жидкостей, не проводящих электрический ток.

В чистом виде химическая коррозия наблюдается, например, при высокотемпературном нагреве стали для горячей обработки давлением или термической обработки (образование окалины), на деталях топок и котлов, тепловых двигателей, газо- и нефтепроводов и пр.

В отдельных случаях образовавшиеся при химической коррозии плёнки предохраняют металлы от дальнейшей коррозии. Например, плотную оксидную защитную плёнку на поверхности образуют алюминий, никель, хром и некоторые другие металлы. Плёнки оксидов на стальных деталях непрочны, неплотно прилегают к поверхности металла и не препятствуют проникновению коррозии в глубь стали.

Для оценки степени разрушения металлов в процессе коррозии принят показатель, называемый коррозионной стойкостью.

Коррозионную стойкость металлов можно оценить внешним осмотром, при этом определяют характер распространения коррозии, особенности продуктов коррозии, прочность их сцепления с поверхностью металла и т.п.

Мерой коррозионной стойкости металлов может быть скорость коррозии, которую можно определить по изменению массы металла в процессе коррозии, отнесённой к единице площади поверхности, в единицу времени. В частности, скорость коррозии можно выразить массой металла (в граммах), превращённой в продукты коррозии за единицу времени (1 ч.) и отнесенной к единице его поверхности (1 м2).

На скорость коррозии влияет состав металлов, их механическая и термическая обработка, состояние поверхности, а также среда, температура и характер нагрузки. С повышением температуры скорость коррозионных процессов возрастает. Полированные поверхности окисляются медленнее, так как оксиды равномерны по толщине и поэтому более прочно сцеплены с поверхностью металла.

Металлические материалы по способности противостоять коррозионному воздействию внешней среды подразделяются на:

1. Коррозионно-стойкие, обладающие стойкостью к электрохимической коррозии; к этим материалам можно отнести, например, высоколегированные хромистые стали;
2. Жаростойкие, способные сопротивляться коррозионному воздействию газа в ненагруженных или слабо нагруженных конструкциях, при высоких температурах (выше 550?С);
3. Жаропрочные, работающие в нагруженных узлах машин и длительно сохраняющие работоспособность при высоких температурах;
4. Кислотостойкие, не разрушающиеся в агрессивных кислотных средах.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008

Экспертиза

на главную