Язвенная коррозия. Питтинговая коррозия

Коррозией называют разрушение поверхности материалов в результате активно проходящих окислительно-восстановительных процессов. Разрушение слоев материала приводит к снижению прочности, электрической проводимости, повышению хрупкости и угнетению других свойств металла.

В процессе эксплуатации металлических изделий они подвергаются разрушающим воздействиям различных видов и типов, среди которых выделяется питтинговая коррозия. Она наиболее опасная и непредсказуемая.

Питтинговая коррозия

На поверхности металлических изделий довольно часто можно заметить небольшие углубления, точки бурого или коричневого цвета. Такие точки ученые называют питтингами, а процесс их появления - питтинговой коррозией. Она возникает на поверхности материалов, контактирующих с морской водой, растворами различных солей, химически агрессивными средами и воспринимающих другие негативные факторы.

Питтинговая коррозия поражает только пассивные металлы и сплавы, развивается преимущественно в антикоррозионном слое или по местам разнообразных дефектов. «Точечные язвы» могут нарушать работу различных изделий: от тонких мембран и микросхем, до толстостенных агрегатов. Кроме того, их появление способствует образованию коррозионных трещин, существенно снижающих заданные характеристики материала.

Схема разрушения металла

Для активации питтинговой коррозии необходимо присутствие двух реагентов - активаторов и пассиваторов. В качестве активаторов чаще всего выступают анионы хлора, брома, йода - они содержатся в большинстве сред, в которых эксплуатируются металлические изделия. Они адсорбируются на поверхности металла и образуют с его компонентами растворимые комплексы.

В качестве пассиваторов чаще всего выступает вода или гидроксильная группа. Непосредственно процесс разрушения протекает по следующей схеме:

1. Ионы-активаторы адсорбируются на поверхности защитной (оксидной) пленки.
2. Происходит процесс замещения ионов кислорода на ионы активатора процесса.
3. Образуется большое количество растворимых ионов, в результате чего пленка разрушается.

В результате этого возникает разность потенциалов на поверхности материала, что ведет к появлению локальных токов, активизируется бурный анодный процесс. Ионы-активаторы при этом перемещаются к очагам разрушения, из-за чего питтинговая коррозия прогрессирует.

Разновидности питтинговой коррозии

Вид питтинговой коррозии варьируется в зависимости от окружающих условий, главным образом от температуры, кислотности, химического состава веществ. Под действием этих факторов меняется форма, размер питтингов и их расположение. Так, согласно размеру выделяют точечное разрушение:

• микроскопическое - размер точек менее 0,1 мм;
• обычное - диаметр питтингов варьируется от 0,1 до 1 мм;
• язвенное, когда образования превышают 1 мм в диаметре.

В зависимости от расположения питтинговая коррозия может быть открытого или закрытого типа. В первом случае обнаружить следы разрушения практически невозможно - необходимо применение специальных приборов. Этот вид коррозии очень часто ведет к появлению пробоев.

Открытое ржавление заметно невооруженным взглядом. Нередко питтинги сливаются в единое образование. При этом разрушение материала происходит не вглубь, а в ширину, из-за чего возникают большие по площади дефекты.

Форма питтингов

Форма питтингов зависит от пустот внутри кристаллической решетки, которые образуются на первых этапах коррозионного процесса. Чаще всего встречаются образования неправильной формы - они возникают на поверхности нержавеющей, низколегированной и углеродистой сталей, алюминиевых, хромовых, никелевых сплавов, железа.

Полусферические язвы образуются в результате изотропного растворения. Этот процесс схож с электрополировкой. Отчасти этим и объясняется блестящее дно полукруглых углублений. Наиболее подвержены подобному разрушению титановые, алюминиевые, никелевые и кобальтовые изделия, а также конструкции из тантала. Приблизительно такой же вид имеет питтинговая коррозия

Кроме того, питтинги могут быть полиэдрическими и ограненными. «Язвы» последнего типа очень часто объединяются друг с другом, что приводит к возникновению крупных полусферических разрушений.

Причины появления

Основными причинами появления питтинговой коррозии являются нарушение технологии производства и механическое воздействие на материал. В результате нарушения технологии отливки в металле появляются разнообразные микровключения, которые нарушают его структуру. Наиболее распространенным включением можно назвать прокатную окалину.

Из-за механического воздействия очень часто на поверхности изделий начинает развиваться питтинговая коррозия. Причины этого кроются в разрушении верхней защитной пленки, нарушении внутренней структуры, выходе на поверхность границ зерен. Наиболее распространенным активизирующим процесс фактором можно назвать динамическое воздействие, что ведет к появлению микротрещин.

Питтинговая развивается быстрее на шероховатых поверхностях, а также под воздействием агрессивных сред - морской воды, кислотных растворов.

Методы защиты металла от питтинговой коррозии

Для защиты металлических изделий от питтинговой коррозии используют три основных способа:

1. Ликвидация замкнутых систем при помощи растворов щелочных соединений, сульфатов, хроматов.
2. Введение в состав материала компонентов с высокой сопротивляемостью точечному ржавлению - молибдена, хрома, кремния.
3. Использование катодной и анодной технологии создания защитного слоя.

Все представленные методы защиты металлов от коррозии применимы лишь на производстве, ибо требуют высокотехнологичного оборудования и больших капиталовложений. В быту же полностью исключить риск появления питтингов невозможно. Удается лишь ослабить влияние негативно действующих факторов посредством:

• нанесения ;
• улучшения условий эксплуатации изделий;
• снижения уровня кислотности среды, с которой соприкасается материал.

Но самым действенным и доступным методом является тщательная полировка: уменьшая вы одновременно повышаете ее антикоррозионную стойкость. Но для лучшего эффекта лучше использовать все методы защиты металлов от коррозии одновременно.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет

им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

По дисциплине: «Защита металлов от коррозии»

На тему: «Межкристаллитная коррозия. «Ножевая» коррозия. Коррозионное

растрескивание. Язвенная и точечная коррозии»

Выполнили: ст. гр. ТФБ-11 Иванова К. С.,

Пешкова А. А.

Проверила: Пыхтунова С.В.

Магнитогорск, 2013

Межкристаллитная коррозия 3

«Ножевая» коррозия 5

Коррозионное растрескивание 6

Язвенная коррозия 8

Питтинговая (точечная) коррозия 9

Список литературы 12

Межкристаллитная коррозия.

Межкристаллитная коррозия (МКК) – один из видов местной коррозии металла, который приводит к избирательному разрушению границ зерна. Межкристаллитная коррозия – очень опасный вид разрушения, т.к. визуально ее не всегда можно определить. Металл теряет свою пластичность и прочность.

Межкристаллитной коррозии чаще всего подвергаются металлы и сплавы, которые легко становятся пассивными. К ним относятся хромоникелевые и хромистые сплавы (нержавеющие стали), сплавы алюминия, никеля, некоторые другие.

Рис. 1. Межкристаллитная коррозия

Причина возникновения межкристаллитной коррозии: структурные превращения на границах зерен металла. Зона структурных превращений становится анодом, который усиленно растворяется. Связь между зернами металла нарушается и происходит их выкрашивание. Вследствии этих процессов металлические конструкции при эксплуатации теряют свои свойства и быстро приходят в негодность.

Факторы межкристаллитной коррозии (МКК):

1) Состав сплава;

2) Температура;

3) Время выдержки при повышенных температурах;

Скорость протекания межкристаллитной коррозии определяется потенциалом металла. Ускоренное ее развитие наблюдается при потенциалах входа в транспассивную область (1,15 – 1,25В), а также при потенциале активно-пассивного перехода (около 0,35В). В разных областях межкристаллитная коррозия может протекать по разным механизмам.

Рис. 2 . Межкристаллитная коррозии:

а- микроструктура металла до коррозии; б- микроструктура на стадии коррозии, образование трещин по границам металла.

«Ножевая» коррозия.

Рис. 3. «Ножевая» коррозия.

« Ножевая» коррозия – разновидность межкристаллитной коррозии (МКК). Ножевая коррозия – местное разрушение, которое наблюдается на сварных швах. Протекает в узкой зоне, на границе основной металл - сварной шов. Ножевой коррозии подвержены многослойные сварные швы высокоуглеродистых хромоникелевых сталей, стабилизированные титаном стали, которые эксплуатируются в азотной кислоте. Даже стали с большим содержанием молибдена.

При сварке почти расплавленный металл (с температурой около 1300 ο С) контактирует с холодным. В расплавленном металле растворяются карбиды хрома или титана, а при его охлаждении не успевают выделится новые карбиды. При этом углерод остается в твердом растворе. Из-за достаточно медленного охлаждения выпадает большое количество карбидов Cr. В агрессивных средах происходит постепенное растворение (на межкристаллитном уровне) узкой зоны возле сварного шва.

Предотвращение ножевой коррозии:

Применять только низкоуглеродистые хромоникелевые стали;

Избегать «опасных» температур околошовной зоны;

Использовать стабилизирующий отжиг при температурах 870 – 1150 ο С (карбиды Cr переходят в твердый раствор).

Коррозионное растрескивание.

Коррозионное растрескивание металлов – это один из видов коррозионных разрушений (коррозии), при котором в металле зарождается и развивается множество трещин. Возникает коррозионное растрескивание при одновременном воздействии на металл агрессивной коррозионной среды и растягивающих напряжений. Характерной особенностью коррозионного растрескивания является практически полное отсутствие пластической деформации металлического изделия.

Коррозионное растрескивание – очень опасный вид разрушения металла, т.к. не всегда его можно вовремя заметить. Чаще всего коррозионному растрескиванию подвергаются металлы, в которых после механической или термической обработки присутствуют остаточные напряжения. Также металлические изделия, эксплуатируемые при повышенных температурах и давлениях. Встречается коррозионное растрескивание при сварке, сборке или монтаже металлических деталей и т.п.

Рис. 4. Коррозионное растрескивание.

Коррозионному растрескиванию могут подвергаться все металлы и сплавы, которые находятся в напряженном состоянии. Большое влияние на интенсивность коррозионного растрескивания оказывает коррозионная среда (ее характер, состав и концентрация агрессивных агентов).

В теплоэнергетической, химической и нефтегазовой отраслях 20 – 40% всех коррозионных разрушений приходится именно на коррозионное растрескивание.

Особенности коррозионного разрушения металлов:

Существует возможность возникновения транскристаллитных и межкристаллитных трещин с разветвлениями;

Металл с появлением трещин охрупчивается;

От величины приложенных растягивающих напряжений зависит время до начала образования трещины (индукционный период).

Коррозионное растрескивание сталей наблюдается в растворах, которые содержат кислоты, хлориды, щелочи, нитраты, H 2 S, CO 2 , NH 3 . Менее склонны к коррозионному растрескиванию углеродистые стали с перлитной или перлитно-ферритной структурой, содержащие в своем составе более 0,2% углерода. Мартенситная структура стали является самой чувствительной к данному виду коррозии, т.к. все режимы термообработки, в результате которых образуется мартенсит, делают сталь склонной к коррозионному растрескиванию.

Хромоникелевые аустенитные стали более подвержены коррозионному растрескиванию, чем ферритные и полуферритные хромистые стали. В нержавеющих сталях аустенит не обладает достаточной стабильностью и в условиях химических предприятий достаточно часто встречается коррозионное растрескивание аустенитных хромоникелевых сталей. Введение стабилизаторов, легирующих компонентов, увеличение содержания никеля не оказывает существенного воздействия на склонность аустенитных сталей к коррозионному воздействию.

Коррозионному растрескиванию подвержены не только черные металлы и сплавы, а и цветные (например, медноцинковые и алюминиевомагниевые сплавы). В присутствии паров аммиака быстро корродируют с коррозионным растрескиванием сплавы меди с оловом, цинком и алюминием. А в растворах карбонатов, хлоридов, сульфатов и хроматов разрушаются магниевые сплавы, которые находятся в напряженном состоянии.

Язвенная коррозия.

Язвенная коррозия - это форма локального поражения, результатом которой являются поры в металле. Эти поры могут быть как малого, так и большого диаметра, но чаще всего они относительно малы. Они могут быть причиной сквозного прободения металла или сплава. Часто поры изолированы либо расположены так близко друг к другу, что выглядят как шероховатость поверхности. В общем, поры можно представить как отверстия или каверны, диаметр которых равен или меньше их длины. Питтинг это одна из наиболее коварных форм коррозии. Он приводит к разрушению оборудования вследствие сквозного прободения при очень незначительной потере общего веса всей конструкции.

Язвенная коррозия часто развивается в местах пор или поврежденных участков:

Непроводящего слоя металлической поверхности (окисной пленки);

Металлического покрытия поверхности, которое является более благородным по отношению к основному металлу. Это может инициировать питтинг на основном металле

Язвенная коррозия часто наблюдается у нержавеющих стальных сплавов. На развитие коррозии влияют такие факторы, как температура и движение среды.

Рис. 6. Язвенная коррозия.

Питтинговая (точечная) коррозия.

Питтинговая (точечная) коррозия – вид коррозионного разрушения, которому подвергаются исключительно пассивные металлы и сплавы. Питтинговая коррозия наблюдается у никелевых, циркониевых, хромоникелевых, хромистых, алюминиевых сплавах и др.

При питтинговой (точечной) коррозии разрушению подвергаются только отдельные участки поверхности, на которых образуются глубокие поражения – питтинги (точечные язвы).

Наблюдается питтинговая коррозия при воздействии на металл или сплав не только пассиваторов (приводят поверхность в пассивное состояние, например, окислитель), но и ионов-активаторов (Cl-, Br-, J-). Активно

протекает питтинговая (точечная) коррозия в морской воде, смеси азотной и соляной кислот, растворах хлорного железа, других агрессивных средах.

По размерам питтинги различают:

Микропиттинги (до 0,1 мм);

Питтинги (0,1 – 1мм);

Пятно, язва (более 1 мм).

Питтинг может быть: закрытым, открытым и поверхностным.

Открытые питтинги - хорошо видны на поверхности невооруженным глазом или под небольшим увеличением. Если открытых питтингов очень много – коррозия приобретает сплошной характер. В открытом питтинге дно поры выступает в качестве анода, а пассивная пленка – катода.

Закрытые питтинги – очень опасный вид коррозионного разрушения, т.к., такие повреждения нельзя увидеть воочию, определить их наличие можно лишь по специальным приборам. Закрытые питтинги развиваются вглубь металла или сплава. Закрытый питтинг может послужить причиной пробоя даже в нержавеющих сталях.

Поверхностный питтинг – вид питтинга, который развивается больше вширь, чем вглубь, образуя на поверхности металла или сплава выбоины.

Этапы роста питтинга:

1) Зарождение питтинга происходит в местах дефектов пассивной пленки (царапины, разрывы) или ее слабых местах (если имеет место неоднородность сплава) при достижении определенного потенциала - потенциала питтингообразования (φпо). Ионы-активаторы вытесняют адсорбированный на поверхности кислород или при взаимодействии разрушают оксидную защитную пленку.

2) Рост питтинга – происходит по электрохимическому механизму, вследствии интенсивного растворения пассивной оксидной пленки. Из-за активного растворения пленки происходит усиление анодного процесса в самом питтинге (активационный рост питтинга). Со временем, когда питтинг будет достаточно расширен, активационный рост замедляется, начинается диффузионный режим роста питтинга.

3) Иногда рост питтинга прекращается и наступает стадия репассивации. Основной причиной репассивации можно считать сдвиг потенциала поверхности в отрицательную сторону, т.е. сторону пассивации. Питтинг с диффузионным режимом роста (постепенно, стабильно растущий питтинг) не может перейти в стадию репассивации.

Склонность к питтинговой коррозии определяется некоторыми факторами:

Природой металла или сплава (склоны к образованию питтингов алюминий, никель, цинк; молибден, хром, кремний и др. питтингообразованию не подвергаются);

Температурой (с повышением температуры растет количество питтингов);

Состоянием поверхности (хорошо отполированная поверхность более стойкая, чем шероховатая);

РН среды (чаще возникают питтинги в кислых средах);

Примесями в среде (наличием ионов-активаторов).

Защита металлов и сплавов от питтинговой (точечной) коррозии осуществляется следующими методами:

1) Электрохимическая катодная и анодная защита (иногда вместе с ингибиторами);

2) Подбор специальных материалов, которые не подвергаются питтинговой (точечной) коррозии. Повышению стойкости способствуют введение в состав сплава хрома, молибдена, кремния и др. стойких металлов.

3) Ингибирование замкнутых систем (применение нитратов, щелочей, хроматов, сульфатов).

Рис. 7. Питтинговая (точечная) коррозия.

Список литературы:

1. Краткая химическая энциклопедия под редакцией И.А. Кнуянц и др. - М.: Советская энциклопедия, 1961-1967, Т.2.

2. Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.

3. Андреев И.Н. Коррозия металлов и их защита. - Казань: Татарское книжное издательство, 1979.

4. Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. - М.: Знание, 1980, № 10.

Так что же такое коррозия? Коррозия(от латинского слова «corrodere», что означает «разъедать») это самопроизвольный процесс разрушения материалов(металлов, дерева, камня, пластмассы и пр.) и изделий из них под химическим и электрохимическим воздействием окружающей среды. В данной работе будет рассматриваться именно коррозия металлов.

Коррозия металлов делится по характеру на:

Равномерную коррозию

Контактную коррозию

Язвенную коррозию

Щелевая коррозия

Межкристаллитную коррозию

Коррозию под напряжением

Избирательную коррозию

Коррозийную усталость

Эрозию

Итак, разберем по отдельности каждые виды:

1.Равномерная коррозия - это наиболее часто встречающийся вид коррозии металлов и сплавов. Она обуславливается химическими и электрохимическими реакциями, протекающими равномерно по всей поверхности металла, помещенного в агрессивную среду.

По сравнению с другими видами коррозии равномерная коррозия приводит к наиболшим потерям массы металла, но в тоже время она выявляется наиболее легко и не представляет особой опасности для различных изделий и конструкций, если конечно не превышает технически обоснованных норм. При достаточной толщине металла сплошная коррозия мало сказывается на механической прочности конструкции при равномерно распределенных напряжениях.

2.Контактная коррозия - это вид коррозионного разрушения, который наблюдается при контакте двух разнородных металлов, т.е. которые обладают разными электрохимическими свойствами. При контакте двух разнородных металлов на их поверхности реализуется компромиссный потенциал, который по своему значению отличается от потенциалов каждого металла по отдельности. Компромиссный потенциал определяется пересечением суммарных поляризационных кривых: анодной и катодной. Скорость растворения анода во много зависит от разности потенциалов между катодом и анодом

При неправильной компоновке металлов и сплавов данный вид коррозионного разрушения выводит из строя множество сложных металлических конструкций. Контактная коррозия наблюдается, например, в системах алюминий(и сплавы алюминия)-углеродистая сталь или алюминий-цинк,аллюминий-медь, медь-железо, и т.д. Контактная коррозия также может наблюдаться при контакте изделий из одного и того же металла, но соединенных при помощи пайки либо сварки. Сварной (спаечный) шов будет отличаться электрохимическими свойствами от основного металла. Различная механическая обработка стали (металла) также может вызвать контактную коррозию даже у одного и того же изделия.

3. Язвенная и точечная коррозия - также называется питтингом, является видом местного коррозийного разрушения, в результате которого на отдельных участках поверхности металла или коррозийностойкой стали образуются углубления - язвы, причем остальная поверхность остается незатронутой или корродирует совсем незначительно. Язвы могут отличаться по глубине проникновения и ширине в зависимости от природы металла и от того, в какой среде он корродирует.

Несмотря на то, что язвенная коррозия сопровождается относительно небольшой потерей массы металла или сплава по сравнении со сплошными видами коррозии(равномерной и контактной), она представляет собой один из наиболее опасных видов разрушения. Опасность язвенной коррозии заключается в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает прочность, надежность различных конструкции и сооружений. Ее очень трудно обнаружить из-за небольших размеров язв. К сожалению, практически язвенная коррозия обнаруживается только в момент аварии, что приводит к печальным последствиям.

Механизм язвенной (точечной) коррозии:

Само течение точечной коррозии связано с образованием и работой на поверхности металла локальных коррозийных элементов. Примером этого элемента может служить точечная коррозия стали в месте повреждения покрытия из более благородного металла(Ni, Cr, Sn и пр.)

Даже такие пассивные металлы, как Al, Cr, Ni, Mo, Ti - тоже подвержены язвенной коррозии, несмотря на то, что на поверхности перечисленных металлов образуется прочная оксидная пленка, в средах, содержащих ионы хлора. Ионы хлора проникают в ослабленные места защитной пленки(ослабленные по разным причинам, например из-за неоднородной структуры металла, содержащего неметаллические включения либо нарушение кристаллической решетки)

Характерной особенностью процессов язвенной коррозии является большая разница в площади анодной и катодной поверхности. Например, катодный процесс протекает почти на всей площади поверхности, а компенсирующее его анодное сосредоточенно на малых участках, благодоря чему скорость образования коррозии на этих малых участках очень высока.

Также обнаружено, что возникновение и развитие язв на поверхности пассивных металлов и сплавов может произойти только в том случае, если потенциал металла или сплава достигнет определенной величины, называемой потенциалом питтингообразования.

4.Щелевая коррозия. Щелевой коррозией называется интенсивное локальное разрушение металла или сплава в щелях конструкций. Возникновение щелевой коррозии связано с присутствием небольших количеств неподвижного раствора электролита в щелях конструкции, которые образуются вследствие самой конструкции или в ходе эксплуатации. Щелевая коррозия может обнаруживаться в зоне контакта металла с неметаллами(дерево, резина, полимеры, стекло).

Щелевой коррозии могут быть подвержены все металлы, использующиеся в промышленности, но особенно чувствительны к ней пассивные металлы и сплавы на их основе, так как в щелях может произойти депассивация, т.е переход от пассивного состояния в активное, из-за чего наступает усиленая коррозия.

Механизм щелевой коррозии

Этот вид разрушения протекает в любых средах, будь то вода, атмосфера либо грунт. Протекание щелевой коррозии в атмосферных условиях обуславливается скоплением и задержкой влаги в щелях и зазорах.

Особенностью протекания щелевой коррозии является наличие малого количества окислителя либо его полное отсутствие, т.к. в узких зазорах подход окисляющего элемента к стенкам затруднен. Со временем в щели скапливаются продукты коррозии, которые могут изменять значение рН электролита внутри зазора, оказывают влияние на протекание анодного и катодного процесса. Повышение рН электролита способствует разрушению защитных пленок, которые образуются внутри щели. Щели и зазоры на основной поверхности металла являются макропарами, так как металл снаружи щели является катодом, а внутри - анодом.

5. Межкристаллитная коррозия - один из видов местной коррозии металла, который приводит к избирательному разрушению границ зерна. Межкристаллитная коррозия - очень опасный вид разрушения, т.к. визуально ее не всегда можно определить. Металл теряет свою пластичность и прочность.

Межкристаллитной коррозии чаще всего подвергаются металлы и сплавы, которые легко становятся пассивными. К ним относятся хромоникелевые и хромистые сплавы (нержавеющие стали), сплавы алюминия, никеля, некоторые другие.

Причиной возникновения межкристаллитной коррозии чаще всего является структурные изменения металла или сплава, происходящие на границе зерен, особенно при неправильной термообработке и при сварке.

Коррозийностойкие стали становятся склонными к межкристаллитной коррозии во вреся термической обработки при температурах 400-800 градусов по Цельсию. При контакте с агресивной средой такая сталь начитает разрушаться вдоль границ зерен. Склонность стали к межкристаллитной коррозии возникает также при её медленном охлаждении с прохождением через область опасных температур.

Механизм межкристаллитной коррозии

Межкристаллитная коррозия относится к электрохимическим процессам, и обусловлена тем, что твердый раствор при определенных условиях может расслаиваться с образованием по границам зерен фаз, обогащенных одним из компонентов материала, а участки, непосредственно прилегающие к границам зерен, оказываются обедненными этим компонентом. Под действием той или иной агрессивной среды происходит избирательное анодное растворение либо обогащенных, либо соседних с ними обедненных зон.

6. Избирательная коррозия. Избирательная коррозия - это вид коррозии металлических сплавов, заключающийся в удалении из них только одного из компонентов. В результате сплав теряет монолитность и прочность, при этом его геометрические размеры почти не изменяются. Это сильно затрудняет распознавание избирательной коррозии и чаще всего она выявляется уже момент аварии.

Наиболее распространенный вид избирательной коррозии - это обесцинкование латуни и избирательная коррозия железа в чугуне, которая приводит к графитизации - на поверхности чугуна остается слой графита.

7. Коррозия под напряжением. Коррозией под напряжением называется процесс разришения, возникающий при совместном действии коррозийной среды и растягивающих напряжений

Напряжение может усиливать общую коррозию или вызвать растрескивание.

При коррозийном растрескивании в металле образуются трещины, перепендикулярно направлению действия напряжений и приводящее в конце концов к разрушению металлического изделия.

Механизм коррозийного растрескивания

Коррозийное растрескивание вызвано хрупким разрушением металла без пластической деформации. Коррозийное растрескивание может быть межкристаллитным(трещины по границам зерен) и транскристаллитными (трещины внутри самих зерен). Оно зависит от природы металла, термообработки и характера агресивной среды. При этом образуется одна главная трещина и небольшие ответвления от неё.

• 8. Коррозийная усталость -это разрушение металла под воздействием периодической динамической нагрузки (знакопеременных напряжений) и коррозионных сред. Коррозионная усталость металла среди других разновидностей коррозии под напряжением встречается наиболее часто. При нахождении металла в коррозионной среде некоторое время, предел его выносливости понижается, и конструкция уже не выдерживает нормальных для нее ранее напряжений. Коррозионная усталость металла сопровождается развитием межкристаллитных и транскристаллитных трещин (по границам зерен), которые разрушают металл изнутри. Развитие трещин идет, главным образом, в момент, когда металлоконструкция испытывает нагрузку. В результате периодических термических напряжений в металле защитная оксидная либо любая другая пленка на его поверхности разрушается. Коррозионная среда имеет свободный доступ к открытой поверхности. Сквозь поверхностные трещины агрессивная коррозионная среда также проникает вглубь металла, интенсифицируя разрушение.
• 9. Эрозия. Эрозией называется разрушение поверхности металла, вызванное коррозийнно-механическим воздействием быстро движущейся среды. Различают три вида эрозии по характеру наносимых их повреждений: кавитационная, струйная и коррозия при трении.

Кавитационная эрозия возникает при быстром движении жидкости относительно металла вследствии образования и изчезновения пузырьков пара вблизи поверхности. Такому виду эрозии подвержены гребневые винты, гидравлические турбины и пр.

Струйная эрозия - это разрушение металла под действием потока жидкости, движущейся в турбулентном режиме и содержащей пузырьки воздуха. Такой эрозии подвержены элементы трубопроводов.

Коррозия при трении - это разрушение, идущее по границе раздела между двумя поверхностями, одна или обе которые являются металлическими, и перемещающимися относительно друг друга с нагрузкой

Коррозия металлов - самопроизвольное разрушение металлов вслед­ствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней средой. Коррозионный процесс - гетерогенный (неоднородный), протекает на границе раздела металл - агрессивная среда, име­ет сложный механизм. При этом атомы металла окисляются, т.е.J теряют валентные электроны, атомы переходят через границу раздела во внешнюю среду, взаимодействуют с ее компонентами и образуют продукты коррозии. В большинстве случаев коррозия металлов пройм ходит неравномерно по поверхности, имеются участки, на которых возникают локальные поражения. Некоторые продукты коррозии, образуя поверхностные пленки, сообщают металлу коррозионную стойкость. Иногда могут появляться рыхлые продукты коррозии, имеющие слабое сцепление с металлом. Разрушение таких пленок вызывает интенсивную коррозию обнажающегося металла. Коррозия металла снижает механическую прочность и меняет другие свойства его. Коррозионные процессы классифицируют по видам коррозионных разру­шений, характеру взаимодействия металла со средой, условиям про­текания.

Коррозия бывает сплошная, общая и местная. Сплошная коррозия протекает по всей поверхности металла. При местной коррозии поражения локализуются на отдельных участках поверхности.

Рис. 1Характер коррозионных разрушений:

I – равномерное; II - неравномерное; III - избирательное; IV - пятна; V - язвы; VI - точками или питтингами; VII - сквозное; VIII - нитевидное; IX - поверхностное; X - межкристаллитное; XI - ножевое; XII - растрескивание

Общая коррозия подразделяется на равномерную, неравномер­ную и избирательную (рис. 1).

Равномерная коррозия протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла; неравномерная - на различных участках поверхности металла с неодинаковой скоростью. При избирательной кор­розии разрушаются отдельные компоненты сплава.

При коррозии пятнами диаметр коррозионных поражений большой глубины. Для язвенной коррозии характерно глубокое поражение участка поверхности ограниченной площади. Как правило, язва находятся над слоем продуктов коррозии. При точечной (питтинговой) коррозии наблюдаются отдельные точечные поражения поверхности металла, которые имеют малые поперечные размеры при значительной глубине. Сквозная - это местная коррозия, вызывающая разрушение металлического изделия насквозь, в виде свищей. Нитевидная коррозия проявляется под неметаллическими покрытиями и виде нитей. Подповерхностная коррозия начинается с поверхности, пи преимущественно распространяется под поверхностью металла, вызывая его вспучивание и расслоение.

При межкристаллитной коррозии разрушение сосредоточено по границам зерен металла или сплава. Этот вид коррозии опасен тем, что происходит потеря прочности и пластичности металла. Ножевая коррозия имеет вид надреза ножом вдоль сварного соединения в сильно агрессивных средах. Коррозионное растрескивание протекает при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих остаточных или приложенных механических напряжениях.

Металлические изделия в определенных условиях подвергаются коррозионно-усталостному разрушению, протекающему при одновременном воздействии на металл коррозионной среды и переменных I механических напряжений.

По характеру взаимодействия металла со средой различают хими­ческую и электрохимическую коррозии. Химическая коррозия - раз­рушение металла при химическом взаимодействии с агрессивной сре­дой, которой служат неэлектролиты - жидкости и сухие газы. Электрохимическая коррозия - разрушение металла под воздействием электро­лита при протекании двух самостоятельных, но взаимосвязанных процессов - анодного и катодного. Анодный процесс - окислительный, проходит с растворением металла; катодный процесс - восстановительный, обусловлен электрохимическим восстановлением компонентов среды. Современная теория коррозии металлов не исключает совместного протекания химической и электрохимической коррозии, так как в электролитах при определенных условиях возможен перенос массы металла по химическому механизму.

По условиям протекания коррозионного процесса наиболее часто встречаются следующие виды коррозии:

1) газовая коррозия, протекает при повышенных температурах и полном отсутствии влаги на поверхности; продукт газовой корро­зии - окалина обладает при определенных условиях защитными свой­ствами;

2) атмосферная коррозия, протекает в воздухе; различают три вида атмосферной коррозии: во влажной атмосфере - при относитель­ной влажности воздуха выше 40 %; в мокрой атмосфере - при отно­сительной влажности воздуха, равной 100 %; в сухой атмосфере - при относительной влажности воздуха менее 40 %; атмосферная кор­розия - один из наиболее распространенных видов вследствие того, что основная часть металлического оборудования эксплуатируется в атмосферных условиях;

3) жидкостная коррозия - коррозия металлов в жидкой среде; различают коррозию в электролитах (кислоты, щелочи, солевые раст­воры, морская вода) и в неэлектролитах (нефть, нефтепродукты, ор­ганические соединения);

4) подземная коррозия - коррозия металлов, вызываемая в ос­новном действием растворов солей, содержащихся в почвах и грун­тах; коррозионная агрессивность почвы и грунтов обусловлена струк­турой и влажностью почвы, содержанием кислорода и других хими­ческих соединений, рН, электропроводностью, наличием микроорга­низмов;

5) биокоррозия - коррозия металлов в результате воздействия микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности, в биокорро­зии участвуют аэробные и анаэробные бактерии, приводящие к ло­кализации коррозионных поражений;

6) электрокоррозия, возникает под действием внешнего источника тока или блуждающего тока;

7) щелевая коррозия - коррозия металла в узких щелях, зазорах, м резьбовых и фланцевых соединениях металлического оборудования, аксплуатирующегося в электролитах, в местах неплотного контакта металла с изоляционным материалом;

8) контактная коррозия, возникает при контакте разнородных металлов в электролите;

9) коррозия под напряжением, протекает при совместном воздействии на металл агрессивной среды и механических напряжений - постоянных растягивающих (коррозионное растрескивание) и пере­менных или циклических (коррозионная усталость);

10) коррозионная кавитация - разрушение металла в результате одновременно коррозионного и ударного воздействий. При этом за­щитные пленки на поверхности металла разрушаются, когда лопаются газовые пузырьки на поверхности раздела жидкости с твердым телом;

11) коррозионная эрозия - разрушение металла вследствие одновременного воздействия агрессивной среды и механического износа;

12) фреттинг-коррозия - локальное коррозионное разрушение металлов при воздействии агрессивной среды в условиях колебательного перемещения двух трущихся поверхностей относительно друг друга;

13) структурная коррозия, обусловлена структурной неоднород­ностью сплава; при этом происходит ускоренный процесс коррозионного разрушения вследствие повышенной активности какого-либо компонента сплава;

14) термоконтактная коррозия, возникает за счет температурного градиента, обусловленного неравномерным нагреванием поверхности металла.

Коррозия в зависимости от характера коррозионных разрушений делится на сплошную и местную.

Сплошная коррозия – появляется при отсутствии защитных пленок на

поверхности металла или при равномерном распределении анодных и катодных участков. Потеря прочности образца пропорциональна потере массы и поэтому этот вид коррозии менее опасный.

Местная коррозия – имеет несколько разновидностей: пятнистая, язвенная, подповерхностная, межкристаллитная.

Пятнистая коррозия – отмечается большая площадь очагов и их малая глубина. По характеру разрушений близка к сплошной коррозии.

Язвенная коррозия – отмечается значительная глубина разрушений,

которая превышает их протяженность (питтинговая коррозия).

Точечная коррозия – наблюдаются глубокие разрушения, часто с образованием сквозных отверстий. Более опасный вид разрушения, чем при

сплошной и пятнистой коррозии, так как, потери массы меньше, чем потери

механической прочности.

Подповерхностная коррозия – характеризуется распространением

очага разрушения под поверхностью металла, что приводит к вспучиванию и

расслоению металла продуктами коррозии.

Избирательная коррозия– обусловлена разрушением одного из

компонентов или одной из фаз гетерогенного сплава. К избирательной коррозии можно отнести межкристаллитную коррозию, при которой разрушение идет по границам зерен кристаллов. В некоторых случаях разрушение может распространяться внутрь металла, приводя к значительному снижению прочности образца. Этот вид коррозии наиболее опасный, так как трудно контролируемый и называется транскристаллитной (внутрикристаллической) коррозией.

Щелевая коррозия – обусловлена неравномерным обтеканием, средой

различных участков аппарата, что приводит к образованию катодных и анодных участков. Щелевая коррозия является разновидностью электрохимической коррозии.

Для примера рассмотрим некоторые особенности коррозии нержавеющих сталей и способы борьбы с ней. Высокая коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется их способностью легко (покрываться защитной пленкой) даже в обычных атмосферных условиях за

счет кислорода воздуха.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей зависит:

стойкость стали значительно снижается.

3. От структурного состояния сталей. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают твердые растворы, легированные хромом и никелем. Нарушение однородности структуры, вследствие образования карбидов или нитридов, приводит к уменьшению содержания хрома в твердом растворе и снижению коррозионной стойкости.

4. От природы агрессивной среды и устойчивости пассивной пленки.

Нержавеющие стали устойчивы в растворах азотной кислоты, различных нейтральных и слабокислых растворах при доступе кислорода и неустойчивы в соляной, серной и плавиковой кислотах. Стали теряют свою устойчивость в сильно окислительных средах вследствие разрушения пассивных пленок, например, в высококонцентрированной азотной кислоте при высоких температурах.

5. От температуры – с повышением температуры коррозионная стойкость нержавеющих сталей резко ухудшается как в окислительных, так и в неокислительных средах.

Коррозия в нержавеющих сталях может протекать как по электрохимическому, так по химическому механизму.

Ввиду сложного структурного состояния и большой разницы в электрохимических и коррозионных свойствах структурных составляющих, нержавеющие стали особенно склонны к проявлению локальных разрушений

(межкристаллитная коррозия, точечная, язвенная).

В сложных конструкциях, имеющих зазоры и щели, характерно проявление щелевой коррозии.

Межкристаллитная коррозия чаще проявляется в сварных соединениях

и в случае неправильной термической обработки. При этом зерна находятся в пассивном состоянии, а границы зерен в активном, вследствие образования карбида хрома. С повышением содержания в стали углерода чувствительность ее к межкристаллитной коррозии резко возрастает. Существенное влияние на чувствительность сталей к межкристаллитной коррозии оказывает размер зерен, причем, чем меньше размер зерна, тем меньше чувствительность стали к коррозии.

Существует несколько эффективных способов борьбы с межкристаллитной коррозией:

1. Снижение содержания углерода, вследствие чего уменьшается карбидообразование по границам зерен. Менее чувствительные стали с содержанием углерода менее 0,3 %.

2. Применение закалки в воду с высоких температур. При этом карбиды хрома по границам зерен переходят в твердый раствор.

3. Применение стабилизирующего отжига при 750-900 °С, при этом происходит выравнивание концентрации хрома по зерну и по границам зерен.

4. Легирование сталей стабилизирующими карбидообразующими элементами – титаном, ниобием, танталом. Вместо карбидов хрома углерод связывается в карбиды титана, тантала, ниобия, а концентрация хрома в твердом растворе остается постоянной.

Создание двухслойных сталей – аустенитно-ферритных. Точечная и

язвенная коррозия нержавеющих сталей часто встречается при эксплуатации

изделий в морской воде. Это связано с адсорбцией хлорионов на некоторых

участках поверхности стали, вследствие чего происходит локализация коррозии. Легирование молибденом резко увеличивает сопротивляемость металла действию хлорионов.

Для изделий из нержавеющей стали сложных конструкций, имеющих

щели, зазоры, карманы, характерна щелевая коррозия. Ее механизм связан с

затруднением диффузии кислорода или другого окислителя или анодных замедлителей коррозии в труднодоступные участки конструкции, вследствие

чего на этих участках сталь переходит в активное состояние.

Методы борьбы с этим видом коррозии сводятся прежде всего к устранению зазоров, карманов, щелей, контактов стали с неметаллическими материалами, т. е. к конструктивным мерам. Весьма эффективно также увеличение концентрации окислителя или анодных замедлителей в растворе.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей может быть значительно

повышена методами легирования, применения оптимальных режимов термической, механической и химико-термической обработки сталей.

Наиболее эффективным является увеличение содержания хрома и снижение содержания углерода. Значительно повышается коррозионная стойкость сталей при введении никеля, молибдена, меди, титана, тантала, ниобия, а также палладия и платины. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в значительной степени определяется защитными свойствами поверхностной пассивной пленки, которые зависят от состава стали и качества обработки поверхности.

Наибольшая коррозионная стойкость в атмосферных условиях достигается в полированном состоянии.

Для защиты сталей от окисления используются термодиффузионные

способы насыщения поверхности стали металлами, повышающими жаростойкость (хромирование, алитирование, силицирование).

Известно большое количество способов защиты металлических поверхностей от коррозионного воздействия среды.

Наиболее распространенными являются следующие:

1. Гуммирование – защитное покрытие на основе резиновых смесей с

последующей их вулканизацией. Покрытия обладают эластичностью, вибростойкостью, химической стойкостью, водо- и газонепроницаемостью. Для защиты химического оборудования применяют составы на основе натурального каучука и синтетического натрий-бутадиенового каучука, мягких резин, полуэбонитов, эбонитов и других материалов.

2. Торкретирование – защитное покрытие на основе торкрет-растворов, представляющих собой смесь песка, кремнефторида натрия и жидкого стекла. Механизированное пневмонанесение торкрет-растворов на поверхность металла позволяет получить механически прочный защитный слой, обладающий высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам.

3. Лакокрасочные покрытия – широко применяются для защиты металлов от коррозии, а неметаллических изделий – от гниения и увлажнения.

Представляют собой жидкие или пастообразные растворы смол (полимеров) в органических растворителях или растительные масла с добавлением к ним тонкодисперсных минеральных или органических пигментов, наполнителей и других специальных веществ. После нанесения на поверхность изделия образуют тонкую (до 100.150 мкм) защитную пленку, обладающую ценными физико-химическими свойствами.

Лакокрасочные покрытия для металлов обычно состоят из грунтовочного слоя, обладающего антикоррозионными свойствами и внешнего слоя – эмалевой краски, препятствующей проникновению влаги и агрессивных ионов к поверхности металла. С целью обеспечения хорошего сцепления (адгезии) покрытия с поверхностью ее тщательно обезжиривают и создают определенную шероховатость, например, гидроили дробе- и пескоструйной обработкой.

4. Лакокрасочные покрытия термостойкие – покрытия способные выдерживать температуру более 100 °С в течение определенного времени без

заметного ухудшения физико-механических и антикоррозионных свойств.

В зависимости от природы пленкообразующего компонента различают следующие виды лакокрасочных покрытий термостойких:

Этилцеллюлозные – при 100 °С;

Алкидные на высыхающих маслах – при 120-150 °С;

Фенольно-масляные, полиакриловые, полистирольные – при 200 °С;

Эпоксидные – при 230.250 °С;

Поливинилбутиральные – при 250-280 °С;

Полисилоксановые, в зависимости от типа смолы–при 350-550 °С, и

5. Латексные покрытия – на основе водных коллоидных дисперсий

каучукоподобных полимеров, предназначенных для создания бесшовного,

непроницаемого подслоя под футеровку штучными кислотоупорными изделиями или другими футеровочными материалами. Латексные покрытия обладают хорошей адгезией со многими материалами, в том числе и с металлами.

Они применяются в производствах фосфорной, плавиковой, кремнефтористоводородной кислот, растворов фторсодержащих солей при температуре не более 100 °С.

6. Футерование химического оборудования термопластами. Защитное

действие полимерных покрытий и футеровок в общем случае определяется

их химической стойкостью в конкретной агрессивной среде, степенью непроницаемости (барьерная защита), адгезионной прочностью соединения с

подложкой, стойкостью к растрескиванию и отслоению, зависящей от внутренних механических свойств полимера и подложки, неравновесностью

процессов формирования защитных слоев и соединений.

Наибольшее распространение при футеровании химического оборудования получили листы и пленки из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), политетрафторэтилена (ПТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), пентапласта (ПТ) и других композиционных материалов. Для повышения физико-механических и защитных свойств, износостойкости листовые футеровочные материалы наполняют минеральными наполнителями (сажа, графит, сернокислотная обработка, ионная бомбардировка и др.).

Для повышения адгезионной активности по отношению к клеям листовые материалы дублируют различными тканями.

Правильно выбранный способ антикоррозионной защиты позволит

обеспечить максимальную долговечность защиты химического оборудования

в конкретных условиях его эксплуатации.