Уменьшение толщины металла от коррозии

Обновлено: 02.05.2024

По своей природе различают коррозию химическую и электрохимическую. Химическая коррозия возник: в результате непосредственного воздействия на металл aгpeccивных жидкостей или газов. Электрохимическая коррозия вызывается воздействием влаги и атмосферы на поверхностный слой металла. Коррозия приводит к уменьшению поперечного сечения несущей способности элементов конструкций. Скорость коррозии зависит от степени агрессивности окружающей среды и от фор поперечных сечений конструкций. Скопление пыли на поверхности и периодическое ее смачивание увеличивают скорость коррозии

Коррозионное разрушение металла является одной из существенных причин потери работоспособности и снижения долговечности металлических конструкций. Коррозией металлов называется окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой, происходящий на поверхности раздела фаз. Более всего от коррозии страдают железо и его сплавы, а также алюминий. Металлические конструкции подвержены в основном электрохимической коррозии, возникающей при соприкосновении металлов с электролитами.

При оценке технического состояния конструкций, пораженных коррозией, необходимо прежде всего определить вид коррозии. Это дает возможность сузить интервал поиска основных причин коррозионного повреждения конструкций, более точно определить влияние коррозионного повреждения на несущую способность элементов конструкций, а также разработать наиболее обоснованные мероприятия по восстановлению несущей способности и защите конструкций от коррозии.

По характеру поражения металла различают сплошную (общую) и локальную коррозию.

Сплошная коррозия в свою очередь может быть равномерной и неравномерной в зависимости от глубины поражения на различных участках поверхности. Если при коррозии нарушается одна структурная составляющая сплава (графитизация чугуна) или один из компонентов сплава, то коррозию называют структурно-избирательной (рис. 2.1).

Сплошная коррозия характерна для стали, алюминия, цинковых и алюминиевых защитных покрытий в любых средах, в которых коррозионная стойкость данного материала или металла покрытия недостаточна. Этот вид коррозии характеризуется относительно равномерным по всей поверхности постепенным проникновением вглубь металла, то есть уменьшением толщины сечения элемента или толщины защитного слоя металлического покрытия. При коррозии в нейтральных, слабощелочных и слабокислых средах элементы конструкции покрываются видимым слоем продуктов коррозии, после механического удаления которого до чистого металла поверхность конструкций оказывается шероховатой, но без видимых язв, точек коррозии и трещин. При коррозии в кислых (а для цинка и алюминия и в щелочных) средах видимый слой продуктов коррозии может не образовываться Общей коррозии наиболее подвержены, как правило, поверхности в узких щелях, зазорах и на участках скопления пыли и влаги.

Язвенная коррозия характерна в основном для углеродистой и низколегированной сталей при эксплуатации конструкций в жидких средах и грунтах, в меньшей степени — для алюминия, алюминиевых и цинковых покрытий. Язвенная коррозия низколегированной стали в атмосферных условиях чаще всего связана с неблагоприятной структурой металла, с повышенным количеством неметаллических включений, в первую очередь сульфидов с высоким содержанием марганца. Язвенная коррозия обычно сопровождается образованием толстых слоев продуктов коррозии, покрывающих всю поверхность металла или значительные ее участки вокруг отдельных крупных язв. Коррозионные язвы являются острыми концентраторами напряжений и могут оказаться инициаторами зарождения усталостных трещин и хрупких разрушений.

Наиболее опасны межкристаллитная и транскристаллитная коррозии (рис. 2.1,з, и). Первая проходит по наименее стойким границам зерен, не затрагивая зерен металла. Вторая — рассекает зерна металла, проходя через них трещиной. Межкристаллитной коррозии подвержены многие сплавы: строительные стали, нержавеющие высокохромистые и хромоникелиевые стали, дюралюминиевые сплавы и др. Межкристаллитная коррозия характеризуется относительно равномерным распределением множественных трещин на больших участках поверхности конструкций. Под оптическим микроскопом на поперечных шлифах, изготавливаемых из отобранных проб, видно, что трещины распространяются только по границам зерен металла.

Коррозионное растрескивание — вид квазихрупкого разрушения стали и высокопрочных алюминиевых сплавов при одновременном воздействии статических напряжений растяжения и агрессивных сред. Разрушение характеризуется образованием единичных и множественных трещин, связанных с концентрацией основных и внутренних напряжений. Трещины могут распространяться между кристаллами или по телу зерен. Коррозионное растрескивание характерно для сталей с повышенным содержанием водорода. Коррозионное растрескивание выявляется фрактографическим анализом проб.

Аналогичные признаки имеет коррозионная усталость — вид квазихрупкого разрушения материалов при одновременном воздействии циклических напряжений и жидких агрессивных сред. Об интенсивности коррозионной усталости судят по числу циклов до зарождения трещин или по скорости роста наиболее длинных трещин.

Основным фактором, влияющим на развитие коррозии, служит атмосферная среда. Показателями, определяющими степень агрессивности среды, являются: относительная влажность, температура, возможность образования конденсата, состав и концентрация газов и пыли, туманы агрессивных жидкостей. В зависимости от условий эксплуатации конструкции могут находиться под воздействием общезаводской атмосферы и внутрицеховой. Особенно неблагоприятным фактором является относительная влажность. Наибольшая скорость коррозии реализуется при периодическом выпадении конденсата, однако она резко возрастает уже при достижении так называемой критической влажности — для стали 70. 75 %. При наличии продуктов коррозии на поверхности конструкций критическая влажность снижается до 50. 60 %.

Степень коррозионного износа определяют измерением толщины тщательно очищенного от продуктов коррозии прокатного профиля. Измерения осуществляют с помощью скобы с индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. Замеры должны быть произведены в 10—20 местах по длине элемента для получения достоверного результата надо сделать около 200 замеров однотипных элементов.

Своевременная защита от коррозии металлических конструкций в процессе эксплуатации — одно из главных условий долговечности и надежности сооружений. Наиболее распространенным и достаточно эффективным средством для защиты металлоконструкций от коррозии являются лакокрасочные (органические) покрытия — высокомолекулярные пленки естественного и искусственного происхождения. Физико-химическую основу лакокрасочных материалов составляют многокомпонентные системы, содержащие пленкообразующие вещества, растворители, пигменты и добавки различного назначения. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, беспористым, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать хорошей адгезией и механической прочностью.

В зависимости от рода пленкообразующего вещества лакокрасочные материалы подразделяются на масляные, битумные, глифталевые, перхлорвиниловые, эпоксидные и др. В большинстве случаев материал наносится на предварительные слои грунтовки и шпатлевки, обычно в несколько покрывных слоев. Выбор типа лакокрасочного материала зависит от степени агрессивности эксплуатационной среды и определяется нормативными документами

При восстановлении защитных покрытий большое значение имеет подготовка поверхности элементов под окраску. Перед нанесением покрытия поверхность очищается механическим или химическим способом от ржавчины, старой краски, жировых и других загрязнений до степени 1 (ГОСТ 9.402-80*). К механическим способам относятся пескоструйная и дробеструйная очистка, обработка поверхности механизированным инструментом. При пескоструйной очистке применяется специальный порошок (металлический песок), расход которого примерно в 10 раз меньше по сравнению с обычным кварцевым песком. Запыленность воздуха ниже допустимой по требованиям санитарных норм. Такие же преимущества имеет и дробеструйная очистка. Применяется гидропескоструйный способ очистки, осуществляемый эжектором, подающим струю воды с песком. Для предотвращения коррозии металлической поверхности в воду добавляют -1,6 % замедлителя коррозии (ингибитора). Возможна очистка пневматическими или электрическими инструментами.

· Коррозия каменных конструкций.

Коррозия — это разрушение материалов строительных конструкций под воздействием окружающей среды, сопровождающееся химическими, физико-химическими и электрохимическими процессами.

По механизму протекания различают физическую, химическую и биологическую коррозию. Вид коррозийных процессов зависит от местоположения конструктивного элемента и характера среды. Так, подземные конструкции могут подвергаться всем видам коррозии: надземные – преимущественно физической, реже – химической коррозии.

Химическая коррозия сопровождается необратимыми изменениями материала конструкций в результате взаимодействия с агрессивной средой.

Электрохимическая коррозия возникает в металлических конструкциях в условиях неблагоприятных контактов с атмосферной средой, водой, влажными грунтами, агрессивными газами.

Наибольшее влияние на износ конструкций оказывает водная среда. Поскольку большинство конструкций зданий (фундаменты, стены, перегородки, перекрытия и элементы крыш) выполнены из искусственных материалов с пористо-капиллярной структурой, при контакте с водой они интенсивно увлажняются.

В зависимости от вида связи с материалом различают химически связанную, адсорбционно-связанную, капиллярную и свободную влагу. Последняя заполняет крупные пустоты и поры материала и удерживается в них гидростатическими силами. Такая влага легко удаляется из материала конструкции при высушивании.

Влияние влаги на процесс разрушения конструкций неодинаковое. В одних случаях она как поверхностно-активное вещество ускоряет разрушение, в других, являясь хорошим растворителем, действует в качестве химически активной агрессивной среды.

На начало разрушения каменных конструкций указывают появляющиеся на поверхности конструктивного элемента белые высолы. Они свидетельствуют о том, что в материале происходит растворение солей материала и их вынос наружу в направлении миграции растворов более низких температур. Во многих случаях при отсутствии постоянного увлажнения карбонатная корка СаСО3 выполняет функцию защиты каменных конструкций. Опасны для каменных и бетонных конструкций воды, содержащие химически активные вещества.

Коррозия конструкций из силикатных материалов.

Разрушение пористых силикатных конструкций при наличии сообщающихся пор происходит не только на поверхности, но и в толще материала. В замкнутых, не сообщающихся друг с другом порах (например, в красном кирпиче мокрого прессования) разрушительное влияние агрессивных сред проявляется в более ограниченном масштабе, чем в открытых порах. Силикатные конструкции устойчивы к щелочным агрессивным средам. Благодаря наличию в воздухе и грунтовой воде веществ (оксидов, газов), образующих растворы кислот, во влажной среде силикатные изделия быстро разрушаются.

Разрушение кирпичных стен может происходить при периодическом увлажнении и высыхании, поэтому конструкции из кирпича наиболее интенсивно подвергаются химической и физической коррозии в систематически увлажняемых местах (фундаменты, стены подвалов, стены и кирпичные перегородки влажных помещений, карнизы, сандрики и другие элементы зданий, не защищенные от попадания влаги из атмосферных осадков).

Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии должна предусматриваться, начиная со стадии проектирования сооружений и конструкций. Создавая проект сооружения, необходимо разработать мероприятия, которые обеспечат требуемую долговечность строительным конструкциям, т. е. необходимо осуществить проектирование защиты конструкций от коррозии. Проектирование защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозии следует начинать .с определения вида агрессивной среды, степени ее агрессивности и длительности воздействия, а затем на основании анализа установить вид защиты, произвести выбор материалов для ее осуществления, выработать конструктивные решения по защите и подобрать требуемые способы ее осуществления.

Различают два вида защиты бетонных и железобетонных конструкций от коррозии: первичная и вторичная.

Первичная защита от коррозии заключается в придании способности бетону и железобетону сопротивляться воздействию агрессивных сред посредством обеспечения оптимального их состава и структуры при изготовлении конструкций.

Вторичная защита от коррозии заключается в создании условий, ограничивающих или исключающих воздействие агрессивных сред на бетонные или железобетонные конструкции после их изготовления.

Первичную защиту следует проектировать путем выбора стойких составляющих бетона и железобетона, необходимых технологических параметров приготовления, уплотнения и твердения бетона, геометрической конфигурации конструкции, препятствующей образованию или уменьшению скопления агрессивных веществ на их поверхности, толщины защитного слоя бетона, обеспечения трещиностойкости конструкции и допустимого раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках. Первичная защита включает также нанесение защитного металлического, пленочного или лакокрасочного покрытия на поверхность арматуры. Металлические покрытия для защиты стальной арматуры, стальных закладных деталей и соединительных элементов железобетонных конструкций должны образовывать слой толщиной от 0,05 до 0,2 мм. В качестве материалов для покрытий следует применять алюминий или цинк. Защитные свойства металлических покрытий могут быть усилены посредством последующего нанесения на них лакокрасочных покрытий или полимерных материалов.

Вторичную защиту от коррозии следует проектировать в зависимости от требуемой химической стойкости, проницаемости, адгезии с защищаемой поверхностью, трещиностоикости и прочности путем выбора вида покрытий для защиты, материалов для защитной обработки или пропитки бетона, способов ее выполнения. Вторичную защиту от коррозии осуществляют путем пропитки бетона или нанесения лакокрасочного, пленочного, облицовочного или футеровочного защитного покрытия на поверхность бетонной или железобетонной конструкции с целью уплотнения поверхностного слоя бетона толщиной от 3 до 30 мм.

Уменьшение толщины металла от коррозии

Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно

Единая система защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости

Unified system of corrosion and ageing protection. Metals and alloys. Methods for determination of corrosion and corrosion resistance indices

Дата введения 1987-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам

Л.И.Топчиашвили, Г.В.Козлова, канд. техн. наук (руководители темы); В.А.Атанова, Г.С.Фомин, канд. хим. наук, Л.М.Самойлова, И.Е.Трофимова

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31.10.85 N 3526

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4815-84, СТ СЭВ 6445-88

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ с Изменением N 1, утвержденным в октябре 1989 г. (ИУС 2-90)

Настоящий стандарт устанавливает основные показатели коррозии и коррозионной стойкости (химического сопротивления) металлов и сплавов при сплошной, питтинговой, межкристаллитной, расслаивающей коррозии, коррозии пятнами, коррозионном растрескивании, коррозионной усталости и методы их определения.

Показатели коррозии и коррозионной стойкости используют при коррозионных исследованиях, испытаниях, проверках оборудования и дефектации изделий в процессе производства, эксплуатации, хранения.

1. ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ

1.1. Показатели коррозии и коррозионной стойкости металла определяют в заданных условиях, учитывая их зависимость от химического состава и структуры металла, состава среды, температуры, гидро- и аэродинамических условий, вида и величины механических напряжений, а также назначение и конструкцию изделия.

1.2. Показатели коррозионной стойкости могут быть количественными, полуколичественными (балльными) и качественными.

1.3. Коррозионную стойкость следует, как правило, характеризовать количественными показателями, выбор которых определяется видом коррозии и эксплуатационными требованиями. Основой большинства таких показателей является время достижения заданной (допустимой) степени коррозионного поражения металла в определенных условиях.

Показатели коррозионной стойкости, в первую очередь время до достижения допустимой глубины коррозионного поражения, во многих случаях определяют срок службы, долговечность и сохраняемость конструкций, оборудования и изделий.

1.4. Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости металла приведены в таблице. Для ряда коррозионных эффектов (интегральных показателей коррозии) приведены соответствующие им скоростные (дифференциальные) показатели коррозии.

Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости

Коррозионный эффект (интегральный показатель коррозии)

Скоростной (дифференциальный) показатель коррозии

Показатель коррозионной стойкости

Глубина проникновения коррозии

Линейная скорость коррозии

Время проникновения коррозии на допустимую (заданную) глубину*

Потеря массы на единицу площади

Скорость убыли массы

Время до уменьшения массы на допустимую (заданную) величину*

Степень поражения поверхности

Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*

Максимальная глубина питтинга

Максимальная скорость проникновения питтинга

Минимальное время проникновения питтингов на допустимую (заданную) глубину*

Максимальный размер поперечника питтинга в устье

Минимальное время достижения допустимого (заданного) размера поперечника питтинга в устье*

Степень поражения поверхности питтингами

Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*

Глубина проникновения коррозии

Скорость проникновения коррозии

Время проникновения на допустимую (заданную) глубину*

Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения, ударной вязкости, временного сопротивления разрыву)

Время снижения механических свойств до допустимого (заданного) уровня*

Глубина (длина) трещин

Скорость роста трещин

Время до появления первой трещины**

Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения)

Время до разрушения образца**

Уровень безопасных напряжений** (условный предел длительной коррозионной прочности**)

Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании**

Глубина (длина) трещин

Скорость роста трещин

Количество циклов до разрушения образца**

Условный предел коррозионной усталости**

Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионной усталости**

Степень поражения поверхности отслоениями

Скорость проникновения коррозии

Суммарная длина торцов с трещинами

Глубина проникновения коррозии

При линейной зависимости коррозионного эффекта от времени соответствующий скоростной показатель находят отношением изменения коррозионного эффекта за определенный интервал времени к величине этого интервала.

При нелинейной зависимости коррозионного эффекта от времени соответствующий скоростной показатель коррозии находят как первую производную по времени графическим или аналитическим способом.

1.5. Показатели коррозионной стойкости, отмеченные в таблице знаком*, определяют из временной зависимости соответствующего интегрального показателя коррозии графическим способом, приведенным на схеме, или аналитически из его эмпирической временной зависимости

Показатели коррозионной стойкости при воздействии на металл механических факторов, в том числе остаточных напряжений, отмеченные в таблице знаком**, определяют непосредственно при коррозионных испытаниях.

Схема зависимости коррозионного эффекта (интегрального показателя) от времени

1.6. Допускается использование наряду с приведенными в таблице показателями других количественных показателей, определяемых эксплуатационными требованиями, высокой чувствительностью экспериментальных методов или возможностью использования их для дистанционного контроля процесса коррозии, при предварительном установлении зависимости между основным и применяемым показателями. В качестве подобных показателей коррозии с учетом ее вида и механизма могут быть использованы: количество выделившегося и (или) поглощенного металлом водорода, количество восстановившегося (поглощенного) кислорода, увеличение массы образца (при сохранении на нем твердых продуктов коррозии), изменение концентрации продуктов коррозии в среде (при их полной или частичной растворимости), увеличение электрического сопротивления, уменьшение отражательной способности, коэффициента теплопередачи, изменение акустической эмиссии, внутреннего трения и др.

Для электрохимической коррозии допускается использование электрохимических показателей коррозии и коррозионной стойкости.

При щелевой и контактной коррозии показатели коррозии и коррозионной стойкости выбирают по таблице в соответствии с видом коррозии (сплошная или питтинговая) в зоне щели (зазора) или контакта.

1.7. Для одного вида коррозии допускается характеризовать результаты коррозионных испытаний несколькими показателями коррозии.

При наличии двух или более видов коррозии на одном образце (изделии) каждый вид коррозии характеризуют собственными показателями. Коррозионную стойкость в этом случае оценивают по показателю, определяющему работоспособность системы.

1.8. При невозможности или нецелесообразности определения количественных показателей коррозионной стойкости допускается использовать качественные показатели, например, изменение внешнего вида поверхности металла. При этом визуально устанавливают наличие потускнения; коррозионных поражений, наличие и характер слоя продуктов коррозии; наличие или отсутствие нежелательного изменения среды и др.

На основе качественного показателя коррозионной стойкости дают оценку типа: стоек - не стоек, годен - не годен и др.

Изменение внешнего вида допускается оценивать баллами условных шкал, например, для изделий электронной техники по ГОСТ 27597.

1.9. Допустимые показатели коррозии и коррозионной стойкости устанавливают в нормативно-технической документации на материал, изделие, оборудование.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОРРОЗИИ

2.1. Сплошная коррозия

2.1.1. Потерю массы на единицу площади поверхности , кг/м, вычисляют по формуле

Лекция. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Коррозия (разъедание, разрушение) - это самопроизвольный процесс разрушения металлического изделия в результате его взаимодействия с веществами окружающей среды на границе раздела фаз и приводящий к потере функциональных свойств изделия.

Ущерб от коррозии составляет несколько процентов от годового валового национального дохода и их классифицируют на два вида. Первичные потери (несколько процентов от общих потерь от коррозии) - обусловлены затратами связанными с изготовлением и заменой детали вышедшей из строя в результате коррозионного разрушения. Вторичные потери значительно превосходят первичные и связаны с простоем оборудования, ухудшения качества продукции, в следствие загрязнения ее продуктами коррозии и некоторыми другими потерями.

Коррозионную стойкость металлов (скорость коррозии) можно оценивать по следующим показателям:

· по изменению массы (Dm) металла при коррозии, отнесенной к единице поверхности (S) и единице времени (t) (массовый показатель – используется при равномерной или сплошной коррозии):

· по уменьшению толщины образца за единицу времени (мм/год):

П = К_масс 8760/1000r,

где r - плотность металла, г/см 3 ; 8760 – число часов в году.

Для количественной оценке коррозионной стойкости может быть использовано любое свойство металла, в том числе и изменение механических характеристик металла, если коррозия не равномерная.

Коррозионные процессы подразделяются на следующие виды: по механизму взаимодействия металла со средой; по виду коррозионной среды и по виду коррозионного разрушения.

По механизму взаимодействия окружающей среды с металлами коррозия делится на два основных типа: химическая и электрохимическая коррозия.

К химической коррозии относятся процессы, протекающие при непосредственном химическом взаимодействии металла с веществами среды и не сопровождающиеся появлением электрического тока, т.е. процесс взаимодействия материала детали с веществом происходит в один этап без разделения в пространстве и во времени. К данному виду коррозии относится газовая коррозия, протекающая при высоких температурах, и коррозия в растворах неэлектролитов.

К электрохимической коррозии относятся коррозионные процессы, протекающие в водных растворах электролитов, в расплавах солей, в щелочах и во влажном воздухе, т.к. поверхность детали покрыта тонкой пленкой воды толщиной в несколько микрон до температуры 80-100 о С.

Разрушение металла происходит под действием возникающих гальванических пар. Механизм электрохимической коррозии, определяемый разностью потенциалов пассивных (катодных) и активных (анодных) участков, сводится к работе гальванического элемента. В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов (ржавчина), так и к переходу атомов металла в раствор в виде ионов.

В растворе электролита: более активный металл посылает в раствор свой ионы, т.е. окисляется, а на менее активном металле идет процесс восстановления ионов водорода или молекул кислорода. Последние, всегда присутствуют в растворе поступая туда из воздуха.

В случае коррозии детали изготовленной из стали с анода в раствор переходят ионы железа: Fe ® Fe 2+ + 2e.

Освободившиеся электроны переходят с анодных участков к поверхности катода, где соединяются с имеющимися в растворе ионами водорода, выделяя газообразный водород: 2H + + 2e - ® H_2.

В качестве материала катода в данном случае выступают примеси других металлов или карбид железа. Последняя реакция облегчает протекание реакции окисления железа. В электрохимии данный случай коррозии называется процессс водородной деполяризацией.

На катоде, помимо выделения водорода, могут протекать и другие реакции, например восстановление кислорода (коррозия):с кислородной деполяризациейO₂ + 2H₂O + 4e - ® 4OH - .

Эти два процесса снижают поляризацию катода и увеличивают скорость коррозии.

Примеси, имеющие, более положительный стандартный электродный потенциал, способствуют увеличению электрохимической коррозии. Если в железе имеются примеси, с более отрицательным стандартным электродным потенциалом (цинк, алюминий), то анодом будут служить примеси, а катодом - железо. При этом примеси будут растворяться, защищая железо от коррозии.

Короткозамкнутые гальванические элементы могут возникать и за счет разности потенциалов между участками различной механической обработки, структуры, состояния оксидной пленки на поверхности металла, различием состава раствора у отдельных участков его поверхности и при наличии контакта различных металлов.

По характеру изменения поверхности металла в результате коррозионных процессов коррозионные разрушения могут быть нескольких видов: сплошным или равномерным, неравномерная коррозия (коррозия пятнами и язвами, точечная коррозия и структурно-избирательная коррозия(межкристаллитная коррозия - разрушение по границам зерен)).

Избирательная коррозия наиболее опасна, т.к. при малой общей площади поражений в отдельных местах может создать резкую концентрацию механических напряжений, в свою очередь содействующих дальнейшему разрушению металла. Межкристаллитная коррозия, ослабляющая связь между металлическими зернами, приводит к развитию трещин.

По виду коррозионной среды различают коррозию в жидкостях-неэлектролитах, газовую, атмосферную, морскую и почвенную коррозию, коррозию под действием блуждающих токов и другие виды.

Атмосферная коррозия происходит во влажном воздухе при обычных температурах. На скорость атмосферной коррозии влияет влажность воздуха и содержание в нем газов, наличие на поверхности металла шероховатостей, микро щелей, пор, т.е. мест, облегчающих конденсацию влаги. Коррозия сталей может быть выражена следующими уравнениями:

Fe 0 ®Fe 2+ + 2e – на анодных участках

O₂ + 2H₂O + 4e - ® 4OH - - на катодных участках

Fe 2+ + 2OH - ® Fe(OH)₂ – химическая реакция

Fe(OH)₃ ®FeO(OH) + H₂O. образование ржавчины.

Ржавчина является конечным продуктом атмосферной коррозии железа.

Почвенная коррозия приводит к разрушению проложенных под землей трубопроводов, оболочек кабелей, деталей строительных сооружений. Металл в этих условиях соприкасается с влагой грунта, содержащего растворенный воздух.

Коррозия при неравномерной аэрации наблюдается в тех случаях, когда деталь или конструкция находиться в растворе, но доступ растворенного кислорода к различным ее частям неодинаков. В этом случае восстановление кислорода протекает на более аэрируемых участках, а окисление металла - на менее аэрируемых участках поверхности.

Основные методы защиты металлов от коррозии можно сгруппировать по следующим направлениям: изоляция металла от коррозионной среды, электрохимические методы защиты (протекторная защита, электрозащита), изменение свойств коррозионной среды и изготовление детали из коррозионностойкого материала.

Изоляция металла от коррозионной средыосуществляется путем создания защитной пленки на его поверхности (окраска, нанесение смазки, создание неметаллические покрытия из неорганических веществ, покрытие слоем другого металла, практически не коррозирующего в тех же условиях - анодные (Zn, Cd, и др.)).

Цинковое покрытие является анодным по отношению к железу, т.к. стандартный электрохимический потенциал цинка более электроотрицателен, чем потенциал железа. Следовательно, цинк будет растворяться Zn = Zn 2+ + 2e, а на железе будут протекать реакции выделения водорода 2H + + 2e - ® H₂ или восстановления кислорода O₂ + 2H₂O + 4e - ® 4OH - , что зависит от состава водного раствора. Эти процессы будут протекать до тех пор, пока не будет разрушен весь слой цинка.

Никелированное железо также представляет собой гальваническую пару, где катодом служит никель, а анодом железо. Последнее обусловлено тем фактом, что стандартный потенциал никеля положительнее стандартного потенциала железа. В данном случае происходит растворение железа Fe 0 ®Fe 2+ + 2e, а на никеле, в зависимости от состава раствора, происходит реакции выделения водорода или восстановления кислорода. Т.е. никелевое покрытие защищает железо только механически, а при его повреждении ускоряет процесс коррозии железа.

Оксидирование алюминиевых изделий (анодирование) производят с использованием окислительных процессов на аноде электролизера. При этом на поверхности детали формируется плотный слой из оксида алюминия, который и защищает деталь от коррозии. В естественных условиях данный оксид формируется самопроизвольно, в частности, на изделиях изготовленных из алюминия. Широко применяется процесс фосфатирования - отложения на поверхности защищаемой детали слоя солей состоящего из дигидрофосфатов железа Fe(H₂HO₄)₂ и марганца Mn(H₂PO₄)₂.

Придать металлу устойчивость к коррозии можно путем создания защитной пленки из высокомолекулярных соединений (лакокрасочные материалы) или путем нанесения смазки неокисляющимися маслами, которые хорошо смачивают металл при повышенной температуре в жидком виде и при застывании образуют на поверхности слой, изолирующий металл от окружающей среды.

Электрохимические методы защиты. В промышленности часто применяют так называемую протекторную защиту, пригодную в те случаях, когда защищаемая конструкция находится в среде электролита. Для осуществления протекторной защиты изделие соединяют с металлом, имеющим более отрицательным потенциалом, чем потенциал металла защищаемой конструкции. Последний будет разрушаться и тем самым предохранять от коррозии конструкцию.

Электрозащита. Защищаемая конструкция, находящаяся в среде электролита, присоединяется к катоду, а кусок старого металла, присоединяемый к аноду внешнего источника постоянного тока. Поддерживая постоянное оптимальное напряжение, специально подбираемое для каждого случая, предохраняют конструкцию от коррозии.

Изменение свойств коррозионной среды. Изменение свойств окружающей среды, осуществляется двумя путями - удаление агрессивного компонента среды или введение ингибитора.

Значительное снижение скорости коррозии наблюдается при удалении влаги (паров воды) из окружающей среды, что достигается изоляцией изделий от окружающей среды путем упаковки в полимерный материал и введением в ограниченный объем веществ, способных поглощать влагу (селикагель).

Вещества, способные при незначительных добавках их к коррозионной среде эффективно уменьшать коррозию металла или сплава, называют замедлителями (ингибиторами) коррозии. Чаще всего применяют такие замедлители коррозии, добавки которых к раствору электролита вызывают заметное изменение потенциала металла в этом растворе, приближая его к потенциалу малоактивных металлов. Анодные замедлители коррозии (Na₂CO₃, фосфаты, силикаты, хроматы, нитраты) способствуют уменьшению площади анодных участков на поверхности металла, уменьшая тем самым количество растворяющегося металла. Катодные замедлители коррозии (соли магния, цинка, никеля др.) способствуют уменьшению площади катодных участков на поверхности металла, что ведет к уменьшению общей скорости коррозии за счет уменьшения количества водорода, выделяющегося на этих участках или за счет замедления диффузии кислорода, являющегося деполяризатором. Органические вещества - ингибиторы коррозии (тиомочевина, уротропин, производные аминов) также относят к катодным замедлителям.

Повышение коррозионной стойкости деталей, возможно, добиться путем изготовления их из коррозионностойких материалов, в частности из нержавеющей стали. Нержавеющие стали это сплавы железа с хромом (11 - 18 %), с хромом (17 - 26 %) и никелем (8 до 11%) или с некоторыми другими металлами. При таком содержании лигирующих металлов происходит пассивация материала, и изделие перестает подвергаться коррозионному разрушению. В некоторых случаях коррозионная стойкость повышается путем изготовления деталей из пластмасс.

Уменьшение толщины металла от коррозии

Единая система защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости

Unified system of corrosion and ageing protection. Metals and alloys. Methods for determination of corrosion and corrosion resistance indices

Дата введения 1987-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31.10.85 N 3526

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4815-84, СТ СЭВ 6445-88

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ с Изменением N 1, утвержденным в октябре 1989 г. (ИУС 2-90)

1. ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ

Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости

Коррозионный эффект (интегральный показатель коррозии)

Скоростной (дифференциальный) показатель коррозии

Показатель коррозионной стойкости

Глубина проникновения коррозии

Линейная скорость коррозии

Время проникновения коррозии на допустимую (заданную) глубину*

Потеря массы на единицу площади

Скорость убыли массы

Время до уменьшения массы на допустимую (заданную) величину*

Степень поражения поверхности

Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*

Максимальная глубина питтинга

Максимальная скорость проникновения питтинга

Минимальное время проникновения питтингов на допустимую (заданную) глубину*

Максимальный размер поперечника питтинга в устье

Минимальное время достижения допустимого (заданного) размера поперечника питтинга в устье*

Степень поражения поверхности питтингами

Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*

Глубина проникновения коррозии

Скорость проникновения коррозии

Время проникновения на допустимую (заданную) глубину*

Время снижения механических свойств до допустимого (заданного) уровня*

Глубина (длина) трещин

Скорость роста трещин

Время до появления первой трещины**

Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения)

Время до разрушения образца**

Уровень безопасных напряжений** (условный предел длительной коррозионной прочности**)

Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании**

Глубина (длина) трещин

Скорость роста трещин

Количество циклов до разрушения образца**

Условный предел коррозионной усталости**

Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионной усталости**

Степень поражения поверхности отслоениями

Скорость проникновения коррозии

Суммарная длина торцов с трещинами

Глубина проникновения коррозии

Схема зависимости коррозионного эффекта (интегрального показателя) от времени

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОРРОЗИИ

2.1. Сплошная коррозия

2.1.1. Потерю массы на единицу площади поверхности , кг/м, вычисляют по формуле

Способы снижения интенсивности и скорости коррозии металлических изделий

Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлических поверхностей под влиянием взаимодействия металла с окружающей средой. Особенно сильно проявляя себя при повышенных механических и температурных напряжениях, коррозионные процессы наносят большой ущерб стальным конструкциям. Правильно оценить скорость коррозии означает повысить долговечность изделия.

Классификация видов ржавчины
Механизмы возникновения и развития коррозионных явлений
Электролитическая
В присутствии кислот
В присутствии нагрузок
Методы оценки коррозионных процессов
Определение быстроты процессов коррозии
Практика коррозионных испытаний металлов
Способы снижения коррозии: механизм и эффективность
Покрытие металлами
Окрашивание

Классификация видов ржавчины

Коррозия классифицируется по следующим признакам:

По равномерности протекания. Встречается более равномерная, поверхностная коррозия (при которой с одинаковой степенью уменьшается толщина стенки изделия) и неравномерная, очаговая коррозия, которая характеризуется возникновением поврежденных точек или язв на стальной поверхности.
По направленности действия. Встречается избирательная коррозия, при которой поражаются только определенные составляющие структуры металла, и контактная, разрушающая определенный металл (для биметаллических соединений).
По масштабам своего действия известны такие виды коррозии, как межкристаллитная, разрушительно действующая по границам зерен стали (с постепенным распространением вглубь), и объемная, поражающая всю поверхность одновременно.

Интенсивность коррозии значительно увеличивается, если кроме неблагоприятных изменений/колебаний температуры и влажности на контактную поверхность металла дополнительно влияют напряжения растяжения, а также химически агрессивная среда.

Интенсивность коррозии многократно возрастает из-за растрескивания между смежными кристаллитами и их блоками. Еще агрессивнее на сталь воздействуют внешние растягивающе-сжимающие напряжения.

Механизмы возникновения и развития коррозионных явлений

Поскольку большинство стальных поверхностей работают в среде определенной влажности, а также в воде, водных растворах солей, кислот и щелочей, то преобладающим механизмом появления ржавчины является электролитический. Исключение составляет лишь печная коррозия, которая возникает в металлических конструкциях нагревательных устройств: там поверхностное разрушение происходит за счет образования высокотемпературной ржавчины – окалины.

Электролитическая

При электролитической коррозии в присутствии кислорода происходит реакция гидратации железа стали, конечным продуктом которой является гидрат окиси железа Fe(OH)2. Такое явление называют коррозией анодного типа. Но на этом процесс не заканчивается. Гидрат окиси железа – вещество нестабильное и в присутствии воды (или водных паров) довольно быстро распадается на различные окислы железа:

при повышенных температурах образуется преимущественно закись железа FeO;
при комнатных либо чуть выше – окись железа Fe2O3;
при промежуточных (в диапазоне температур +250…+450°C) – магнитная закись-окись железа Fe3O4.

В любом случае поверхность стали ржавеет, только индикаторы данного явления могут быть либо красновато-коричневыми, либо серовато-желтыми.

В присутствии кислот

Несколько иной механизм образования ржавчины происходит в присутствии кислот, кислых растворов либо жидких сред, которые не содержат кислорода. Здесь происходит анодное растворение стали с образованием гидридов – соединений железа с водородом. Но последние являются химически нестойкими веществами, быстро окисляются в воздушной и влажной среде и также образуют ржавчину, только более рыхлую. Особенно быстро распадаются гидриды железа тогда, когда в атмосфере или окружающей среде присутствуют соединения серы.

В присутствии нагрузок

По третьей схеме происходит коррозия при наложении внешних нагрузок на контактные поверхности. Здесь, помимо двух традиционных составляющих, обязательно присутствует третий компонент – смазка. Поскольку все органические соединения всегда содержат кислород и водород, то при повышении температуры на контакте начинают протекать механохимические реакции окисления смазки. Они заканчиваются тем, что вместо снижения трения отработанная и частично уже разрушенная смазка начинает активно окислять поверхности, образуя ржавчины.

Методы оценки коррозионных процессов

Интенсивность коррозии относительно стали определяется в зависимости от характера коррозионных явлений. Начинают обычно с визуального выявления наличия ржавчины на поверхности.

С помощью обычного микроскопа или даже лупы можно довольно точно оценить интенсивность коррозионных процессов и степень повреждения поверхности металла.

Более точно определяют степень повреждения так называемые показатели коррозии. С их помощью можно выяснить:

потерю массы изделия вследствие коррозии;
уменьшение линейного размера детали или конструкции;
интенсивность повреждения в зависимости от времени пребывания детали в коррозионно-активной среде.

Кроме количественной оценки наличия ржавчины, возможна и качественная. Ее индикаторами являются выявленные изменения микроструктуры стали. Так, выявляют межкристаллитную или избирательную коррозию. Гораздо реже интенсивность и скорость коррозии определяется по изменению химического состава окружающей металл среды или по количеству выделенного водорода.

Конкретные показатели коррозии, которые влияют на скорость коррозии, включают в себя:

Интегральная коррозионная характеристика. Она рассчитывается как потеря массы стального изделия за год, деленная на площадь поверхности, на которой появилась ржавчина. При этом подвергшейся коррозии поверхностью стали считается такая, на которой имеются даже единичные поврежденные точки.
Линейная коррозия. Рассчитывается в зависимости от плотности детали и толщины корродировавшего за год слоя изделия.

Какую величину лучше использовать? Если есть возможность точно взвесить деталь до и после ее эксплуатации либо оценить изменения в химическом составе раствора, в котором эта деталь функционировала, то предпочтительнее интегральная оценка коррозионных процессов. В частности, оценивают работоспособность контактной смазки. Если деталь проверяется лишь несколько раз за год либо оценку интенсивности коррозионных явлений необходимо выполнить оперативно, то лучше использовать второй параметр.

Определение быстроты процессов коррозии

Показатели коррозии помогают определить и интенсивность неблагоприятных изменений. Для этого используют понятие «скорость коррозии металла». Ее можно оценить двумя различными характеристиками, изменяющимися во времени.

Индикаторы коррозии можно установить по следующим количественным характеристикам:

по площади корродируемой поверхности;
по суммарной потере массы;
по изменениям в плотности;
по времени пребывания детали или конструкции в коррозионной среде (сутки);
по уменьшению толщины.

При этом количественными критериями для оценки характера коррозии стали в течение определенного периода времени могут быть:

абсолютные коррозионные потери по площади;
изменение линейных размеров изделия;
линейное коррозионное сопротивление;
скорость коррозии;
линейная скорость коррозии (миллиметров в год);
суммарная коррозионная стойкость или долговечность.

На практике применение того или иного критерия зависит от способа защиты металлической поверхности. Ее можно окрасить атмосферостойкими красками, а можно использовать металл с защитными покрытиями. Если коррозия протекает равномерно, тогда эффективность защиты может быть оценена более точно.

Если же интенсивность образования ржавчины в разных местах изделия различна, то выбрать наиболее целесообразный способ защиты можно только тогда, когда деталь нагружается внешними растягивающими напряжениями. Тогда со временем изменяется не только внешний вид поверхности, но и некоторые ее физические характеристики, в частности, теплопроводность и электросопротивление.

Практика коррозионных испытаний металлов

Индикаторами коррозии являются климатические факторы – температура, состав и относительная влажность окружающей среды, характер распределения внешних нагрузок. Во внимание необходимо принимать также изменение освещенности по времени суток, количество осадков, возможное загрязнение воздуха. Например, в зонах выбросов дымовых отходов вблизи химических комбинатов и металлургических производств, сопровождающихся резким увеличением процентного содержания SO2, коррозионные процессы резко активизируются.

В качестве индикаторов коррозионной активности можно использовать количественные зависимости коррозии от времени:

Линейные – чаще всего это характерно для металлических поверхностей, не имеющих защитного покрытия.
Экспоненциально убывающие – встречаются при кислотной коррозии обычных металлов и сплавов.
Экспоненциально возрастающие – когда на поверхности детали имеется защитное покрытие.

Интенсивность образования ржавчины при таких условиях снижают:

малая скорость ветра;
пониженная цикличность во времени изменения показателей относительной влажности;
характер воздействия коррозионно-активной среды на поверхность.

При слабом ветре или его отсутствии нет условий для перемешивания потока, омывающего контактную поверхность стали. При длительных фазах пониженной и повышенной влажности в течение года пленка поверхностной ржавчины успевает сформироваться, набухнуть и отделиться от основного металла. Толщина поверхности снизится, зато коррозионные процессы вынуждены «запуститься» сначала, а для этого требуется не только время, но и подходящие условия – ветер или изменения в химическом составе воздуха, что бывает далеко не всегда.

Влага, кислота или щелочь могут попадать на поверхность стали в виде капель либо струйным путем. Первый способ характерен для зон с повышенным количеством осадков, а второй – для неблагоприятной окружающей среды, в которой функционирует деталь или металлическая конструкция.

Способы снижения коррозии: механизм и эффективность

Способность окрашенной поверхности противостоять коррозионным процессам зависит от того, какой механизм коррозии преобладает. Например, при постоянном во времени воздействии химически активной среды существенно изменяется разность потенциалов внешней поверхности металлического изделия и его внутренних объемов. При этом возникают коррозионные токи, усиливающие процесс коррозии (явление, часто вызывающее разрушение стальных труб в подземных трубопроводах). Здесь окрашивание не дает никакого эффекта, поскольку химический состав поверхности, покрытой слоем краски, со временем не меняется.

Покрытие металлами

Иное дело, когда поверхность покрыта металлом, имеющим отрицательный электролитический потенциал по отношению к окислительно-восстановительным процессам. При преобладании окислительных реакций сталь эффективнее защитить путем нанесения поверхностного покрытия, содержащего в себе алюминий и цинк, – металлы, которые по своей кислородной активности стоят «левее» железа.

Такие процессы – цинкование и алюминирование – широко применяются в практике антикоррозионной защиты стальных узлов и отдельных деталей, находящихся в окислительной среде. Окрашивание в данных ситуациях носит вспомогательный характер, для повышения декоративных характеристик поверхности.

В восстановительной среде процесс образования гидридов железа может быть эффективно блокирован созданием поверхностных покрытий из металлов, находящихся «правее» водорода: это медь и все благородные металлы. Меднение, хоть и используется на практике, обычно выполняется для относительно небольших по площади поверхностей, поскольку является весьма затратным процессом в плане финансов. Именно для таких ситуаций можно и нужно применять окрашивание.

Окрашивание

Защитная роль красок состоит в том, что в их составе всегда присутствуют ингибиторы коррозии – компоненты, замедляющие во времени скорость протекания процессов окалинообразования. Химические формулы веществ-ингибиторов разработаны таким образом, что в результате приостанавливается появление ржавчины. Эластичность современных окрашивающих составов позволяет покрытиям успешно противостоять также и поверхностным напряжениям, которые провоцируют начало коррозионных процессов.

Антикоррозионные свойства красок увеличиваются, если в их составе находятся кремнийорганические полимеры, которые повышают способность окрашенной поверхности противостоять перепадам влажности и температуры независимо от времени года. Однако такие краски обладают двумя существенными недостатками:

ядовиты;
малоэффективны в условиях электролитического механизма коррозии.

Таким образом, правильно подобранные красящие составы могут достаточно эффективно блокировать коррозионные процессы. Для этого они должны содержать в себе ингибиторы коррозии, иметь достаточную эластичность и механическую прочность, незначительно изменяющуюся со временем.

Читайте также: