Главная Обратная связь

Дисциплины:






КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ В ЕСТЕСТВЕННЫХ



УСЛОВИЯХ

 

Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия– является самым распространенным видом коррозии. Примерный подсчет показывает, что около 80% металлических конструкций эксплуатируется в атмосферных условиях. Т.е. более половины общих коррозионных потерь приходится на долю атмосферной коррозии.

Основным фактором, определяющим механизм коррозии и ее скорость, является степень увлажненности поверхности корродирующего металла, т.е. толщина пленки влаги на поверхности металла - d.

 

4.1.1 Типы атмосферной коррозии

1. Сухая (d до 0,01 мкм) – полное отсутствие пленки влаги на поверхности металла, влажность до 30% , механизм – химический.

2. Влажная (d = 0,01¸0,1 мкм) – тончайшая, невидимая пленка влаги, образующаяся в результате капиллярной, адсорбционной или химической конденсации при относительной влажности воздуха 30-99% , механизм – электрохимический.

3. Мокрая (d > 0,1 мкм) – видимая пленка влаги, относительная влажность 100% , механизм – электрохимический, капельная конденсация влаги, непосредственное попадание влаги на металл.

 
 


Vк.

2 3

1. Сухая.

2. Влажная.

3. Мокрая.

1

 
 


-2 -1 0 lg δ

0,01 0,1 1

Рисунок 4.1 Зависимость скорости атмосферной коррозии от толщины пленки влаги на поверхности металла

Толщина пленки d меняет течение катодных и анодных процессов. В зависимости от толщины dвозможен различный контроль:

1. анодный – на поверхности металла образуется защитная пленка;

2. омический– при тонких пленках влаги;

3. катодный – при больших пленках влаги.

 

iО2

 

 

 

δ

Рис.4.2 Зависимость плотность катодного тока от толщины пленки влаги на поверхности металла

 

4.1.2 Причины появления пленки влаги

 

1. Капиллярная конденсация – обусловлена зависимостью давления паров, насыщающих пространство, от формы поверхности и степени кривизны мениска жидкости, над которой устанавливается равновесное давление паров.

Р1 < Р0 < Р2

               
       
 
 

Рис.4.3 Влияние формы поверхности жидкости на давление насыщенных паров

 

2. Адсорбционная конденсация влаги – обусловлена проявлением адсорбционных сил на поверхности металла и способна создавать слои влаги до нескольких десятков молекулярных слоев.

3. Химическая конденсация влаги – продолжение развития адсорбционной конденсации в виде химического взаимодействия продуктов коррозии с водой с образованием гидратированных соединений, которые соответствуют понижению давления частиц водяного пара.



4. Физическая капельная конденсация влаги – происходит при относительной влажности воздуха близкой к 100 % (дождь).

 

4.1.3 Факторы атмосферной коррозии

1. Влажность воздуха

2. Примеси воздуха:

2.1. посторонние, не входящие в элементарный состав воздуха , газы (SO2 ,SO3, H2S , NH3 , HCl ) , попадая в пленку влаги , увеличивают ее электропроводность и гигроскопичность продуктов коррозии ;

2.2. твердые частицы, попадая из воздуха на корродирующую поверхность металла (NaCl , Na2SO4 и др.), увеличивают электропроводность пленки, гигроскопичность продуктов коррозии, облегчают адсорбцию различных газов и влаги из воздуха и конденсацию влаги.

3. Характер атмосферы и географический фактор.

4. Химическая природа металла.

5. Время пребывания влаги на поверхности металла.

6. Катодные включения (Cu , Pb) заметно повышают коррозионную стойкость железоуглеродистой стали в атмосфере.

7. Продукты коррозии металла, которые остались на нем (хорошо сцепляясь с ним) оказывают большее (Pb , Al) или меньшее (Ni , Zn) защитное действие, уменьшая со временем скорость коррозии.

8. Температура.

При повышении температуры уменьшается относительное влияние воздуха, что затрудняет конденсацию влаги, облегчает испарение пленки и уменьшает скорость коррозии.

 

4.1.4 Способы защиты

1. Нанесение различных защитных неметаллических покрытий.

2. Уменьшение слоя электролита на поверхности корродирующего металла путем уменьшения влажности (осушки) воздуха.

3. Торможение анодного процесса коррозии путем легирования стали легкопассивирующимися металлами (Cr , Ti , Ni , Al ) или катодными добавками (Cu ).

4. Использование различных замедлителей коррозии.

 

 

Подземная коррозия

 

Почва и грунтсодержат различные химические реагенты, влагу и обладают электропроводностью. Это делает их коррозионно-активными элементами по отношению к металлической конструкции, находящейся под землей.

Почва и грунт – капиляропористые, чисто коллоидные системы, поры которых заполнены воздухом и влагой.

Вода с частицами почвы может быть связана:

1. Физико-механически – поры или поверхность пленки на стенах пор;

2. Физико-химически – коллоидные образования, адсорбционные пленки;

3. Химически – гидратированные химические соединения.

 

4.2.1 Особенности подземной коррозии

1. Возникновение и работа макрокоррозионных пар.

2. Большое влияние омического сопротивления грунта в связи со значительной ролью работы макрокоррозионных пар.

3. Почти полное отсутствие механического перемешивания и конвекции твердого основания.

4. Преимущественно язвенный характер коррозионного разрушения.

 

4.2.2 Механизм

В большинстве случаев, за исключением очень сухих почв и грунтов, подземная коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму. Но в сильно кислых грунтах может происходить и водородная деполяризация, но в основном кислородная деполяризация. Т.к. доставка кислорода затруднена, то поэтому очень часто присутствует катодный контроль. Анодный контроль более вероятен в рыхлых и сухих грунтах, смешанный катодно-омический – вследствие работы макрогальванопарпар.

 

 

О2

А песок глина

К К А

 
 

Рис.4.3 Схема образования макрогальванопар при подземной коррозии

 

Места более затрудненные к доступу кислорода являются анодами, а более аэрируемые – катодами.

 

Подземная коррозия делится на:

1. грунтовую;

2. коррозию блуждающими токами.

Процессы, протекающие в грунтах, протекают по чисто электрохимическому механизму

А : Ме0 ® Ме2+ × z Н2О + zе

К1 : О2 + 4е + 2Н2 О ® 4ОН-

Если грунт кислый, в котором pH =4 , то появляется вторая катодная реакция

К2: Н+ + е → ½ Н2

 

 

4.2.3 Вторичные продукты коррозии

Грунтовая коррозия отличается от других видов коррозии тем, что в результате затрудненности отвода продуктов коррозии на поверхности металла, находящегося в грунте, скапливаются вторичные продукты, к которым относятся образуемые соли и гидроксиды железа:

Меz+ + ОН- ↔ Ме(ОН)z → МеО

Меz+ + СО3- → МеСО3

Меz+ + SO42- → МеSO4

Меz+ + Cl- → МеClz

 

4.2.4 Факторы подземной коррозии

1. Наличие влаги

V

 
 

 


Влажность,%

Рис.4.4 Зависимость скорости коррозии от влажности грунта

 

2. Воздухопроницаемость

Глинистые грунты менее агрессивны, чем песчаные.

3. Электропроводимость.

Она зависит от влаги, состава и количества

солей и структуры. Увеличение засоленности грунта

облегчает протекание анодного и катодного процесса, снижает электросопротивление. Электропроводимость характеризует агрессивность грунта

4. Кислотность характеризуется колебаниями в пределах pH = 4 ¸8

В зависимости от рН грунта может протекать несколько катодных реакций.

5. Неоднородность грунта по его структуре, плотности, составу, влажности, кислотности и т.д. приводит к возникновению МГЭ и усилению коррозии.

6. Микроорганизмы могут вызывать ускорение коррозии:

-анаэробные – не любят О2. Они, используя сульфат-ионы, окисляют их до сульфид-ионов, при этом образуется сероводород, который очень агрессивен по отношению к металлу.

-аэробные – любят О2. Продуктом их жизнедеятельности является серная кислота, образуемая в результате окисления сульфид-ионов. Таким образом, любые бактерии способствуют резкому увеличению скорости грунтовой коррозии.

 

7. Температура грунта

Увеличивает скорость коррозии.

 

 

4.2.5Блуждающие токи

Обусловлены утечками тока с рельсов электротранспорта, работающего на постоянном токе. Скорость коррозии при этом может возрастать в десятки раз.

Источникамимогут быть:

- электропередачи системы провод – земля;

- электролизеры и гальванические ванны;

- катодные установки;

- работающие сварочные агрегаты;

- заземления постоянного тока и т.д.

Переменный блуждающий ток также опасен, но скорость разрушения им меньше, чем постоянным током.

 

Å

       
   
 
 

 

 


рельс Q

 
 


почва

 
 


труба

К А

Рис.4.5 Схема образования блуждающими токами макрогальванопар

 

4.2.6 Методы защиты

1. Нанесение защитных изолирующих покрытий.

2. Электрохимическая катодная защита от внешнего источника постоянного тока или при помощи протекторов.

3. Создание искусственной среды, замедляющей развитие коррозии.

4. Специальные методы укладки.

5. Дренаж, отводка.

 

4.3 Морская коррозия

 

4.3.1 Особенности морской коррозии

1. Высокая электропроводность (χ) обусловлена наличием 1-4% солей, главным образом хлоридов и сульфатов Mg , Ca , K , Na.

2. Большая агрессивность за счет присутствия агрессивных ионов:

К+ Na+ Ca2+ Mg2+ Ba2+

Cl- I- NO32- SO42- CO32-

3. Высокая аэрируемость (перемешивание) за счет волн и брызг.

4. Высокая концентрация кислорода (большая поверхность и перемешивание).

5. Сильное проявление контактной коррозии.

6. Значительное влияние биологического фактора.

 

4.3.2 Характер разрушения

Наряду с общей равномерной коррозией наличие на поверхности металла глубоких коррозионных поражений – язв.

 

4.3.3 Механизм морской коррозии

Коррозия металла протекает по электрохимическому механизму преимущественно с кислородной деполяризацией.

 

4.3.4 Контроль

Смешанный диффузионно-кинетический катодный контроль, который в зависимости от условий может переходить в преимущественно диффузионный (неподвижная морская вода, наличие большого количества вторичных продуктов коррозии) или преимущественно кинетический (при быстром движении морской воды или судна). Катодный процесс коррозии при этом идет на поверхности металла с защитной оксидной пленкой в то время как анодный процесс протекает в порах, трещинах и др. дефектах пленки.

4.3.5 Факторы морской коррозии

1. Общая соленость мало влияет на коррозию.

2. Движение морской воды влияет на скорость диффузии кислорода, что приводит к росту скорости коррозии металла до некоторого предела.

3. Влияние температуры.

4. Металл, его состав.

5. Глубина погружения.

6. Второстепенные составляющие морской воды:

- кремнекислые соединения и углекислый кальций дают осадки на металле, которые могут оказать защитные действия;

- йод и бром ускоряют коррозию, играя роль дополнительного катодного деполяризатора;

- сероводород облегчает коррозию.

7. Прокатная окалина на поверхности металла, находящегося в условиях морского климата, играет роль эффективного катода, что увеличивает коррозию.

8. Зазоры и щели в условиях морской атмосферы усиливают коррозию.

9. Электрокоррозия (проявляется за счет высокой электропроводности морской воды).

10. Биологический фактор (действие бактерий).

 

4.3.6 Методы защиты

1. Удаление окалины с поверхности металла.

2. Применение низко легированного металла.

3. Применение принципов рационального конструирования.

4. Предупреждение электрокоррозии.

 

 

4.4 Коррозия металлов на металлургических предприятиях

 

Наиболее агрессивная атмосфера на металлургических предприятиях в травильных цехах: она характеризуется высоким содержанием паров хлора (при соляно кислотном травлении), паров серной кислоты (при травлении в серной кислоте).

При обезжиривании металлов перед травлением от окалины используют растворы обезжиривания. Так как процессы ведутся при повышенных температурах, в воздух попадают пары щелочи. На поверхности металла конденсируется влага, содержащая все агрессивные примеси воздуха. В результате на поверхности металла образуется пленка либо кислоты, либо щелочи.

Все эти агрессивные пары, в том числе и водяные, приводят к значительному разрушению от коррозии металлоконструкций этих цехов. Коррозия протекает по чисто электрохимическому механизму.

В цехах горячей прокатки агрессивность среды создается за счет повышенной температуры.

В трубоэлектросварочных цехах на коррозию металла влияет сварка и повышенная температура.

В доменных цехах коррозия усиливается за счет содержания в воздухе различных газов: H2 , CO , CO2 , SO2 , SO3 , оксидов азота , пыли , NH3 , H2S , HF , Cl2 , HCl , которые при выпадении осадков превращаются в кислоты , щелочи и другие агрессивные соединения.


5. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

 

5.1 Межкристаллитная коррозия (МКК)

 

МКК – является одним из наиболее опасных видов местной коррозии, приводящей к избирательному разрушению границ зерен, что сопровождается потерей прочности и пластичности сплава (часто без изменения внешнего вида). Наблюдается у многих сплавов: хромистых, хромоникелевых, никелевых, алюминиевых и др.

 

Классификация:

1. Растворение избыточных фаз на границах зерен.

2. Растворение возле выпавших фаз.

3. Растворение границы зерна, где высокая концентрация одного из компонентов.

 

Причиной склонности сплавов к МКК чаще всего являются структурные превращения на границах зерна – выпадение на границах зерна карбидов хрома типа CrхСy .

МКК связана с обеднением границ зерен хромом и выпадением богатых хромом карбидов ( Cr23С6 или ( Cr , Fe)23 С6 ). Резкое изменение концентрации хрома в прикарбидном слое связано с тем , что размеры ионов Cr и С различны (у Cr больше). И поэтому ионы Cr не успевают продиффундировать из зерна в прикарбидный слой. Ионы углерода диффундируют быстрее и поэтому изменение концентрации Cr в прикарбидном слое незначительна по сравнению с углеродом.

В образовании карбидов участвует почти весь углерод, находясь в сплаве, а Cr – только находясь у границ зерен.

 

5.1.1Факторы МКК

1. Температура и время.

2. Состав стали:

- чем больше углерода, тем больше склонность к МКК;

- В, Р, Si в определенных концентрациях увеличивают склонность к МКК;

- Ni почти не оказывает влияния;

- Mg увеличивает склонность к МКК;

- Ti уменьшает склонность к МКК;

- Hg, Nb, Ta уменьшают склонность к МКК.

3. Среда, дающая активно-пассивное состояние провоцирует коррозию.

 

Ножевая коррозия - это коррозия местного вида, возникающая в сварных конструкциях в очень узкой зоне на границе сварной шов – основной металл.

 

Защита от МКК

 

1. Уменьшение содержания углерода.

2. Введение карбидообразующих элементов.

3. Закалка при высоких температурах.

4. Правильная термообработка.

 

 





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...