Лекция 3. Классификация коррозионных процессов (2 ч).
Как видно из предыдущих лекций, запишем: коррозия является чрезвычайно сложным, многофакторным и зачастую многостадийным процессом, в котором могут участвовать различные металлы и окислители разного типа. В связи с этим существует большое множество разновидностей коррозионных процессов и, как следствие, большое количество способов их классификации по различным признакам.
Важнейшее различие между коррозионными процессами заключается в природе происходящих в них взаимодействий. Существует два основных типа коррозии – химическая (ХК) и электрохимическая (ЭХК).
ХК – это обычная гетерогенная химическая реакция, проходящая по механизму ОВР с участием металла и окислителя из окружающей среды. Она может протекать в любых средах. В процессе ХК электрический ток не возникает.
ЭХК – это электрохимический процесс, в котором химическая энергия проходящих в нем ОВР превращается в энергию электрического тока. ЭХК может протекать только в токопроводящих средах, способных играть роль гальванических элементов, т.е. в системах, содержащих электролиты и имеющих участки с различным значением электродных потенциалов (анод и катод). Поэтому ЭХК всегда сопровождается образованием электрического тока.
Способы классификации коррозионных процессов.
1. Классификация коррозионных сред по степени их воздействия на металлы:
а) неагрессивные;
б) слабоагрессивные;
в) среднеагрессивные;
г) сильноагрессивные.
При определении степени агрессивности среды учитывают условия эксплуатации металлических конструкций и сооружений. Например, степень агрессивности среды по отношению к оборудованию и конструкциям, находящимся на открытом воздухе и не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе.
|
|
2. Классификация по типу агрессивной среды:
а) Атмосферная коррозия – это коррозия в атмосфере влагосодержащих газов в естественных условиях.
б) Газовая коррозия – это коррозия в газовой среде при высоких температурах (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.).
в) Жидкостная коррозия – протекает в среде жидких электролитов или неэлектролитов.
г) Подземная, или почвенная коррозия. Рассмотрим на примере Вашей отрасли. При подземной прокладке стальные трубопроводы подвергаются почвенной коррозии. В грунтах почти всегда содержатся соли, кислоты, щелочи и органические вещества, которые вредно действуют на стенки стальных труб. В некоторых случаях такая коррозия может вызвать очень быстрое появление сквозных свищей в металле трубы и этим вывести трубопровод из строя, такие разрушения происходят особенно часто в трубопроводах, уложенных без достаточной защиты от коррозии. Если трубопроводы защищены только изоляционным покрытием, то сквозные коррозионные повреждения возникают уже через 5-8 лет после укладки трубопроводов в грунт вследствие почвенной коррозии.
д) Структурная коррозия – это коррозия, обусловленная неоднородностью структуры металла.
е) Коррозия при воздействии внешних токов (анодное или катодное заземление) или блуждающих токов т.е. токов, проходящих по незапланированным маршрутам.
|
|
3. Классификация по условиям протекания коррозионного процесса:
а) контактная коррозия – происходит при контакте разнородных металлов в электропроводящей среде;
б) щелевая коррозия;
в) коррозия при неполном погружении;
г) коррозия при полном погружении;
д) коррозия при переменном погружении;
е) коррозия при трении;
ж) межкристаллитная коррозия;
з) коррозия под напряжением – проходит вследствие возникновения и развития трещин при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающего механического напряжения;
и) микробиологическая коррозия – металл разрушается вследствие того, что он служит питательной средой для микроорганизмов, или под действием продуктов, образующихся в результате их жизнедеятельности. Биохимическая коррозия, как правило, протекает в растворах электролитов;
к) коррозия под действием радиации, которая может изменить свойства металла, однако наиболее важное влияние радиация оказывает на свойства агрессивной окружающей среды, а также на эффективность защитного действия ингибиторов и оксидных пленок на поверхности металла.
4. Классификация по характеру агрессивной среды:
а) кислотная коррозия;
б) шелочная коррозия;
в) солевая коррозия;
г) морская коррозия.
5. Классификация по типу разрушений.
Различают сплошную, или общую, и местную коррозию. При равномерном распределении коррозионных разрушений по всей поверхности металла коррозию называют равномерной или сплошной. Для конструкций и аппаратов она не представляет особой опасности, особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм.
|
|
Виды общей коррозии:
а) равномерная – протекает с одинаковой скоростью на всей поверхности металла. Примеры: коррозия углеродистой стали в серной кислоте, ржавление железа, потускнение серебра;
б) неравномерная – протекает на разных участках с неодинаковой скоростью, например, коррозия углеродистой стали в морской воде или в присутствии анионов хлора;
в) избирательная – избирательно разрушается (растворяется) один или несколько компонентов сплава, после чего остается пористый остаток, который сохраняет первоначальную форму и кажется неповрежденным. Пример: коррозия ферритных вкраплений в составе чугуна.
Если коррозия происходит лишь на отдельных участках поверхности металла, то ее называют местной. Она гораздо опаснее, хотя потери металла могут быть и небольшими. Опасность заключается в том, что в результате снижения прочности отдельных участков резко уменьшается надежность конструкций и аппаратов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода и растворы солей, в т.ч. хлоридов Na, Ca и Mg. Особенно большие неприятности связаны с хлоридом натрия, который разбрасывают в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда. В присутствии солей они плавятся, и образующиеся растворы стекают в канализационные трубы. В США применение для этой цели солей приводит к потерям на сумму 2 млрд. долларов в год в связи с коррозией двигателей и 0,5 млрд. на дополнительный ремонт дорог, подземных магистралей и мостов.
Разновидности местной коррозии (рис. 1, 2 и 3):
а) пятнами – поражение распространяется сравнительно неглубоко и занимает относительно большие участки поверхности (коррозия латуни в морской воде)
б) язвенная – глубокие поражения локализуются на небольших участках поверхности (коррозия стали в грунте)
в) точечная, или питтинговая – коррозия поражает металл в отдельных точках на большую глубину, в некоторых случаях насквозь. Она приводит к образованию сквозных поражений в виде точечных полостей – т.н. питтингов и является одной из самых опасных. Пример: коррозия нержавеющей стали в морской воде, растворах солей, в охлаждающих системах холодильных машин, в системах обьоротного водоснабжения химических предприятий. К питтинговой коррозии склонно большинство металлов и их сплавов.
г) сквозная
д) подповерхностная
е) структурно-избирательная (возникает на определенных участках профиля поверхности)
ж) щелевая – вызывает разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и т.п.
з) ножевая (коррозия сварных швов).
и) контактная
к) межкристаллитная (межкристаллическая) – разрушение металла проходит по границам кристаллитов, т.е. зерен металла, протекает быстро, глубоко и вызывает катастрофические разрушения. Этот вид коррозии опасен тем, что внешний вид металлического изделия не изменяется, но при этом металл теряет прочность и пластичность Примеры: коррозия нержавеющей стали в кислых средах или при сплавлении алюминия с хромоникелем.
Рис. 1 Виды коррозии: а - пятнами; б - язвенная; в - точечная; г -подповерхностная; д - структурно-избирательная; е -межкристаллитная; ж -коррозионное растрескивание
Рис. 2. Виды коррозионных разрушений: а — равномерное; б — местное; в — точечное; г — избирательное; д — межкристаллическое; е — транскристаллическое.
л) транскристаллитная (транскристаллическая) – разрушение по границам кристаллитов имеет значительно большую протяженность, чем в межкристаллитной коррозии.
м) Коррозия в условиях механического воздействия. Этому типу разрушения подвергаются инженерные сооружения, работающие как в жидких электролитах, так и в атмосферных и подземных условиях. Наиболее типичными видами являются:
– коррозионное растрескивание (КР) – возникает при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и механических напряжений, например, если металл подвергается постоянному растягивающему напряжению в коррозионной среде. В металле появляются трещины транскристаллитного характера, которые часто приводят к полному разрушению изделий. КР может быть вызвано абсорбцией водорода, образовавшегося в процессе коррозии. Примеры: щелочная хрупкость котлов, сезонное растрескивание латуней, также растрескивание некоторых конструкционных высокопрочных сплавов;
– коррозионная усталость – вызывается воздействием коррозионной среды и знакопеременных или пульсирующих механических напряжений. Этот вид разрушения также характеризуется образованием меж- и транскристаллитных трещин. Примеры: разрушения металлов при эксплуатации валов гребных винтов, рессор автомобилей, канатов, штанг глубинных насосов, охлаждаемых валков прокатных станов и др.
– коррозионная кавитация – является следствием энергичного механического воздействия коррозионной среды на поверхность металла и может приводить к весьма сильным местным разрушениям металлических конструкций, например, гребных винтов морских судов.
– коррозионная эрозия – вызывается механическим истирающим воздействием другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственным истирающим действием самой коррозионной среды. Это явление называют также коррозионным истиранием или фреттинг-коррозией.
Неравномерная коррозия более опасна, чем равномерная, т.к. вызывает значительное уменьшение сечения в отдельных местах материала.
На практике зачастую реализуются более сложные виды коррозии, представляющиеся собой различные сочетания указанных разновидностей.