Скорость и характер процесса химической коррозии металлов зависят от многих факторов.
Внешними называют факторы, связанные с составом коррозионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость движения среды и др.). Внутренними называют факторы, связанные с составом и структурой сплава, внутренними напряжениями в металле, характером обработки поверхности и др.
Температура
Температура очень сильно влияет на скорость процессов химической коррозии металлов. С повышением температуры процессы окисления металлов протекают значительно быстрее, несмотря на уменьшение их термодинамической возможности. Характер влияния температуры на скорость окисления металлов определяется температурной зависимостью константы скорости химической реакции kc (при кинетическом контроле процесса окисления металлов) или коэффициента диффузии kД (при диффузионном контроле процесса), которая выражается одним и тем же экспоненциальным законом (уравнение Аррениуса), связывающим температуру с относительной долей частиц, обладающих энергией выше некоторого порогового значения.
С повышением температуры скорость окисления железа и стали очень сильно возрастает по закону, близкому к экспоненциальному.
Колебания температуры, особенно попеременные нагрев и охлаждение, увеличивают скорость окисления металлов, например железа и стали, так как в защитной окисной пленке вследствие возникновения в ней термических напряжений образуются трещины и она может отслаиваться от металла.
Состав газовой среды
Влияние состава газовой среды на скорость коррозии металлов велико, специфично для разных металлов и изменяется с температурой.
Состав газовой среды оказывает большое влияние на скорость окисления железа и стали. Особенно сильно влияют кислород, соединения серы и водяные пары.
Насыщение воздуха парами воды увеличивает скорость коррозии стали в два-три раза. При наличии в газовой среде соединений серы железо и сталь часто подвергаются межкристаллитной коррозии, особенно при температурах выше 1000 ˚С.
Если газовой средой являются продукты горения топлива, то газовая коррозия углеродистых и низколегированных сталей тем сильнее, чем выше коэффициент расхода воздуха, с которым сжигается топливо. Присутствие в газовой среде SO2 значительно увеличивает коррозию углеродистых сталей.
Значительное влияние на коррозию сталей и сплавов оказывают продукты горения топлива, содержащие ванадий. При сжигании дешевого загрязненного ванадием жидкого топлива (мазута, погонов нефти) образуется большое количество золы, содержащей V2O5. Зола, налипая на металл, увеличивает скорость его окисления (в несколько раз или даже в десятки раз) и вызывает межкристаллитную коррозию при температуре выше температуры плавления золы.
Таким образом, V2O5, участвуя в процессе окисления металлов, на образование их окислов почти не расходуется. Взаимодействуя с различными окислами железа, никеля и хрома, V2O5 разрушает защитную пленку, образуя в ней поры, по которым относительно легко проникают кислород газовой фазы и жидкая V2O5, окисляющие металл.
Повышение содержания в газовой среде окиси углерода CO сильно понижает скорость коррозии углеродистых и низколегированных сталей, однако при большом количестве CO в газовой фазе может произойти науглероживание поверхности стали.
Различия в скорости коррозии металлов в разных газовых средах в значительной степени определяются защитными свойствами образующихся на металлах пленок продуктов коррозии.
Режим нагрева
Как указывалось выше, колебания температуры при нагреве или эксплуатации металлов при высоких температурах, особенно переменные нагрев и охлаждение, увеличивают скорость окисления металлов, например железа и сталей, так как в защитной окисной пленке вследствие возникновения в ней термических напряжений образуются трещины и она может отслаиваться от металла, т. е. нарушается сохранность защитной пленки в связи с низкой ее термостойкостью. В ряде случаев термостойкость может быть повышена за счет внутреннего окисления сплава, способствующего врастанию образующейся окалины в металл.
Состав сплава
Защитные свойства образующейся пленки продуктов коррозии и, следовательно, коррозионная стойкость сплава находятся в зависимости от его состава.
Применительно к наиболее важному и распространенному металлическому конструкционному материалу – сплавам на железной основе и наиболее распространенному процессу химической коррозии металлов – газовой коррозии – можно отметить следующее.
При высоких температурах (800 ˚С и выше) с увеличением содержания углерода в стали скорость ее окисления, а также видимое и истинное обезуглероживание уменьшаются вследствие более интенсивного образования окиси углерода, что приводит к торможению окисления железа, самоторможению окисления углерода и усилению образования в окалине газовых пузырей.
Сера, фосфор, никель и марганец не влияют на окисление железа.
Титан, медь, кобальт и берилий заметно замедляют окисление железа, что связано с повышением защитных свойств образующейся окалины.
Хром, алюминий и кремний сильно замедляют окисление железа из-за образования высокозащитных окисных пленок.