§2. Химическая коррозия Внешние факторы газовой коррозии.

Газовая коррозия является частным случаем химической коррозии и возможна только в условиях, исключающих проте­кание электрохимических процессов. Характерной особенностью газовой коррозии является отсутствие на поверхности металла влаги. Поэтому в большинстве случаев речь идет о коррозии при повышенной температуре, при которой вода находится в газовой фазе. Однако, исходя из определения, можно представить себе газовую коррозию и при комнатной температуре, но в условиях высокой степени сухости, естественной или созда­ваемой искусственно. Так, при осушении силикагелем до точки росы -30° С влагоемкость воздуха составит 0,333 г/м³. При +20⁰ C это соответствует влажности воздуха всего лишь 2%. В таких условиях протекание электрохимической коррозии прак­тически исключается. В промышленности случаи газовой корро­зии встречаются достаточно часто - от разрушения деталей нагревательных печей до коррозии металла в процессе его терми­ческой обработки.

На скорость газовой коррозии влияет целый ряд факторов, и прежде всего такие, как температура и состав газовой среды.

Повышение температуры заметно увеличивает скорость коррозии. В первом приближении эта связь может быть "описа­на известным из физической химии уравнением Аррениуса

где К — скорость реакции; А и В — константы; Т — абсолютная температура (° К).

Из уравнения следует, что логарифм скорости коррозии ли­нейно связан с величиной, обратной абсолютной температуре. Эта зависимость в некоторых случаях (например, для меди в интервале температуры 700—900° С) полностью подтвержда­ется, но чаще она носит более сложный характер, что связано с влиянием вторичных реакций, природой и свойствами продук­тов коррозии и др.

В среде чистого воздуха коррозия сводится к взаимодействию металла с кислородом. Железо уже при температуре 300° С покрывается на воздухе окалиной, т. е. окисной пленкой, разли­чимой невооруженным глазом. В состав окалины входит магне­тит F₃O₄ и гематит Fe₂O₃. С ростом температуры, вплоть до 575°С, скорость коррозии остается примерно постоянной, но, начиная с 575°, резко увеличивается. Этот факт связывают с появлением на границе металл — окалина вюстита (окиси же­леза FeO).

На поверхности углеродистой стали в процессе коррозии па­раллельно протекают две группы реакций: окисление железа до окислов с образованием окалины и реакции обезуглероживания с участием карбида железа (цементита) по следующему урав­нению:

Fe₃C + O₂ -> 3Fe + СO₂.

Таким образом, поверхностный слой металла обедняется це­ментитом. При длительном нагреве глубина обезуглероженного слоя может составлять несколько миллиметров. Это заметно влияет на свойства металла, и прежде всего на его твердость и прочность. Обезуглероживание наблюдается и при наличии в газовой среде углекислого газа, паров воды или других окис­лителей и протекает по аналогичным реакциям:

Fe₃C + CO₂=3Fe + 2CO,

Fe₃C + Н₂O = 3Fe + СО + Н₂.

Повышение давления газа при прочих равных условиях так­же сильно ускоряет газовую коррозию.

Специфично влияет на коррозионную стойкость стали водо­род, вызывая при повышенной температуре и давлении так на­зываемую водородную хрупкость, т. е. резкое снижение проч­ности. Водородная хрупкость объясняется не только обезугле­роживанием стали за счет восстановления цементита водородом, но и такими явлениями, как молизация атомарного водорода, находящегося в кристаллической решетке стали, и образование по границам зерен металла паров воды и метана. Каждый из процессов приводит к генерированию газа, создающего в замк­нутом объеме металла колоссальное давление. Это в свою оче­редь вызывает появление многочисленных микротрещин, пони­жающих прочность металла.

Газовой коррозии сильно подвержены и многие цветные ме­таллы, хотя каждый из них относится к тем или иным газам по-разному. Это можно проиллюстрировать данными табл. 4, в ко­торой скорость коррозии металлов для наглядности дана в относительных единицах, при этом скорость коррозии железа в кислороде принята за 100.

Таблица 4.

Газовая коррозия ряда металлов в некоторых средах.

(температура 800⁰ С, продолжительность 24 ч).

Металл	O2	H2O	CO2
Железо	100	122	115
Медь	23,4	6,5	12,7
Никель	1,9	0,06	0,8
Вольфрам	80	4,1	27,2

Табл. 4 убедительно демонстрирует влияние природы ме­талла на скорость коррозии. Например, если при переходе о г кислорода к парам воды коррозия вольфрама -. замедляется примерно в 20 раз, а меди.— в 3,5 раза, то скорость коррозии железа при этом, наоборот, увеличивается.