Введение

Современное развитие химической промышленности, разработка новых технологических процессов, протекающих в агрессивных средах, предъяв- ляют к конструкционным материалам высокие требования. Наиболее важ- ными конструкционными материалами являются металлы и их сплавы. В процессе эксплуатации изделий, вследствие химического или электрохими- ческого взаимодействия их с окружающей средой происходит коррозия, что приводит к разрушению металлических конструкций, аппаратов, трубопро- водов и др.

Коррозия начинается с поверхности металла и, при дальнейшем раз- витии этого процесса, распространяется вглубь. Средой, в которой про- исходит коррозия металлов, являются различные жидкости и газы. Коррози- онный процесс протекает на границе двух фаз: металл – окружающая среда, т. е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газооб- разной среды с металлом. Широкое применение в химической промышлен- ности находят сплавы железа, меди, алюминия, никеля, титана и др. Даль- нейшее развитие техники выдвигает проблему применения таких металлов, как тантал, цирконий, рений, германий, торий, иридий.

Масштабы коррозии и убытки, причиняемые ею, станут очевидными, если учесть, что около 10% всего производимого металла безвозвратно теря- ется вследствие разрушающего действия коррозии. Экономические потери от коррозии можно разделить на прямые и косвенные. Прямые потери вклю- чают стоимость заменяемых металлических конструкций и механизмов или их частей, стоимость коррозионностойких металлов и сплавов, применяемых вместо материалов, имеющих те же механические свойства, но нестойких к коррозии, стоимость различных видов защиты от коррозии и т. д. К косвен- ным потерям относятся расходы, связанные с простоем оборудования во время замены части машины или аппарата, разрушаемых коррозией, с за- грязнением выпускаемых изделий продуктами коррозии идр.

Повышение цен на энергоресурсы и металлы до мирового уровня при- вело к резкому сокращению и объемов, и областей применения нержавею- щих сталей, титана. Одновременно повышается интерес к современным по-

лимерным коррозионностойким материалам в области химического машино- строения.

Химические, физические и биологические загрязнения природной среды приводят к заметной интенсификации коррозионных процессов. Понятия о необходимости и достаточности противокоррозионной защиты должны кор- ректироваться с учетом экологической обстановки.

С другой стороны, коррозионные повреждения часто оказываются при- чиной крупномасштабных загрязнений окружающей среды. Лидерами здесь являются нефтедобыча, транспорт нефтепродуктов, нефтехимическая и хи- мическая промышленности. Общие убытки, причиняемые народному хозяй- ству от коррозии металлов, огромны. Для правильной постановки практиче- ской работы по защите химических машин и аппаратов от коррозии необ- ходимо знание теории процессов коррозии и методов борьбы с ней.

1 Классификация процессов коррозии

Коррозией называют процесс разрушения металлов при химическом, электрохимическом и биохимическом взаимодействии их с окружающей средой. Коррозия металлов классифицируется по механизму и условиям про- текания процесса и характеру коррозионного разрушения.

По механизму протекания процесса различают химическую, электрохи- мическую и биохимическую коррозию.

Химическая коррозия – взаимодействие металла и коррозионной среды, при котором окисление металла и восстановление окисленного компонента коррозионной среды (деполяризатора) протекают в одном акте. Это процесс, протекающий за счет гетерогенной химической реакции.

По условиям протекания к этому виду относятся:

• газовая коррозия, т.е. окисление металла в газовой среде при высокой температуре и невозможности конденсации влаги на поверхностиметалла;

• коррозия в неэлектролитах, т.е. в жидкостях, непроводящих электри- ческийток.

Электрохимическая коррозия – взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором окисление металла и восста- новление окисленного компонента коррозионной среды (деполяризатора) протекают не в одном акте. При этом виде коррозии одновременно протека- ют две реакции – окисления и восстановления, локализованные на опреде- ленных участках поверхности корродирующего металла. При электрохими- ческой коррозии процесс растворения металла сопровождается появлением электрического тока, т.е. передвижением электронов по поверхности металла и ионов в растворе электролита от одного участка к другому.

По условиям протекания к этому виду коррозии относятся:

• атмосферная коррозия во влажной газовой или воздушнойатмосфе-

ре;ток;

• коррозия в электролитах – жидкостях, проводящихэлектрический

• почвенная или подземная коррозия металлических сооружений,на-

ходящихся под землей;

• электрокоррозия под действием внешнего источника тока, т.е. корро- зия изделий, находящихся под землей, вызванная блуждающимитоками;

• контактная коррозия металлов – разрушение металла врастворе

электролита вследствие контакта с другим металлом, имеющим более поло- жительный электродный потенциал, чем потенциал основного металла;

• коррозия под напряжением – разрушение металла при одновремен- ном воздействии агрессивной среды и механических напряжений. Различают коррозионное растрескивание, коррозионную усталость, коррозию при тре- нии и коррозионнуюкавитацию.

Биохимическая коррозия – это процесс, связанный с воздействием мик- роорганизмов на металл. При этом металл разрушается вследствие того, что он служит питательной средой для микроорганизмов, или под действием продуктов, образующихся в результате их жизнедеятельности. Биохимиче- ская коррозия, как правило, протекает в растворах электролитов, поэтому параллельно может протекать и электрохимическая коррозия.

Коррозия, в зависимости от природы металла, агрессивности среды и других факторов, приводит к различным видам разрушений. По характеру коррозионного разрушения различают общую, или сплошную, местную и растрескивающую коррозию (рисунок).

Характер коррозионных разрушений

Общая, или сплошная, коррозия охватывает всю поверхность металла, находящуюся под воздействием агрессивной среды, и может быть равномер- ной (а), например, коррозия углеродистой стали в растворах серной кислоты, и неравномерной (б), например, коррозия этой же стали в присутствии хлор- ионов.

Местная коррозия охватывает отдельные участки поверхности металла.

Она подразделяется на:

• коррозию пятнами (в), которая занимает относительно большие уча- стки поверхности и распространяетсянеглубоко;

• коррозию язвами (г), которая поражает металл на большую глубину и на ограниченнойплощади;

• точечную, или питтинговую (д), которая поражает металл в отдель- ных точках на большую глубину, в некоторых случаяхнасквозь;

• межкристаллитную коррозию (е) – коррозию по границам кристалли- тов металла; распространяется на обширной поверхности металла и на большую глубину. Этот вид коррозии опасен тем, что внешний вид металли- ческого изделия не изменяется, но при этом металл теряет прочность и пла- стичность, например, коррозия стали Х18Н10 после ее нагрева до600С.

Растрескивающая коррозия (ж) – это коррозия металла при одновремен- ном воздействии на металл коррозионной среды и механических напряже- ний, при этом скорость коррозии металла резко возрастает, например, сезон- ное растрескивание холодно деформированных- и-латуней, содержащих более 10% цинка.

Неравномерная коррозия более опасна, чем равномерная, так как вызы- вает в отдельных местах значительное уменьшение сечения.

Приведенная классификация условна, потому что реальные формы кор- розионных разрушений могут находиться между характерными типами, по- казанными на рисунке.