5.2. Виды коррозии и методы их оценки
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Первопричиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в различных средах при данных внешних условиях.
Разнообразие условий, сред, свойств и структуры материалов является причиной различных видов коррозии. По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия подчиняется основным законам чисто химической кинетики гетерогенных реакций, не сопровождающихся возникновением электрического тока, в отличие от электрохимической коррозии, подчиняющейся законам электрохимической кинетики с протеканием электрического тока.
По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения материалов, коррозия может быть следующих видов:
газовая (коррозия металлов в газах при высоких температурах);
атмосферная (в атмосфере воздуха или влажных газах);
коррозия в неэлектролитах (химическая коррозия металлов в жидких неэлектропроводящих средах);
коррозия в электролитах (электрохимическая коррозия в электропроводных жидких средах, расплавах, растворах щелочей, солей, кислотах);
подземная коррозия (в почвах, грунтах);
биокоррозия (под воздействием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов);
коррозия блуждающим током (под воздействием блуждающих токов, например, электрокоррозия металла трубопровода, кабеля).
По условиям протекания коррозионного процесса различают следующие виды коррозии:
контактная коррозия (при контакте металлов, имеющих различные потенциалы в данном электролите);
щелевая коррозия (коррозия в щелях, зазорах металла с другими материалами);
коррозия при неполном погружении в жидкую коррозионную среду;
коррозия при полном погружении в жидкую коррозионную среду;
коррозия при переменном погружении металла целиком или частично в жидкую коррозионную среду;
коррозия при трении;
фреттинг-коррозия;
коррозионная кавитация;
• коррозия под напряжением (при воздействии коррозионной среды и постоянной или переменной нагрузке).
По характеру разрушения коррозию подразделяют на сплошную, охватывающую всю поверхность, и местную, охватывающую отдельные участки поверхности. Сплошная коррозия может быть:
• равномерной (металл разрушается на примерно одинаковую глубину по всей поверхности);
неравномерной (металл разрушается на отдельных участках на различную глубину);
избирательной (разрушается преимущественно структурная составляющая металла или один компонент сплава).
Местная коррозия может быть следующих видов:
пятнами (в виде отдельных пятен),
язвенная (в виде отдельных глубоких раковин),
точечная или питтинг (в виде отдельных точечных поражений, имеющих значительную глубину),
сквозная (разрушение металла насквозь),
межкристаллитная (преимущественно по границам зерен),
ножевая (локализованная в зоне сплавления сварных соединений).
Требования к защите промышленного оборудования от коррозии установлены Единой системой стандартов защиты от коррозии и старения материалов (ЕСЗКС), а также стандартными отраслевыми и многочисленными методическими рекомендациями по отдельным видам оборудования.
Методы испытаний на коррозию различных материалов в различных условиях отражены в ГОСТах.
Способность сопротивляться разрушающему воздействию коррозионной среды характеризует коррозионную стойкость металла.
Коррозионная стойкость характеризуется скоростью коррозии, т.е. количеством металла, растворяющегося с единицы поверхности в единицу времени, или скоростью проникновения коррозии, т.е. глубиной коррозионного разрушения металла в единицу времени. Массовый показатель коррозии (2) определяется по потере массы образца металла ∆m, отнесенной к площади образца S и времени коррозии t
Кмас = ∆m/(S t), [г/(м2 ч)] (2)
ГОСТ 9.908-90 (табл. 5) устанавливает десятибалльную шкалу коррозионной стойкости металлов при условии их равномерной коррозии
Таблица 5
Шкала коррозионной стойкости металлов при условии их равномерной коррозии
Группа стойкости |
Скорость коррозии П |
Балл |
I. Совершенно стойкие II. Весьма стойкие
III. Стойкие
IV. Пониженностойкие
V. Малостойкие
VI. Нестойкие |
менее 0,001 Свыше 0,001 до 0,005 Свыше 0,005 до 0,01 Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1 Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0 Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5,0 до 10,0 Свыше 10,0 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Расчет проникновения коррозии (П) в мм/год производят по формуле 3:
,
(мм/год) (3)
где К - потеря масс, г/м2год,
δ - плотность материала, г/см3.
Учитывая важность в обеспечении безопасной работы сосудов, работающих под давлением, а также возможность их разрушения в результате межкристаллитной коррозии, стандартизированы методы испытания на межкристаллитную коррозию коррозионно-стойких сталей и сплавов ферритного, аустенитного, аустенитно-мартенситного, аустенитно-ферритного классов, а также сварных соединений, наплавленного металла и металла шва. К таким сталям относятся высоколегированные хромоникелевые стали типа 2X18Н9, 2Х13Н4Г9, Х18Н10Т, Х23Н28МЗДЗТ и другие, предназначенные для работы с высокоагрессивными реагентами.
Дополнительно устанавливаются электрохимические методы (потенциостатического травления, капельный, измерение потенциала коррозии, потенциодинамической реактивации) определения стойкости против межкристаллитнои коррозии коррозионностойких сталей 08X18Н10Т и 12Х18Н10Т.
Испытания на стойкость к питтинговой коррозии коррозионностойких сталей проводят выдерживанием образцов в растворе трихлорида железа с последующим определением потери массы образца.
Основные количественные показатели различных видов коррозии и коррозионной стойкости материалов даны в таблице.
По характеру исследований методы испытаний на коррозионную стойкость подразделяют на лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. Ввиду разнообразия коррозии методы испытаний не стандартизированы, однако частично регламентированы ведомственными техническими условиями.
Для оценки влияния климатических факторов стендовые испытания проводят в специальных барокамерах, имитирующих внешнее давление, солнечную радиацию, температурные условия, влажность, воздействие специальных штаммов бактерий и другие факторы. Исследования на атмосферную коррозию проводят на полигонах, расположенных в соответственных климатических зонах. Исследования коррозии в морской воде проводят на специальных морских станциях или судах. Для определения коррозионной активности грунтов на трассе проектируемого трубопровода на определенном расстоянии закладывают на дне шурфов в ненарушенный грунт на отметке трубопровода образцы стальных пластинок. Грунт при этом характеризуется структурой, влажностью, влагоемкостью, воздухопроницаемостью, показателем рН, составом и концентрацией солей, электропроводностью. Исследуют метеорологические данные (температуру, осадки) за период испытаний. В ряде случаев при эксплуатации трубопроводов проводят непрерывное исследование коррозии по контрольным образцам материалов, прикрепленных к трубопроводу. При исследовании коррозионных процессов широко используют метод образцов-свидетелей, устанавливаемых в работающем аппарате, трубопроводе, машине.
Скорость процессов разрушения материалов существенно (иногда на несколько порядков) увеличивается под совместным воздействием механических и коррозионных факторов. В связи с этим стандартизованы методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей и титановых сплавов. При этом стандарт устанавливает различные методы испытаний: при постоянной нагрузке, при ступенчато меняющейся нагрузке, при постоянном деформировании.