2.2. Химическая коррозия

2.2.1. 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 +20 °С это соответствует влажности воздуха всего лишь 2%. В таких условиях протекание электрохимической коррозии прак­тически исключается. В промышленности случаи газовой корро­зии встречаются достаточно часто, начиная от разрушения деталей на­гревательных печей до коррозии металла в процессе его терми­ческой обработки.

На скорость газовой коррозии влияет целый ряд факторов, 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 курса 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. оксидной пленкой, разли­чимой невооруженным глазом. В состав окалины входит магне­тит F₃О₄ и гематит Fe₂О₃. С ростом температуры, вплоть до 575 °С, скорость коррозии остается примерно постоянной, но, начиная с 575 °С, резко увеличивается. Этот факт связывают с появлением на границе металл - окалина вюстита (оксида же­леза FеО).

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

Fe₃C + O₂ → 3Fe + CO₂.

Таким образом, поверхностный слой металла обедняется це­ментитом. При длительном нагреве глубина обезуглероженного слоя может составлять несколько миллиметров. Это заметно влияет на свойства металла, 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 + CO,

Fe₃C + H₂O → 3Fe + CO + H₂.

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 800 °С, продолжительность 24 ч)

Металл	O2	Н2О	CO2
Железо	100	122	115
Медь	23,4	65	127
Никель	1,9	0,06	0,8
Вольфрам	80	4,1	27,2

Данные таблицы 4 убедительно демонстрируют влияние природы ме­талла на скорость коррозии. Например, если при переходе от 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.