Вплив зовнішніх факторів на газову корозію сталі та сплавів

2.1 Теоретична частина

Зовнішніми факторами, які визначають швидкість та характер газової корозії при постійних внутрішніх факторах, називають фактори, які зв'язані зі складом корозійного середовища та умовами корозії. Найважливішими зовнішніми факторами являються:

1) температура;

2) склад газового середовища;

3) тиск газів;

4) режим нагріву;

Вплив температури. З підвищенням температури окислення металу протікає значно швидше. Константа швидкості газової корозії та коефіцієнт діфузіі з підвищенням температури зростає по експоненціальному закону. Швидкість окислення заліза визначається константою швидкості газової корозії при кінетичному контролі або коефіцієнтом дифузії при дифузійному контролі або також змінюється по законі, близькому до експоненціального (рис.2.1.а). В найбільш простих випадках залежність швидкості газової корозії від температури визначається рівненням:

де Km⁺ - позитивний показник зміни маси, r/м²/ч;

А - постійна, яка дорівнює Km при 1/Т=0 або Т=;

е - основа натурального логарифму;

Q - ефективна енергія (теплота) активізіції процесу, Дж/моль

R - 8,31 газова постійна, Дж/моль *К Т - температура, К.

Після логарифмування рівняння має вигляд:

Графік в координатах уявляє собою пряму або ламану лінію (рис.2.1.6), злом якої підтвержує зміни, які проходять в металі або окисневій плівці.

65

де n – валентність іону металу, який переходить у розчин;

А_ме – атомна маса металу

і = К_{об’ємн.}Н₂*2,3896ּ10^-3 А/см²

і = К_{об’ємн.}О_2*4,7870ּ10^-3 А/см²

Додаток б Десятибальна шкала корозійної стійкості металів та сплавів

(ГОСТ 9,908 – 85)

Група стійкості	швидкість корозії мм/рік	бал
1. Цілковито стійкі	менш 0,001	1
2. Надто стійкі	0,001…..0,01	2
	0,005…..0,01	3
3. Стійкі	0,01…....0,05	4
	0,05……..0,1	5
4. Понижено стійкі	0,1………0,5 0,5………1,0	6 7
5. Малостійкі	1,0……….5,0	8
	5,0……...10,0	9
6. Нестійкі	більше 10,0	10

Додаток в Закон росту оксидних плівок

1. логарифмічний закон

Δm = k_3*lgτ + к_п

2 – обернений логаріфмічний закон;

3 – кубічний закон

Δm^п = к_п*τ

4 – параболічний закон (дифузійний контроль)

64

3. Об’ємний показник см³/см² год – об’єм поглинутого або виділеного у процесі корозії газу, наприклад, кисню ΔV, приведений до нормальних умов (температура 0⁰С і тиск 0,1 МПа і віднесений до одиниці поверхні металу S і одиниці часу τ :

а) показник водню – К_{об’ємн.} H₂;

б) показник кисню - К_{об’ємн.} О₂.

1. Показник міцності – зміна межі міцності за визначений час корозійного процесу

де σ_во – межа міцності при розтягуванні до корозії

2. Показник зміни електричного опору зразка ΔR під час корозійного процесу:

де R_о – електроопір до корозії.

3. Показник зміни товщини мм/ рік, утвореної на металі плівки продуктів корозії – зміна товщини плівки Δh за одиницю часу τ ;

4. Показник, А/см³ – густота електричного струму, яка відповідає швидкості даного корозійного процесу

11

Рисунок 2.1 - Температурна залежність швидкості

окислення заліза на повітрі

По цьому графіку можливо визначити швидкість газової корозії при різних температурах, а також постійні А та Q:

LgA = Lg Кт⁺ при 1/Т=0

Q=-2.303*Rtga=2,303К*tg

де а - кут, створений прямою із позитивним напрямком осі абцис;

 - теж саме, але із протележним напрямком осі абцис.

Із збільшенням тривалості вітримки при постійній температурі зміна маси металу зростає. Зріст окисної плівки в залежності від часу при постійній температурі залежить від її захисних якостей. Основні залежності росту окисних плівок від часу наведені в додатку 3. За експериментальними даними зміну маси зразку в залежності від часу можливо одержати рівняння, яке дає можливість судити про механізм та контролюючий фактор процесу.

Вплив складу газового середовища. Склад газового середовища виявляє значний вплив на швидкість окислення заліза та сталі. Більш за все впливають водяні пари, сполуки сірки та заліза. Збільшення коефіцієнта витрати повітря, з яким зпалюють паливо, підвищую газову корозію (рис.2.2.). Особливо шкідливі продукти горіння палива, до складу яких входить ванадій.

12

Коефициент витрати повітря, α

Рисунок 2.2 - Залежність втрати маси вуглецевої сталі від коефіцієнта витрати повітря

Попіл цього палива вміщує в себе легкоплавкий окисел V^O-i, який налипає на метал і різко збільшує щвидкість окислення, а також викликає міжкристалеву корозію. Це явище зветься ванадієвою корозією. Швидкість газової корозії цілого ряду сталей різко знижується із підвищенням оксиду вуглецю CO (рис.2.3.)

Рисунок 2.3 - Залежність втрати маси вуглецевої сталі від вмісту CO в атмосфері печі.

Вплив тиску газу. В загальному випадку при знижені парціального тиску окисляючого компоненту нижче тиску дісоціації утворюючої сполуки метал становиться термодінамічно стійким, і його окислення припинюється.

63

Додаток А

Показники корозії

5. Показник зміни маси- зміна маси зразку металу Δm віднесений до одиниці поверхні S і одиниці часу τ :

а) позитивний показник зміни маси , г/(м² *год)