1.3.1 Влияние неоднородности состава металла

Для строительства трубопроводов и резервуаров применяют малоуглеродистые и низколегированные стали. Кроме железа они содержат углерод (до 2%), легирующие примеси (хром, никель, марганец, медь) и примеси, которые невозможно полностью удалить в металлургическом процессе (сера, фосфор, кислород, азот, водород). Неоднородный состав сталей благоприятствует возникновению коррозионных пар в соответствующей среде.

Рисунок 3 ̶ Коррозионная пара ржавчина сталь

Влияние неоднородности условий на поверхности металла

Для возникновения тока при электрохимической коррозии металла необходимо наличие катодной и анодной зон В анодной зоне протекает реакция окисления, заключающаяся в потере металлом своих электронов и образованием ион-атомов

Me -> Ме⁺+ n*e^_

Переходя в раствор электролита ион-атомы металла вызывают его постепенное разрушение - коррозию.

В катодной зоне протекает реакция восстановления - присоединения свободных электронов каким-либо веществом, называемым деполяризатором. Если роль деполяризатора играют ионы водорода 2Н+ 2ё2НН2, то такая реакция называется реакцией водородной деполяризации. Если же деполяризатором выступает кислород, то такая реакция называется реакциой кислородной деполяризации.

Q2+4H⁺+4e2H2O - в кислой среде

Q2+2H2O⁺+4e4(OH)^- - в щелочной среде

Из рассмотрения механизма электрохимической коррозии следует, что интенсивность процесса зависит от скорости образования ион-атомов металла (и свободных электронов), а также наличия кислорода и воды.

Учитывая, что на скорость образования ион-атомов влияет температура, концентрация раствора электролита и другие внешние условия, можно сделать заключение, что если на поверхности одного и того же металла создать различные условия, то одна часть его поверхности станет анодом по отношению к другой.

Примеры образования гальванических элементов из одного металла приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Примеры образования гальванических элементов

В первом случае анодом является электрод, помещенный в подогретый электролит. Это связано с тем, что в подогретом электролите растворение металла происходит более интенсивно. Аналогичная картина наблюдается и в слабо концентрированном растворе собственной соли по сравнению с концентрированным раствором этой соли. Наконец, при подаче к одному из электродов воздуха на нем облегчается протекание реакции кислородной деполяризации, характерной для катода.

К образованию коррозионных элементов на поверхности трубопроводов приводит различный доступ кислорода к разным участкам его поверхности, разная влажность грунта, неоднородность микроструктуры металла. Примеры возникновения коррозионных элементов приведены на рисунок 5.

Образование коррозионных элементов из-за неоднородности микроструктуры поверхности металла

а – царапина; б – вмятина; в – окалина; г – местный наклеп; д,е – сварные швы; А – Анод; К - Катод

Рисунок 5 - Образование коррозионных элементов

Образование коррозионных элементов вследствие различной аэрации участков поверхности трубопровода

А – анодная зона; К – катодная зона; стрелки указывают направления движения ион-атомов металла.

Рисунок 6 ̶ Примеры возникновения коррозионных элементов на трубопроводе в результате различия условий на поверхности металла