6.2. Виды коррозии и методы их оценки

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электро-химического 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 неэлектропроводящих жидких 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 (см. коррозионно-механическое изна­шивание);

• фреттинг-коррозия (см. изнашивание при фреттинг-кор­розии);

• коррозионная казитация;

• 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 отраслевыми стандартными и многочисленными методическими рекоменда­циями по отдельным видам оборудования.

Основные ГОСТы:

9.005-89, 9.008-82, 9.014-92, 9.028-91, 9.101-89, 9.102-91, 9.103-78, 9.301-90, 9.302-88, 9.304-87, 9.305-90, 9.306-87, 9.502-89, 5272-68, 6130-89, 16149-70,25821-93.

Методы испытаний на коррозию различных материалов в раз­личных условиях отражены в ГОСТах: 9.019-89, 9.021-83, 9.039-90, 9.068-87, 9.067-76, 9.049-91, 9.071-89, 9.308-85, 9.507-88, 9.701-89, 9.706-81, 9.710-84, 9.713-86, 9.715-86, 9.707-89, 9.902-86, 9.903-81, 9.904-82, 9.905-90, 9.907-83, 9.040-74, 9.309-86, 9.703-90, 25821-93.

Способность сопротивляться разрушающему воздействию коррозионной среды характеризует коррозионную стойкость металла. Основные количественные показатели различных видов коррозии и коррозионной стойкости материалов определяют согласно ГОСТ 9.908-90.

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 определяется по потере массы образца металла Дm, отнесенной к площади образца S и времени коррозии t

ГОСТ 9.908-90 устанавливает десятибалльную шкалу коррозионной стойкости металлов при условии их равномерной коррозии

Группа стойкости	Скорость коррозии П	Балл
1. Совершенно стойкие 2. Весьма стойкие 3. Стойкие 4.Пониженностойкие 5. Малостойкие 6. 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

где К — потеря масс, г/м² год,

5 — плотность материала, г/см³.

Учитывая важность в обеспечении безопасной работы сосудов работающих под давлением в химической промышленности возможность их разрушения в результате межкристаллитного коррозии, стандартизированы (ГОСТ 6032-89) методы испытания на межкристаллитную коррозию коррозионно-стойких сталей 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 2X18HI 2Х13Н4Г9, Х18Н10Т, Х23Н28МЗДЗТ и другие, предназначенные для работы с высокоагрессивными реагентами.

Дополнительно ГОСТ 9.914-91 устанавливает электро химические методы (потенциостатического травления, капельным измерение потенциала коррозии, потенциодинамической реакти вации) определения стойкости против межкристаллитной коррозии коррозионностойких сталей 08Х18Н10Ти 12Х18Н10Т.

Испытания на стойкость к питтинговой коррозии коррозионностойких сталей проводят выдерживанием образцов растворе трихлорида железа с последующим определением потерь массы образца (ГОСТ 9.912-89). Метод испытания жаростойких металлов и сплавов на термоусталость в газовых потоках установлен ГОСТ 9.910-88.

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 коррозий методы испытаний не стандартизированы, однако частично регламентированы ведом­ственными техническими условиями. Общие требования к прове­дению коррозионных испытаний, требования к образцам материалов (типу, форме, качеству, изготовлению, подготовке), требования к аппаратуре и реактивам, к методам проведения испытаний, обработке результатов испытаний устанавливает ГОСТ 9.905-90. 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 фунтов 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 ГОСТ 9.903-81 устанавливает методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей и титановых сплавов. Стандарт устанавливает различные методы испытаний: при постоянной нагрузке, при ступенчато меняющейся нагрузке, при постоянном деформировании. Критерием оценки стойкости материала к коррозионному растрескиванию является пороговый коэффициент интенсивности накопления напряжений, характеризующий сопротивление материала росту трещины при коррозионном растрескивании (в заданных условиях), ниже которого трещины отсутствует или скорость роста не превышает 0,0001 мм/час. Общие требования к выбору образцов, исполь­зованию и обработке результатов испытаний на коррозионное растрескивание сформулированы в ГОСТ 9.901.1-89. Примени­тельно к испытаниям образцов при одноосном растяжении эти требования устанавливает ГОСТ 9.901.4-89; образцов в виде изогнутого бруса при изгибе — ГОСТ 9.901.2-89.

Основные количественные показатели различных видов коррозии и коррозионной стойкости материалов

Вид коррозии	Коррозионный эффект (интегральный показатель коррозии)	Скоростной (дифференциальный) показатель коррозии	Показатель коррозионной стойкости
Сплошная коррозия	Глубина проникновения коррозии. Потеря массы на единицу площади.	Линейная скорость коррозии. Скорость убытка массы .	Время проникновения коррозии на допусти- мую (заданную) глубину. Время до у меньшения массы на допустимую (заданную) величину.
Коррозия пятнами	Степень поражения поверхности		Время достижения допустимой (заданной) степени поражения.
Питтинговая коррозия	Максимальная глубина питтинга. Максимальный размер поперечника питтинга в устье. Степень поражения поверхности питтингом.	Максимальная скорость проникновения питтинга.	Минимальное время проникновения питтинга на допустимую (заданную) глубину. Минимальное время достижения поперечника питтинга в устье. Время достижения допустимой (заданной) степени поражения.
Межкристаллитная коррозия	Глубина проникновения коррозии. Снижение механических свойств: относительного удлинения, сужения, ударной вязкости, сопротивления разрыву.	Скорость проникновения коррозии.	Время проникновения на допустимую (заданную) глубину. Время снижения механических свойств до допустимого (заданного) уровня.
Коррозионное растрескивание	Глубина (длина) трещины. Снижение механических свойств: относительного удлинения, сужения.	Скорость роста трещины	Время до появления первой трещины. Время до разрушения образца. Уровень безопасных напряжений (условный предел длительной прочности).Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании.
Коррозионная усталость	Глубина (длина) трещины.	Скорость роста трещины.	Количество циклов до разрушения. Условный предел коррозионной усталости. Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионной усталости.
Расслаивающая коррозия	Степень поражения поверхности отслаиваниями. Суммарная длина торцов с трещинами. Глубина.	Скорость проникновения коррозии

Ниже приводятся основные стандарты испытаний на коррозию цветных металлов и сплавов.

ГОСТ 9.904-82.Сплавы алюминиевые.Методы ускоренных испытаний на расслаивающую коррозию.

ГОСТ 9.913-90. Алюминий, магний и их сплавы. Методы ускоренных коррозионных испытаний.

ГОСТ 9.019-89. Сплавы алюминиевые и магниевые. Методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание.

ГОСТ 9.021-74. Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод ускоренных испытаний на межкристаллитную коррозию.

При оценке безопасности оборудования помимо коррозионной стойкости металлов необходим контроль материалов уплотнительных устройств. Вулканизированные эластичные герметизирующие материалы испытывают на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при заданных температурах и продолжительности испытаний по одному или нескольким следующим показателям (ГОСТ 9.068-87):

• условной прочности при растяжении и относительному удлинению при разрыве,

• прочности связи герметика с металлом при отслаивании,

• изменении массы,

• скорости отслаивания герметика от металла при постоянной отслаивающей нагрузке.

Испытания резин на стойкость к воздействию агрессивных сред при постоянном растягивающем напряжении проводят по ГОСТ 9.065-84 и оценивают по времени до разрыва образца и скорости ползучести. Резины также испытывают:

• на стойкость к старению при статической деформации сжатия (ГОСТ 9.029-81, 9.070-76),

• на стойкость к термическому старению (ГОСТ 9.024-89),

• на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействии жидких агрессивных сред

(ГОСТ 9.030-92),

• на стойкость при вращательном движении в режиме трения (ГОСТ 9.061-89),

• на стойкость к воздействию агрессивных сред при статической деформации сжатия (ГОСТ 9.070-89),

• на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при многократных деформациях растяжения (ГОСТ 9.062-75).

В случае воздействия биологических факторов на элементы конструкции коррозию называют биологической (ГОСТ 9.102-91). Под биологическим фактором понимают организмы или сообщества организмов, вызывающих нарушение исправного или работоспособного состояния объекта. Стойкость объекта сохранять значение показателей в пределах, установленных нормативно-технической документацией в течение заданного времени в процессе или после воздействия биофактора, называют биостойкостью, Испытания на биостойкость подразделяют на лабораторные и в природных условиях.