А.Н. Баранов,Б.Н. Михайлов

З А Щ И Т А

М Е Т А Л Л О В ОТ К О Р Р О З И И

Рекомендовано Региональным Управлением Методического Совета в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности 110200 «Металлургия цветных металлов»

Издательство Иркутского Государственного Технического Университета

2004

УДК. 620.197.

М 69

Представлено к изданию:

Иркутским государственным техническим университетом

Рецензенты:

Кафедра благородных и редких металлов Красноярской государственной академии цветных металлов и золота (зав. кафедрой, д.т.н. А.Д. Михнев);

Зам. директора по научной работе ИрИХ, д.х.н., профессор В.К. Станкевич

Баранов А.Н., Михайлов Б.Н. Защита металлов от коррозии: Учебн. пособие. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004.- 157с.

В учебном пособии излагаются теоретические и практические основы защиты металлов от коррозии. Подробно рассмотрены вопросы термодинамики и кинетики коррозионных процессов, а также факторы, влияющие на скорость протекания коррозионных процессов.

Особое внимание уделено поведению металлов в условиях эксплуатации и взаимодействию неметаллических конструкционных и защитных материалов с агрессивными средами. Изложены перспективные пути и методы защиты от коррозии.

Приведены примеры решения задач и описание лабораторных работ.

Предназначено для студентов высших технических учебных заведений и инженерно-технических работников.

Стр. 157 рис. 35, табл. 13, библ. 26.

@ Баранов А.Н., Михайлов Б.Н. 2004

_М2704070000-14

M179(03)-96

JSBN 5-7430-0651-2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Повышение надежности и долговечности машин, оборудования и металлоконструкций лежит в основе создания металлосберегающих технологий. Одним из факторов, уменьшающих срок службы металлоизделий, является коррозия. Разрушающее действие её все чаще приводит к загрязнению окружающей среды в результате различного рода технологических катастроф, приводящих к большому материальному ущербу и человеческим жертвам. Среди различных причин неудовлетворительного состояния мер борьбы с коррозией не последнее есто занимает недостаточно высокий уровень подготовки по вопросам антикоррозионной защиты специалистов, связанных с производством и использованием металлов.

Курс "Коррозия и защита металлов" является обязательным при подготовке инженеров металлургического, химического и машиностроительного профиля. Цель его - познакомить студентов с основами коррозионной науки и техники. В основу настоящего учебного пособия положен курс лекций, читаемый авторами книги на протяжении трех десятилетий в Иркутском Государственном Техническом Университете и Ангарской Государственной Технической Академии.

Настоящий учебник адаптирован для студентов технических вузов и в соответствии с учебной программой содержит в себе задачи и лабораторные работы, что способствует более полному усвоению материала.

В учебном пособии приведены сведения о причинах возникновения коррозии металлов, детально изложена теория электрохимической коррозии и практика борьбы с коррозией. Дана информация о химически стойких материалах, о методах защиты от коррозии с использованием результатов собственных исследований авторов.

Предмет излагается в сжатой форме. По этой причине упоминаются лишь те литературные источники, которые непосредственно касаются обсуждаемых вопросов. Для более глубокого изучения материала рекомендуется обращаться к специальной литературе, список которой приведен в конце пособия.

Авторы выражают надежду, что данная книга восполнит пробел в литературе по коррозии и заранее благодарны за критические замечания и пожелания в наш адрес, способствующие улучшению настоящего издания.

1.Общие положения

Коррозией называется процесс разрушения металлов под действием физико-химических факторов окружающей среды.

Коррозии подвержены металлы и сплавы, изготовленные из них детали, инструменты, конструкции машин, оборудование и сооружения.

Вследствие коррозии происходит не только разрушение поверхности металла, но и (что зачастую еще опаснее) потеря их функциональных свойств. Растравливание поверхности ухудшает отражательную способность изделий (рефлекторов, зеркал и т.п.), способствует потере декоративных свойств изделий и металлопокрытий, увеличивает электрическое сопротивление проводников, особенно при использовании токов СВЧ. В результате наводороживания металлов вследствие коррозии происходит их охрупчивание и снижение прочности и пластичности. Все это приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик технических систем.

Кроме того, в результате разрушения металлов и отказов техники происходит загрязнение окружающей среды, как правило, сопровождаемое значительным экономическим ущербом.

1.1. Экономические и экологические аспекты коррозии

Проблема коррозии - это не только проблема повышения эксплуатационной надежности и долговечности металлических изделий, но и проблема экономически выгодного использования земных ресурсов и материальных средств. Она тесно связана с экологическими проблемами, так как в процессе коррозионного разрушения происходит значительное загрязнение окружающей среды, как продуктами коррозии металла, так и вследствие проливов технологических сред при коррозионных отказах.

Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций неисчислим. В последние годы, например, только в США ежегодные потери от коррозии составили 300 млрд. долларов, что соответствует 6 % национального дохода страны.

Увеличение металлофонда заметно повысило и уровень потерь, вызванных коррозией. Так, металлофонд земной цивилизации оценивается в 3 млрд. т. Вследствие коррозионного воздействия ежегодно окисляется и практически безвозвратно теряется для человечества 50 млн. т. металла. В РФ ежегодные потери металла из-за их коррозии составляют до 12 % массы металлофонда, что соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла.

Из общих затрат на капитальный ремонт объемы работ, связанные с устранением коррозионного разрушения, по трубопроводному транспорту составляют около 90%, по нефтедобыче - от 50 до 85, по химической промышленности - 45, по нефтеперерабатывающей - 30, по морскому флоту - 25%. Любое нарушение герметичности газопровода, ядерного или химического реактора из-за коррозионных повреждений может привести к выбросу в атмосферу токсичных веществ, способствующих росту коррозионной активности среды.

Однако аварийный выброс веществ не является единственным видом воздействия коррозии на экологию. Так, выплавка 20-25 млн. т. стали, сопровождается выбросом в окружающую среду до 1 млн. т. пыли, 600-700 тыс. т. сернистого ангидрида и до 1 млн. т. оксида углерода. Кроме того, большое количество природных вод загрязняется отходами металлургического производства, что существенно повышает их агрессивность. Особого внимания заслуживают гигантские выбросы диоксида серы, так как скорость коррозии металлов приблизительно пропорциональна концентрации SO₂ в атмосфере. Так, в результате воздействия окружающей среды в нашей стране ежегодно выходят из строя 4 % общего объема железобетонных конструкций, или 2,5-5,0 млн. м³. При этом стальная арматура, на которую расходуется около 15 млн. т. проката в год, разрушается практически полностью. В США ежегодные потери стали из-за коррозии автомобильных кузовов составляют 11 млн. тонн.

Огромный ущерб может наносить и рассеивание соединений металлов в окружающую среду, также в значительной мере из-за коррозии. Так, превышение норм предельно допустимой концентрации таких металлов, как свинец, кадмий и другие, может привести к последствиям, экологические аспекты которых оценить на данном этапе не представляется возможным.

Потери металлов вследствие коррозии и рассеивания во всем мире в настоящее время составляют: железа около 25%, свинца - 12, ртути - 40%. Поэтому содержание различных металлов в почве и водах за последние полвека увеличилось от 2 до 200 раз.

Различают прямые и косвенные экономические потери. Под прямыми потерями понимают стоимость замены вышедших из строя вследствие коррозии конструкций и машин с учетом безвозвратных потерь металла в виде продуктов коррозии. Косвенные потери определяются отказами работы оборудования и включают в себя стоимость ремонта оборудования и его простоя, понижение качества продукции и ущерб от загрязнения окружающей среды при авариях, например, нефте- и газопроводов. Косвенные потери значительно превышают прямые потери от коррозии металлов. Известно, что 15-30% потерь можно избежать, используя современные средства противокоррозионной защиты.