Коррозия металлов

Термин коррозия происходит от латинского слова corrodere , что означает разъедать, разрушать.

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

Коррозия металлов – разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.

В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин “коррозия” употреблять не следует. Например, нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окислятся, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса. Но физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом во всех подобных случаях, одинакова: металл окисляется. 

 

Характеристики  и сущность коррозионных процессов

Классификация коррозионных сред

Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или агрессивной средой. По степени воздействия на металлы коррозионные среды целесообразно разделить на:

• неагрессивные;
• слабоагрессивные;
• среднеагрессивные;
• сильноагрессивные.

Для определения  степени агрессивности среды  при атмосферной коррозии необходимо учитывать условия эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений. Степень агрессивности  среды по отношению к конструкциям внутри отапливаемых и неотапливаемых зданий, зданий без стен и постоянно аэрируемых зданий определяется возможностью конденсации влаги, а также температурно-влажностным режимом и концентрацией газов и пыли внутри здания. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям на открытом воздухе, не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям, которые представлены в таблице:

 

 

 

Относительная влажность внутри помещений и	Степень агрессивности  среды в зависимости от условий  эксплуатации конструкций
характеристика		внутри зданий
климатической зоны	на открытом воздухе	в условиях периодической конденсации влаги	без конденсации влаги
60 % сухая	слабая слабая средняя сильная	неагрессивная слабая средняя средняя	неагрессивная неагрессивная слабая средняя
61-75 % нормальная	слабая средняя средняя сильная	слабая средняя средняя сильная	неагрессивная слабая средняя средняя
более 75 % влажная	средняя средняя сильная сильная	слабая средняя сильная сильная	слабая средняя средняя средняя

Таким образом, защита металлических конструкций  от коррозии определяется агрессивностью условий их эксплуатации. Наиболее надежными защитными системами металлических конструкций являются алюминиевые и цинковые покрытия.

 

Виды  коррозии.

 

По механизму  процесса различают химическую и  электромеханическую коррозию металлов:

Химическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозийной средой, при котором окисление металла и восстановление металла, и восстановление окислительного компонента коррозийной среды протекают в одном акте (например, окисление магния при нагревании на воздухе).

Электрохимическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозийной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозийной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электровидного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

По виду коррозийной среды  и условиям протекания различают  несколько видов коррозии:

Газовая коррозия – это химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило, не более 0,1%) или при высоких температурах. В химической и нефтехимической промышленности такой вид коррозии встречается часто. Например. При синтезе аммиака, получении азотной кислоты и хлористого водорода, в процессах синтеза органических спиртов, крекинга нефти;

Атмосферная коррозия – этот вид коррозии металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа (например, ржавление стальных конструкций в цехе или на открытом воздухе);

Подземная коррозия – это коррозия металлов в почвах и грунтах (например, ржавление подземных стальных трубопроводов);

Биокоррозия – это коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов;

Жидкостная коррозия – это вид коррозии, обусловленный воздействием жидкой среды: в не электролитах (расплавленная сера, органический растворитель) и электролите (кислотная, щелочная, солевая, морская, речная коррозия, коррозия в расплавленных солях и щелочах). В зависимости от условий взаимодействия среды с металлом различают жидкостную коррозию металла при полном, неполном и переменном погружении, коррозию по ватерлинии (вблизи границы между погруженной и не погруженной в коррозионную среду частью металла), коррозию в спокойной и движущейся коррозионной среде;

Радиационная  коррозия – это коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения;

Коррозия внешним током – этот вид коррозии металлов, возникает под воздействием тока от внешнего источника;

Коррозия блуждающим током – это коррозия металла, возникающая под воздействием блуждающего тока (например, подземного трубопровода);

Контактная  коррозия – это вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите (например, коррозия в морской воде деталей из алюминиевых сплавов, находящихся в контакте с медными деталями);

Коррозия  под напряжением – вид коррозии, вызванный одновременным воздействием коррозионной среды и механических напряжений. В зависимости от характера нагрузок может быть коррозия при постоянной нагрузке (например, коррозия металла паровых котлов) и коррозия при переменной нагрузке (например, коррозия осей, рессор, стальных канатов).

Если металлические  изделия подвергаются циклическим  растягивающим напряжением, то можно  вызвать коррозионную усталость. Происходит понижение пердела усталости  металла;

Коррозионная  кавитация – разрушение металла, обусловленной одновременным коррозионным и ударным воздействием внешней среды (например, разрушение лопастей гребных винтов морских судов);

Фреттинг-коррозия – это коррозия, возникающая при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды (например, разрушение двух поверхностей металлических деталей машины, плотно соединенных болтами, в результате вибрации в окислительной атмосфере, содержащей кислород);

Коррозия  при трении (коррозионная эрозия) – разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием коррозионной среды и трения. По характеру коррозионного разрушения различают следующие виды коррозии:

Сплошная  коррозия – охватывает всю поверхность металла, находящуюся под воздействием данной коррозионной среды. Сплошная коррозия может быть равномерной (рис.а), если процесс протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла (например, коррозия углеродистой стали в растворах серной кислоты), и неравномерной (рис.б), если скорость процесса неодинакова на различных участках поверхности (например, коррозия углеродистой стали в морской воде);

 

Избирательная коррозия (рис.в) – разрушается одна структурная составляющая (графитизация чугуна) или один компонент сплава (например, обесценкование латуней);

Местная (локальная) коррозия (рас.г,д,е) – данный вид коррозии охватывает отдельные участки поверхности металла, местная коррозия может происходить:

пятнами (рис.г) – в виде пятен, не сильно углубленных в толщу металла (например, коррозия латуни в морской воде);

язвами (рис.д) – коррозионное разрушение, имеющее вид раковины сильно углубленной в толщу металла (например, коррозия стали в грунте);

точечная (питтинг) (рис.е) – коррозионное разрушение в виде отдельных точечных поражений, глубоко проникающих в металл (например, коррозия аустенитной хромоникилевой стали в морской воде).

Сквозная – вызывает разрушение металла насквозь (например, при точечной или язвенной коррозии листового металла);

Подповерхностная  коррозия (рис.ж) – коррозионное разрушение начинается на опверхности металла, но затем распространяется в глубине металла таким образом, что продукты коррозии оказываются сосредоточенными в полостях внутри металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание и расслоение металлических изделий;

Межкристаллитная коррозия (рис.з) – вид коррозии, который характеризуется разрушением металла по границам кристаллов (зерен) металла. Этот вид коррозии особенно опасен тем, что часто, внешний вид металла не меняется, но он быстро теряет прочность и эластичность и легко разрушается. Связано это с образованием между зернами рыхлых малопрочных продуктов коррозии. Этому виду коррозионного разрушения особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы;

Щелевая коррозия – вызывает разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и т.д.

 

Характеристика  материала. Сталь 10ХНДП. Марка Сталь 10ХНДП.Хромоникелефосфористая с медью Классификация Сталь конструкционная  низколегированная для сварных  конструкций Применение в строительстве  и машиностроении для сварных  конструкций. Химический  состав в % материала 10ХНДП C Si Mn Ni S P Cr N Al Cu As до    0.12 0.17 - 0.37 0.3 - 0.6 0.3 - 0.6 до    0.04 0.07 - 0.12 0.5 - 0.8 до    0.008 0.08 - 0.15 0.3 - 0.5 до    0.08 Механические  свойства при Т=20oС материала 10ХНДП . Сортамент Размер Напр. sв sT d5 y KCU Термообр. - мм - МПа МПа % % кДж / м2 - Лист 5 - 9   480 350 20       Технологические свойства материала 10ХНДП .  Свариваемость: без ограничений.

 

 

Сталь 10ХНДП применяется: для изготовления различных сварных металлоконструкций в строительстве и машиностроении, предназначенных для эксплуатации в обычных атмосферных условиях при температурах от -60 °С до +60 °С без применения дополнительных защитных покрытий; строительных, в том числе кровельных конструкций, облицовки машин и механизмов, грузовых вагонов, шахтных вагонеток, гнутых профилей, элементов промышленной вентиляции, тары, опорных и несущих конструкций, труб и других видов металлических изделий и сооружений, применяемых без защитных покрытий от коррозии при эксплуатации на открытом воздухе, в том числе в слабоагрессивных средах; гнутых профилей энергетического оборудования.