Виды коррозионных разрушений.

Лекция №2. Виды коррозионных разрушений. Уведомление о Правах: Этот документ и его переводы могут быть скопированы и предоставлены только в образовательных целях, и только в данном университете. Производные работы, которые комментируют или иным образом объясняют его, могут быть подготовлены, скопированы, опубликованы и распространены, полностью или частично, без каких-либо ограничений. Однако этот документ не может быть изменен каким-либо образом, за исключением необходимости улучшения. Введение  Процесс коррозии начинается с поверхности металлического сооружения и распространяется в глубь него. При этом изменяется внешний вид металла: на его поверхности образуются углубления (язвы, пятна), заполненные продуктами коррозии. По характеру коррозионного разрушения металлов различают следующие виды коррозии: Сплошная — коррозия по всей поверхности металлической конструкции, находящейся под воздействием коррозионной среды; Местная — коррозия на отдельных участках поверхности металлической конструкции. 2 Сплошная коррозия  Этот вид коррозии характеризуется относительно равномерным по всей поверхности постепенным проникновением в глубь металла, т. е. уменьшением толщины сечения элемента или толщины защитного металлического покрытия.  Сплошная коррозия может быть равномерной — протекающей с одинаковой скоростью по всей поверхности металлической конструкции (например коррозия углеродистой стали в растворах серной кислоты), и неравномерной — протекающей с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла (например коррозия углеродистой стали в морской воде). 3 Местная коррозия Коррозионное Межкристалическая растрескивание Подповерхностная Сквозная Язвенная Точечная Пятнами 4 Коррозия пятнами  Коррозия пятнами характерна для алюминия, алюминиевых и цинковых покрытий в средах, в которых их коррозионная стойкость близка к оптимальной, и лишь случайные факторы могут вызвать местное нарушение состояния устойчивости материала. Этот вид коррозии характеризуется небольшой глубиной проникновения коррозии по сравнению с поперечными (в поверхности) размерами коррозионных поражений. Пораженные участки покрываются продуктами коррозии как и при сплошной коррозии. При выявлении этого вида коррозии необходимо установить причины и источники временных местных повышений агрессивности среды за счет попадания на поверхность конструкции жидких сред (конденсата, атмосферной влаги при протечках и т. п.), локального накопления или отложения солей, пыли и т. д. 5 Коррозия язвами  Коррозия язвами характерна в основном для углеродистой и низкоуглеродистой стали (в меньшей степени — для алюминия, алюминиевых и цинковых покрытий) при эксплуатации конструкций в жидких средах и грунтах. Язвенная коррозия низколегированной стали в атмосферных условиях чаще всего связана с неблагоприятной структурой металла, т. е. с повышенным количеством неметаллических включений, в первую очередь сульфидов с высоким содержанием марганца. Язвенная коррозия характеризуется появлением на поверхности конструкции отдельных или множественных повреждений, глубина и поперечные размеры которых (от долей миллиметра до нескольких миллиметров) соизмеримы. Обычно сопровождается, образованием толстых слоев продуктов коррозии, покрывающих всю поверхность металла или значительные ее участки вокруг отдельных крупных язв (характерно для коррозии незащищенных стальных конструкций в грунтах). 6 Коррозия язвами  Язвенная коррозия листовых конструкций, а также элементов конструкций из тонкостенных труб и прямоугольных элементов замкнутого сечения со временем переходит в сквозную с образованием отверстий в стенках толщиной до нескольких миллиметров. Язвы являются острыми концентраторами напряжений и могут оказаться инициаторами зарождения усталостных трещин и хрупких разрушений. Для оценки скорости язвенной коррозии и прогнозирования ее развития в последующий период определяют средние скорости проникновения коррозии в наиболее глубоких язвах и количество язв на единицу поверхности. Эти данные в дальнейшем следует использовать при расчете несущей способности элементов конструкций. 7 Точечная коррозия  Точечная (питтинговая) коррозия характерна для алюминиевых сплавов, в том числе анодированных, и нержавеющей стали. Низколегированная сталь подвергается коррозии этого вида крайне редко. Практически обязательным условием развития питтинговой коррозии является воздействие хлоридов, которые могут попадать на поверхность конструкций на любой стадии, начиная от металлургического производства (травление проката) до эксплуатации (в виде солей, аэрозолей, пыли). При обнаружении питтинговой коррозии необходимо выявить источники хлоридов и возможности исключения их воздействия на металл. Питтинговая коррозия представляет собой разрушение в виде отдельных мелких (не более 1 — 2 мм в диаметре) и глубоких (глубина больше поперечных размеров) язвочек. 8 Подповерхностная коррозия  Подповерхностная коррозия, начинающаяся с поверхности, но преимущественно распространяющейся под поверхностью металла таким образом, что разрушение и продукты коррозии оказываются сосредоточенными в некоторых областях внутри металла; подповерхностная коррозия часто вызывает вспучивание металла и его расслоение (например, образование пузырей на поверхности недоброкачественного прокатанного листового металла при коррозии или травлении); 9 Сквозная коррозия  Сквозная коррозия, которая вызывает разрушение металла насквозь (например, при точечной или язвенной коррозии листового металла); 10 Межкристаллическая коррозия  Межкристаллитная коррозия характерна для нержавеющей стали и упрочненных алюминиевых сплавов, особенно на участках сварки, и характеризуется относительно равномерным распределением множественных трещин на больших участках поверхности конструкций. Глубина трещин, обычно меньше, чем их размеры на поверхности. На каждом участке развития, этого вида коррозии трещины практически одновременно зарождаются от многих источников, связь которых с внутренними или рабочими напряжениями, не является обязательной. Под оптическим микроскопом на поперечных шлифах, изготавливаемых из отобранных проб, видно, что трещины распространяются только по границам зерен металла. Отдельные зерна и блоки могут крошится, в результате чего образуются язвы и поверхностное шелушение. Этот вид коррозии ведет к быстрой потере металлом прочности и пластичности; 11 Коррозионное растрескивание  Коррозионное растрескивание — вид квазихрупкого разрушения стали и высокопрочных алюминиевых сплавов при одновременном воздействии статических напряжений растяжения и агрессивных сред; характеризуется образованием единичных и множественных трещин, связанных с концентрацией основных рабочих и внутренних напряжений. Трещины могут распространяться между кристаллами или по телу зерен, но с большей скоростью в плоскости, нормальной к действующим напряжениям, чем в плоскости поверхности. 12 Заключение  Язвенная и точечная виды коррозии особенно опасны для трубопроводов и резервуаров, так как они быстро могут привести к сквозному ржавлению стенок и, следовательно, к аварии, поскольку около каверн и питтингов происходит концентрация местных напряжений.  Межкристаллитная коррозия и коррозионное растрескивание особенно опасны для трубопроводов и котлов высокого давления, тросов, валов машин и тонкостенных профилей, несущих силовую нагрузку. 13 Способы выражения скорости коррозии  Скорость коррозии может быть выражена в различных единицах. Если опасны общие потери металла, ее оценивают по массовому показателю, т. е. по потере металла, отнесенной к единице поверхности и к единице времени, например, в г/(см2*ч) или в г/(м2*год). Если опасность представляет сквозная коррозия, ее скорость оценивают по глубинному показателю, т. е. по уменьшению толщины металла вследствие коррозии, выраженному в линейных единицах и отнесенному к единице времени, например в мм/год. При коррозии, связанной с разрушением кристаллической решетки металла, учитывают механический показатель, т. е. относительное изменение прочности металла за определенный период, например уменьшение временного сопротивления на разрыв, в кг/(см2 *год).  Коррозионная стойкость металлов в настоящее время оценивается по десятибалльной шкале с учетом глубинного показателя (ГОСТ 13819—68). 14 Способы выражения скорости коррозии  Кроме массовых (гравиметрических) способов измерения потерь металла при оценке массового показателя скорости коррозии нередко прибегают к объемным (волюметрическим) способам. Это возможно в тех случаях, когда окисление металла сопровождается расходом или выделением газа. Так, при атмосферной коррозии расходуется кислород, а при кислотной — выделяется водород. Объем израсходованного кислорода или выделившегося водорода пропорционален массе окислившегося металла. При этом следует помнить, что на 1 моль израсходованного кислорода окисляются 4 моля металла, а при выделении водорода — на 1 моль Н2 окисляются 2 моля металла.  Измерение объема менее точно, чем взвешивание, но при массовом методе необходимо прервать испытание, удалить продукты коррозии и лишь тогда определять уменьшение массы образца. Поэтому найденная скорость коррозии представляет собой некоторую усредненную величину за период испытания. При этом предполагается, что скорость процесса не менялась в течение времени, что далеко не всегда справедливо. За изменением объема газа в некоторой замкнутой системе можно следить, не прерывая испытания, что дает более содержательную информацию о кинетике процесса коррозии. 15 Способы выражения скорости коррозии  Массовые потери металла (в г.) в первом случае определяются по формуле  Во втором –  где V, Vмол — объем израсходованного кислорода (выделившегося водорода) и их молярные объемы в условиях опыта; А — атомная масса металла; z — валентность металла в продуктах коррозии.  Массовый показатель скорости коррозии при этом определяется по формуле  где, ω – поверхность; τ – время. 16 Способы выражения скорости коррозии  Массовый показатель скорости коррозии (в г/(см2 *с) можно выразить также через плотность тока, используя законы Фарадея  где К — коэффициент, учитывающий, в каких единицах выражена плотность тока j (если j выражена в А/см2, ω — в см2, τ — в сек, то К = 1); F — константа (число) Фарадея, = 96 485,332 Кл/моль.  Применение этих методов оценки массового показателя скорости коррозии иногда затруднительно из-за того, что неизвестна валентность г. Например, при коррозии железа в воде или на воздухе в ржавчине могут содержаться одновременно ионы двух- и трехвалентного железа в разных соотношениях. Однако эти методы нашли широкое применение в практике научно-исследовательских работ. 17 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  В связи с тем что коррозия — естественный процесс, обусловленный термодинамической нестойкостью металлов в эксплуатационных условиях, срок службы металлических изделий часто бывает относительно коротким. Продлить его можно в основном четырьмя способами, которые широко используются в практике:  изоляция поверхности металлических изделий от агрессивной среды;  воздействие на металл с целью повышения его коррозионной устойчивости;  воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности;  поддержание такого энергетического состояния металла, при котором окисление его термодинамически невозможно или сильно заторможено. 18 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  Первый способ носит название пассивной защиты.  К нему относятся следующие методы:  1. Нанесение на поверхность металла слоя химически инертного относительно металла и агрессивной среды вещества с высокими диэлектрическими свойствами. Этот метод является наиболее распространенным. Он предполагает использование различного рода мастик, красок, лаков, эмалей и пластмасс, жидких в момент нанесения, а затем образующих твердую пленку, которая обладает прочным сцеплением (адгезией) с поверхностью металла. К этому методу следует отнести также и специальные методы укладки, часто используемые для за щиты подземных сооружений на территории городов и заводов (например, коллекторная прокладка, при которой подземные трубопроводы располагают в специальных каналах, изолирующим слоем в данном случае является воздушный зазор между стенкой трубопровода и каналом). 19 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  2. Обработка изделий специальными окислителями, в результате которой на поверхности металла образуется слой малорастворимых продуктов коррозии. Примером может служить образование нерастворимых фосфатов на поверхности стальных изделий (фосфатирование) или окиси алюминия на изделиях из алюминиевых сплавов.  3. Нанесение на изделия из малостойкого металла тонкого слоя другого металла, обладающего меньшей скоростью коррозии в данной среде (например, оцинкование, хромирование или никелирование стальных изделий).  4. Обработка металлических изделий растворами окислителей (пассиваторов) для перевода поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором резко уменьшается переход ионов металла в раствор и тем самым снижается интенсивность коррозионного процесса. 20 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  Второй способ защиты — введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию. Он применяется на стадии изготовления металла, а также при термической и механической обработке металлических деталей. Общую теорию коррозионного легирования предложил Н. Д. Томашов. Во многих случаях легирование металла, мало склонного к пассивации, металлом, легко пассивируемым в данной среде, приводит к образованию сплава, обладающего той же (или почти той же) пассивируемостью, что и легирующий металл. Таким путем получены многочисленные коррозионностойкие сплавы, например нержавеющие стали, легированные хромом и никелем. 21 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  Третий способ защиты предусматривает дезактивационную обработку агрессивной среды путем введения ингибиторов (замедлителей) коррозии. Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно отнести и удаление агрессивных компонентов из состава коррозионной среды деаэрации водных растворов, очистка /воздуха от примесей и осушка его).  Обработкой коррозионной среды различными ядохимикатами достигается значительное снижение интенсивности деятельности микроорганизмов, что уменьшает опасность биокоррозии металлов.  При борьбе с подземной коррозией осуществляется обработка агрессивного грунта с целью его гидрофобизации (несмачиваемости водой), нейтрализации и частичной замены на менее агрессивный грунт или специальную засыпку. Последнее мероприятие может быть квалифицировано также как изоляция металла от прямого воздействия среды. 22 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  Четвертый способ носит название активной защиты.  К нему относятся следующие методы:  1. Постоянная катодная поляризация изделия, эксплуатирующегося в среде с достаточно большой электропроводностью. Такая поляризация, осуществляемая от внешнего источника электрической энергии, носит название катодной защиты. В некоторых случаях катодная поляризация может осуществляться не постоянно, а периодически, что дает ощутимый экономический эффект. При катодной защите изделию сообщается настолько отрицательный электрический потенциал, что окисление металла становится термодинамически невозможным.  2. Катодная поляризация, вызванная электрическим контактом изделия с металлом, обладающим более отрицательным электродным потенциалом, например стального изделия с магниевой отливкой. Более электроотрицательный металл в среде с достаточно высокой электропроводностью подвергается окислению, а следовательно, разрушается. Его следует периодически заменять. Такой металл называется протектором, а метод - протекторной защитой. 23 Краткий обзор способов защиты металлов от коррозии  К этому методу можно отнести мероприятия по борьбе с блуждающими токами, которые ведутся по двум основным направлениям: предупреждение или уменьшение возможности возникновения блуждающих токов на самом источнике тока и проведение специальных работ на защищаемом подземном сооружении. Мероприятия первого направления — обязательная, но только начальная мера. Независимо от их результатов следует проводить работы по защите самих подземных сооружений, к которым относятся использование высокоизолирующих совершенных покрытий, устройство электрических экранов, установка изолирующих соединений (фланцев) на трубопроводах, укладка трубопроводов в подземных коллекторах и каналах, электродренажная защита, катодная поляризация и др.  3. Анодная поляризация, которая в некоторых случаях способствует поддержанию пассивного состояния металла в средах, не пассивирующих металл и являющихся весьма агрессивными.  К способам защиты от коррозии часто относят использование неметаллических материалов, обладающих высокой химической стойкостью (асбоцемента, бетона, керамики, стекла, пластмассы и т. д.). Однако изготовление изделий из других материалов не может рассматриваться как способ защиты от коррозии — где нет металла, там нет и коррозии его. 24 Список использованной литературы   Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров. Дизенко E.И. Москва, Недра. https://tehlib.com/storitel-ny-e-materialy/stal-ny-e-konstruktsii/korroziya-metallov/ 25