Способы классификации коррозионных процессов.

Лекция 3. Классификация коррозионных процессов (2 ч).

Как видно из предыдущих лекций, запишем: коррозия является чрезвычайно сложным, многофакторным и зачастую многостадийным процессом, в котором могут участвовать различные металлы и окислители разного типа. В связи с этим существует большое множество разновидностей коррозионных процессов и, как следствие, большое количество способов их классификации по различным признакам.

Важнейшее различие между коррозионными процессами заключается в природе происходящих в них взаимодействий. Существует два основных типа коррозии – химическая (ХК) и электрохимическая (ЭХК).

ХК – это обычная гетерогенная химическая реакция, проходящая по механизму ОВР с участием металла и окислителя из окружающей среды. Она может протекать в любых средах. В процессе ХК электрический ток не возникает.

ЭХК – это электрохимический процесс, в котором химическая энергия проходящих в нем ОВР превращается в энергию электрического тока. ЭХК может протекать только в токопроводящих средах, способных играть роль гальванических элементов, т.е. в системах, содержащих электролиты и имеющих участки с различным значением электродных потенциалов (анод и катод). Поэтому ЭХК всегда сопровождается образованием электрического тока.

Способы классификации коррозионных процессов.

1. Классификация коррозионных сред по степени их воздействия на металлы:

а) неагрессивные;

б) слабоагрессивные;

в) среднеагрессивные;

г) сильноагрессивные.

При определении степени агрессивности среды учитывают условия эксплуатации металлических конструкций и сооружений. Например, степень агрессивности среды по отношению к оборудованию и конструкциям, находящимся на открытом воздухе и не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе.

2. Классификация по типу агрессивной среды:

а) Атмосферная коррозия – это коррозия в атмосфере влагосодержащих газов в естественных условиях.

б) Газовая коррозия – это коррозия в газовой среде при высоких температурах (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.).

в) Жидкостная коррозия – протекает в среде жидких электролитов или неэлектролитов.

г) Подземная, или почвенная коррозия. Рассмотрим на примере Вашей отрасли. При подземной прокладке стальные трубопроводы подвергаются почвенной коррозии. В грунтах почти всегда содержатся соли, кислоты, щелочи и органические вещества, которые вредно действуют на стенки стальных труб. В некоторых случаях такая коррозия может вызвать очень быстрое появление сквозных свищей в металле трубы и этим вывести трубопровод из строя, такие разрушения происходят особенно часто в трубопроводах, уложенных без достаточной защиты от коррозии. Если трубопроводы защищены только изоляционным покрытием, то сквозные коррозионные повреждения возникают уже через 5-8 лет после укладки трубопроводов в грунт вследствие почвенной коррозии.

д) Структурная коррозия – это коррозия, обусловленная неоднородностью структуры металла.

е) Коррозия при воздействии внешних токов (анодное или катодное заземление) или блуждающих токов т.е. токов, проходящих по незапланированным маршрутам.

3. Классификация по условиям протекания коррозионного процесса:

а) контактная коррозия – происходит при контакте разнородных металлов в электропроводящей среде;

б) щелевая коррозия;

в) коррозия при неполном погружении;

г) коррозия при полном погружении;

д) коррозия при переменном погружении;

е) коррозия при трении;

ж) межкристаллитная коррозия;

з) коррозия под напряжением – проходит вследствие возникновения и развития трещин при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающего механического напряжения;

и) микробиологическая коррозия – металл разрушается вследствие того, что он служит питательной средой для микроорганизмов, или под действием продуктов, образующихся в результате их жизнедеятельности. Биохимическая коррозия, как правило, протекает в растворах электролитов;

к) коррозия под действием радиации, которая может изменить свойства металла, однако наиболее важное влияние радиация оказывает на свойства агрессивной окружающей среды, а также на эффективность защитного действия ингибиторов и оксидных пленок на поверхности металла.

4. Классификация по характеру агрессивной среды:

а) кислотная коррозия;

б) шелочная коррозия;

в) солевая коррозия;

г) морская коррозия.

5. Классификация по типу разрушений.

Различают сплошную, или общую, и местную коррозию. При равномерном распределении коррозионных разрушений по всей поверхности металла коррозию называют равномерной или сплошной. Для конструкций и аппаратов она не представляет особой опасности, особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм.

Виды общей коррозии:

а) равномерная – протекает с одинаковой скоростью на всей поверхности металла. Примеры: коррозия углеродистой стали в серной кислоте, ржавление железа, потускнение серебра;

б) неравномерная – протекает на разных участках с неодинаковой скоростью, например, коррозия углеродистой стали в морской воде или в присутствии анионов хлора;

в) избирательная – избирательно разрушается (растворяется) один или несколько компонентов сплава, после чего остается пористый остаток, который сохраняет первоначальную форму и кажется неповрежденным. Пример: коррозия ферритных вкраплений в составе чугуна.

Если коррозия происходит лишь на отдельных участках поверхности металла, то ее называют местной. Она гораздо опаснее, хотя потери металла могут быть и небольшими. Опасность заключается в том, что в результате снижения прочности отдельных участков резко уменьшается надежность конструкций и аппаратов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода и растворы солей, в т.ч. хлоридов Na, Ca и Mg. Особенно большие неприятности связаны с хлоридом натрия, который разбрасывают в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда. В присутствии солей они плавятся, и образующиеся растворы стекают в канализационные трубы. В США применение для этой цели солей приводит к потерям на сумму 2 млрд. долларов в год в связи с коррозией двигателей и 0, 5 млрд. на дополнительный ремонт дорог, подземных магистралей и мостов.

Разновидности местной коррозии (рис. 1, 2 и 3):

а) пятнами – поражение распространяется сравнительно неглубоко и занимает относительно большие участки поверхности (коррозия латуни в морской воде)

б) язвенная – глубокие поражения локализуются на небольших участках поверхности (коррозия стали в грунте)

в) точечная, или питтинговая – коррозия поражает металл в отдельных точках на большую глубину, в некоторых случаях насквозь. Она приводит к образованию сквозных поражений в виде точечных полостей – т.н. питтингов и является одной из самых опасных. Пример: коррозия нержавеющей стали в морской воде, растворах солей, в охлаждающих системах холодильных машин, в системах обьоротного водоснабжения химических предприятий. К питтинговой коррозии склонно большинство металлов и их сплавов.

г) сквозная

д) подповерхностная

е) структурно-избирательная (возникает на определенных участках профиля поверхности)

ж) щелевая – вызывает разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и т.п.

з) ножевая (коррозия сварных швов).

и) контактная

к) межкристаллитная (межкристаллическая) – разрушение металла проходит по границам кристаллитов, т.е. зерен металла, протекает быстро, глубоко и вызывает катастрофические разрушения. Этот вид коррозии опасен тем, что внешний вид металлического изделия не изменяется, но при этом металл теряет прочность и пластичность Примеры: коррозия нержавеющей стали в кислых средах или при сплавлении алюминия с хромоникелем.

Рис. 1 Виды коррозии: а - пятнами; б - язвенная; в - точечная; г -подповерхностная; д - структурно-избирательная; е -межкристаллитная; ж -коррозионное растрескивание

Рис. 2. Виды коррозионных разрушений: а — равномерное; б — местное; в — точечное; г — избирательное; д — межкристаллическое; е — транскристаллическое.

л) транскристаллитная (транскристаллическая) – разрушение по границам кристаллитов имеет значительно большую протяженность, чем в межкристаллитной коррозии.

м) Коррозия в условиях механического воздействия. Этому типу разрушения подвергаются инженерные сооружения, работающие как в жидких электролитах, так и в атмосферных и подземных условиях. Наиболее типичными видами являются:

– коррозионное растрескивание (КР) – возникает при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и механических напряжений, например, если металл подвергается постоянному растягивающему напряжению в коррозионной среде. В металле появляются трещины транскристаллитного характера, которые часто приводят к полному разрушению изделий. КР может быть вызвано абсорбцией водорода, образовавшегося в процессе коррозии. Примеры: щелочная хрупкость котлов, сезонное растрескивание латуней, также растрескивание некоторых конструкционных высокопрочных сплавов;

– коррозионная усталость – вызывается воздействием коррозионной среды и знакопеременных или пульсирующих механических напряжений. Этот вид разрушения также характеризуется образованием меж- и транскристаллитных трещин. Примеры: разрушения металлов при эксплуатации валов гребных винтов, рессор автомобилей, канатов, штанг глубинных насосов, охлаждаемых валков прокатных станов и др.

– коррозионная кавитация – является следствием энергичного механического воздействия коррозионной среды на поверхность металла и может приводить к весьма сильным местным разрушениям металлических конструкций, например, гребных винтов морских судов.

– коррозионная эрозия – вызывается механическим истирающим воздействием другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственным истирающим действием самой коррозионной среды. Это явление называют также коррозионным истиранием или фреттинг-коррозией.

Неравномерная коррозия более опасна, чем равномерная, т.к. вызывает значительное уменьшение сечения в отдельных местах материала.

На практике зачастую реализуются более сложные виды коррозии, представляющиеся собой различные сочетания указанных разновидностей.