Виды коррозии и методы их оценки

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического 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 (коррозионно-механическое изна­шивание);

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

• коррозионная кавитация;

• 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 , отнесенной к площади образца S и времени коррозии t

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

Группа стойкости	Скорость коррозии П	Балл
I Совершенно стойкие	Менее 0.001
II Весьма стойкие	Свыше 0.001 до 0.005 Свыше 0.005 до 0.01
III Стойкие	Свыше 0.01 до 0.05 Свыше 0.05 до 0.1
IV Пониженностойкие	Свыше 0.1 до 0.5 Свыше 0. 5 до 1.0
V Малостойкие	Свыше 1.0 до 5.0 Свыше 5.0 до 10.0
VI Нестойкие	Свыше 10.0

Расчет проникновения коррозии (П) в мм/год производят по формуле

[мм/год];

где К - потеря масс, г/м²год,

d - плотность материала, г/см³.

Учитывая важность в обеспечении безопасной работы сосудов, работающих под давлением в химической промышленности, возможность их разрушения в результате межкристаллитной коррозии, стандартизированы (ГОСТ 6032-89) методы испытания на межкристаллитную коррозию коррозионно-стойких сталей и 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 2Х18Н9, 2Х13Н4Г9, Х18Н10Т, Х23Н28МЗДЗТ и другие, предназначенные для работы с высокоагрессивными реагентами.

Дополнительно ГОСТ 9.914-91 устанавливает электрохимические методы (потенциостатического травления, капельный, измерение потенциала коррозии, потенциодинамической реактивации) определения стойкости против межкристаллитной коррозии коррозионностойких сталей 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т.

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

По характеру исследований методы испытаний на коррозионную стойкость подразделяют на лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. Ввиду разнообразия коррозии 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 грунтов 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.

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,

• изменение 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 воздействию 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.

Дата добавления: 2015-04-30