Коррозия и защита металлов от коррозии

Сталь для мостовых конструкций и водопропускных труб

Мостовые конструкции изготавливают из листовой и фасонной горяче­катаной стали. Применяют толстолистовую и широкополосную универсаль­ную сталь; уголковую, двутавровую, швеллерную, полосовую, круглую и другую фасонную сталь.

Конструкции мостов подвергаются динамическим нагрузкам. Для их из­готовления применяют высококачественные низкоуглеродистые и низколе­гированные мартеновские и конверторные стали.

В низкоуглеродистых сталях ограничивается содержание вредных при­месей. В сталях для конструкций обычного исполнения (Т _min до минус 40 °С) содержание серы и фосфора не должно превышать 0,035 % каждого. В сталях северного исполнения (Т_min ниже минус 40 °С до минус 50 °С) –серы не более 0,03 % и фосфора не более 0,025 %.

Низколегированные стали изготавливают с добавками хрома (X), кремния (С), никеля (Н), меди (Д), марганца (Г), ванадия (Ф) и других элементов. В зави­симости от вида термообработки стали подразделяют на три категории: 1 – без термической обработки: 2 – нормализованные; 3 – термически улучшенные по­сле закалки и высокого отпуска. Применение низколегированных сталей снижа­ет их расход на 15–18 %, сметную стоимость на 12–15 % по сравнению с угле­родистой.

Для основных несущих элементов пролетных строений мостов приме­няют низколегированные конструкционные стали марок 16Д, 15ХСНД и 10ХСНД с механическими свойствами, приведенными в таблице.18.8.

Таблица 18.8 – Механические свойства стали при растяжении

Марка стали	Толщина про­ката, мм	Временное сопро­тивление σв, Н/мм^2	Предел текучести σт, Н/мм^2	Относитель­ное удлине­ние δS, %
16Д	До 20 21–40 41–60	375–510 375–510 375–510
15ХСНД	8–32 33-50	490–685 470–670
10хснд	8–15 16–32 33–40	530–685 530–670 510-670

При устройстве водопропускных труб применяют стальные трубы с круглыми отверстиями диаметром до 9 м или эллиптические с отверстиями размером до 12 м. Трубы изготавливают из гнутых гофрированных листов толщиной 1,5–7 мм с кольцевыми или спиральными гофрами, из стали мар­ки 15Спс – для районов с обычным климатом и марки 09Г2СД – для север­ных районов. Защищают трубы от коррозии цинковым покрытием.

Коррозией называется процесс химического и электрохимического раз­рушения металлов под воздействием окружающей среды.

Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих га­зов и растворов неэлектролитов – бензина, масел, мазута, спиртов и др. На поверхности металла образуется пленка из продуктов коррозии. Примером

химической коррозии служит окисление стали при высоких температурах. Железо взаимодействует с кислородом и образуется окалина.

Электрохимическая коррозия происходит при воздействии на металл растворов электролитов: воды, водных растворов солей, кислот, щелочей, расплавов солей и щелочей.

В этих условиях коррозию можно рассматривать, как работу множества микрогальванических элементов, возникающих на поверхности металла вследствие неоднородности металла или окружающей среды.

Коррозия металлов в атмосфере, почве и других агрессивных средах арматурной стали и бетона, имеет свои особенности.

Атмосферная коррозия. В сухой атмосфере окисление металла проис­ходит медленно и существенного его разрушения не происходит. При воз­действии дождя, снега, водяного пара, при эксплуатации конструкций в воз­духе с повышенной влажностью скорость коррозии становится высокой. Степень агрессивности атмосферы может повыситься в десятки и сотни раз при воздействии загрязненного воздуха. Например, срок службы проводов связи в сельской местности составляет 50–60 лет, в местах расположения промышленных предприятий (металлургических и химических заводов), электростанций уменьшается до 4–5 лет. В среде дымовых газов скорость коррозии достигает 0,4–0,8 мм в год. Особенно высокую агрессивность име­ет атмосфера с содержанием сернистого газа. При взаимодействии его с во­дой воздуха образуется серная кислота, которая быстро разрушает углеро­дистые стали и защитные цинковые покрытия. Более долговечны алюми­ниевые сплавы.

Коррозия железа во влажной атмосфере происходит в результате образо­вания ржавчины xFeO · yFe₂O₃ × ZгН₂О в виде рыхлого осадка, который не защищает металл от дальнейшего разрушения и коррозия может продол­жаться до полного разрушения металла.

Способ защиты металла выбирается в каждом отдельном случае. Повы­шенную коррозионную стойкость имеют легированные стали с добавкой хрома, никеля, меди. Углеродистые стали защищаются лакокрасочными и металлическими покрытиями, смазками.

Почвенная коррозия. Почвенной коррозии подвергаются трубопрово­ды, шпунты, различные опоры. Она определяется составом почвы, грунто­вых вод, температурой и пр. Скорость коррозии углеродистой стали может достигать 7-8 мм в год. Усиливают коррозию бактериальные процессы. Особенно опасны сульфатредицирующие бактерии, которые восстанавли­вают сульфатные соли в почвах. Коррозионная стойкость конструкций по­вышается при применении сталей, легированных хромом и никелем.

Цинк корродирует в почвах, особенно в почвах с кислой реакцией. И все же цинковое покрытие - достаточно эффективная защита стальных конст­рукций от электрохимической коррозии.

Алюминий и его сплавы разрушаются щелочами. Однако при рН 10-11 скорость уменьшается и в интервале от рН 10–11 до рН 3–4 скорость корро­зии остается постоянной.

Защищают от почвенной коррозии конструкции из углеродистой стали металлическими, силикатными, лакокрасочными покрытиями, обрабатыва­ют почву замедлителями коррозии. Защита от блуждающих токов осущест­вляется дренажной защитой, заключающейся отводом их в источник, соз­дающий эти токи. При наличии агрессивных микроорганизмов применяют изолирующие покрытия, добавляют в почву яды.

Коррозия арматурной стали в железобетоне. Одним из существенных недостатков железобетона является коррозия арматурной стали. Она носит преимущественно электрохи­мический характер и протекает на границе металл-раствор элекролита.

Поровое пространство бетона частично заполнено водой с рас­творенными в ней солями, щелочами, газами, т. е. является электро­литом, способным проводить электрический ток. Свободная часть заполнена воздухом.

  Рисунок 18.30 – Схема гидратации и перехода в раствор ионов металла а –b – линия поверхности металла

По современным представлениям металл состо­ит из ион-атомов Ме⁺, связанных с электронами е, способными перемещаться внутри кристаллической решетки от одного атома к друго­му. Преодолеть электростатическое притяжение электронов, вы­рваться из кристаллической решетки и оторваться от поверхности металла ион-атом может только при наличии необходимой энергии. Эта энергия возникает в результате реакции гидратации (рисунок 18.30).

Электроны не переходят в раствор, и на поверхности металла остается их эквивалентное количество

Ме∙е + n Н₂О ® Ме + n Н₂О + е.

а

ба

На границе металл–электролит образуется равновесный двойной слой из отрицательных электрических зарядов на поверхности металла и положительных ионов (рисунок 18.31а) с возникновением между ними разности потенциалов.

	Рисунок 18.31 – Схема двойного слоя: а – при выходе иона металла в раствор; б – при выходе катиона из раствора на металл

Коррозионный процесс заключается в растворении металла. Избыточные электроны на поверхности металла ассимилируются ионами, атомами или молекулами электролита (деполяризаторами), которые при этом восстанавливаются:

е + D ® De.

Дата добавления: 2014-12-16