Коррозия металлов и сплавов
Коррозией называется процесс разрушения материалов в результате взаимодействия с агрессивной средой.
Конструкционные материалы для химического машиностроения должны обладать высокой коррозионной стойкостью, т. е. способностью противостоять коррозионному воздействию среды.
Коррозионная стойкость понятие относительное, так как зависит от многих факторов: вида агрессивной среды, конструкции химически активного компонента, скорости движения среды, температуры, давления и др. Например, углеродистая сталь вполне устойчива к действию концентрированной серной кислоты, но не стойка к действию разбавленной серной кислоты. Многие силикатные материалы устойчивы к действию серной кислоты любой концентрации, однако, не стойки к действию плавиковой кислоты.
Коррозионная стойкость металлов оценивается различными методами. Одним из наиболее распространенных является метод оценки по глубинному показателю коррозии (скорости коррозии). Глубинный показатель коррозии – это величина, характеризующая уменьшение толщины металла в течение года вследствие коррозии.
Согласно ГОСТ 13819-63 все конструкционные материалы по коррозионной стойкости делятся на группы и оцениваются по десятибалльной шкале. Так, материалы для химического машиностроения должны иметь балл не более 5, что соответствует скорости коррозии 0,1 мм/год. Для конструкционных материалов менее ответственных деталей химического оборудования скорость коррозии допускается до 0,5 мм/год.
Виды коррозии
Коррозия металлов может протекать по химическому и электрохимическому механизму.
Электрохимическая коррозия – возникает при действии на металл электролитов и влажных газов и характеризуется наличием двух параллельно идущих процессов: окислительного (растворение металла) и восстановительного (выделение металла из раствора). Этот вид коррозии сопровождается протеканием электрического тока в результате образования микрогальванических элементов. Возникновение коррозионных разрушений в металле связано с неоднородностью металла, присутствием примесей, нарушением структуры металла или защитного слоя, непостоянством состава раствора, неравномерностью деформаций различных участков, разностью температур и другими факторами.
Скорость электрохимической коррозии зависит от концентрации и скорости движения раствора, состава и структуры металла, растворимости продуктов коррозии на анодных и катодных участках, температуры, давления и др.
Химическая коррозия – возникает при действии сухих газов и жидких неэлектролитов на металлы, а так же при действии электролитов на неметаллы. Механизм химической коррозии сводится к диффузии ионов металла сквозь постоянно утолщающуюся пленку продуктов коррозии и встречной диффузии атомов или ионов кислорода.
Примером химической коррозии является газовая коррозия - процесс взаимодействия металлов при высоких температурах и давлениях с кислородом или другими газами (H2S, SO2, CO2, водяной пар). В результате этого процесса на поверхности металлов образуется оксидная пленка, которая во многих случаях обладает защитными свойствами. Толщина такой пленки может меняться от 1-5 мм до десятых долей миллиметра. Хорошими защитными свойствами обладают оксидные пленки, у которых коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) близок к значению КЛТР металла.
Скорость химической коррозии значительно зависит от температуры и давления. При повышенных температурах вследствие химической коррозии происходит процесс обезуглероживания углеродистых сталей:
Fe3C+O2®3Fe+CO2;
Fe3C+CO2®3Fe+2CO;
Fe3C+2H2O®3Fe+CO2+2H2.
При повышенных температурах и давлениях обезуглероживание может происходить за счет гидрирования (водородная коррозия):
Fe3C+2Н2®3Fe+CH4.
При сравнительно низких температурах и высоких давлениях происходит разрушение металла в результате воздействия на него оксида углерода с образованием карбонилов (карбонильная коррозия):
Ме+nCO®Ме(СО)n.
Наличие механических воздействий в присутствии агрессивных сред приводит к возникновению коррозионной навигации и коррозионной усталости металла, сопровождающихся серьезными коррозионными разрушениями.