Карозія ў розных асяроддзях — карозія металаў і сталі ў навакольным асяроддзі

Каразія ў навакольным асяроддзі ахоплівае працэсы дэградацыі металаў і сплаваў, якія адбываюцца пад уздзеяннем умоў навакольнага асяроддзя, такіх як атмасфера, марская вада, прэсная вада, глеба, а таксама хларыднае, кіслотнае і шчолачнае асяроддзе. Карозія металу залежыць не толькі ад тыпу матэрыялу, але і ад асяроддзя, у якім ён працуе. Адна і тая ж марка сталі можа захоўваць высокую ўстойлівасць на працягу многіх гадоў у мяккіх атмасферных умовах, але ў асяроддзях, якія змяшчаюць хларыды, кіслоты, павышаныя тэмпературы або адклады, яна можа падвяргацца інтэнсіўнай лакальнай або агульнай карозіі. Каразійнае асяроддзе вызначае, сярод іншага, стабільнасць пасіўнага пласта нержавеючай сталі, хуткасць электрахімічных рэакцый і патэнцыял для кропкавай, шчыліннай, гальванічнай, мікробнай (MIC) і каразійнай расколіны пад напружаннем (SCC). Такім чынам, правільны выбар матэрыялу патрабуе аналізу не толькі маркі сталі і яе хімічнага складу, але і фактычных умоў эксплуатацыі.

Каразійнае асяроддзе і механізм карозіі

Такія тэрміны, як марская карозія, атмасферная карозія, карозія глебы або карозія ў вадзе, апісваюць у першую чаргу каразійнае асяроддзеІх не варта блытаць з механізмамі або формамі разбурэння, такімі як кропкавая, шчылінная, гальванічная або міжкрышталітная карозія.
У адным асяроддзі могуць суіснаваць некалькі механізмаў карозіі. Напрыклад, прысутнасць хларыдаў у марской вадзе можа спрыяць кропкавай і шчыліннай карозіі нержавеючай сталі, кантакт разнастайных металаў можа выклікаць гальванічную карозію, біяплёнка можа спрыяць развіццю мікробнай карозіі (МІК), а адпаведнае спалучэнне напружання, тэмпературы і хларыднага асяроддзя можа прывесці да каразійнага растрэсквання пад напружаннем (КРС).

навакольнае асяроддзе	Найважнейшыя фактары	Магчымыя формы карозіі
Марскі	хларыды, тэмпература, кісларод, біяплёнка, адклады, паток	кропкавая, шчылінная, гальванічнае, MIC, эразійнае, SCC
Атмасферны	вільготнасць, час змочвання, солі, прымешкі, тэмпература	агульны, лакальны, кропкавы, шчылінны, гальванічны
зямля	вільготнасць, солі, pH, кісларод, мікраарганізмы, блукаючыя токі	агульная, лакальная, кропкавая, MIC, карозія блукаючых токаў
Прэсная і прамысловая вада	хларыды, цвёрдасць, pH, кісларод, тэмпература, адклады, хімічныя дабаўкі	кропкавая, шчылінная, гальванічнае, MIC, эразійнае
Хларыд	канцэнтрацыя Cl⁻, тэмпература, pH, патэнцыял, прамежкі	ямкавая карозія, шчыліна, плоскакрышталічны крывяны ціск
Кіслы	тып кіслаты, канцэнтрацыя, тэмпература, прымешкі, акісляльна-аднаўленчы патэнцыял	агульныя і, у залежнасці ад умоў, лакальныя формы карозіі
Шчолачны	тып асновы, канцэнтрацыя, тэмпература, прымешкі	агульнае, лакальнае, каразійнае растрэскванне пад напружаннем у пэўных умовах

Карозія ў марскім асяроддзі

Марское асяроддзе з'яўляецца адным з самых складаных умоў эксплуатацыі для многіх канструкцыйных матэрыялаў. Марская вада ўтрымлівае значную колькасць хларыдаў, якія могуць дэстабілізаваць пасіўны пласт нержавеючай сталі і спрыяць развіццю кропкавай і шчыліннай карозіі.

Аднак умовы карозіі неаднастайныя па ўсёй марской канструкцыі. Матэрыялы, пастаянна пагружаныя ў ваду, паводзяць сябе па-рознаму, функцыянуючы ў міжпрыліўнай зоне, у зоне запырскаў або прыбярэжнай атмасферы. Тэмпература, хуткасць вады, насычэнне кіслародам, біяплёнка, адклады і кантакт з іншымі металамі таксама адыгрываюць пэўную ролю.
У больш патрабавальных марскіх умовах прымянення замест стандартных аўстэнітных сталей, дуплексных і звышдуплексных сталей выкарыстоўваюцца высокалегаваныя аўстэнітныя сталі тыпу 6Mo і адпаведна падабраныя нікелевыя сплавы.

Атмасферная карозія

Атмасферная карозія ўзнікае на металічных паверхнях, якія падвяргаюцца ўздзеянню атмасферы і пласта вільгаці, які на іх утвараецца. Інтэнсіўнасць працэсу залежыць у першую чаргу ад часу змочвання паверхні, вільготнасці, тэмпературы, а таксама наяўнасці соляў і забруджванняў.
Сельская атмасфера з нізкім узроўнем забруджвання звычайна значна менш агрэсіўная, чым прамысловая або прыбярэжная атмасфера. Паблізу мора саляныя туманы спрыяюць выкідам хларыдаў, у той час як у прамысловым асяроддзі дадатковую ролю могуць адыгрываць злучэнні серы і іншыя забруджвальнікі.
Пыл, соль і іншыя забруджванні могуць утрымліваць вільгаць і ствараць лакальныя ўмовы, якія спрыяюць карозіі. Такім чынам, стан паверхні, яе канструкцыя, якая дазваляе натуральную прамыўку, і перыядычная чыстка могуць істотна паўплываць на даўгавечнасць кампанентаў.

Карозія грунту

Грунт — гэта вельмі складанае і неаднароднае асяроддзе. На карозію падземных збудаванняў уплываюць такія фактары, як вільготнасць, хімічны склад глебы, утрыманне хларыдаў і сульфатаў, pH, электраправоднасць, даступнасць кіслароду, мікробная актыўнасць і наяўнасць блукаючых токаў.
Неаднароднасць глебы можа прывесці да лакальных адрозненняў у электрахімічных умовах на паверхні аднаго і таго ж кампанента. Асаблівую ўвагу варта звярнуць на трубаправоды, рэзервуары, падземныя збудаванні і пункты пераходу паміж рознымі тыпамі глебы.
Для закапаных збудаванняў выбар матэрыялу — гэта толькі адзін з элементаў абароны. У залежнасці ад канструкцыі і ўмоў таксама выкарыстоўваюцца адпаведныя пакрыцці, катодная абарона і кантроль блукаючых токаў.

Карозія ў прэснай і прамысловай вадзе

Тэрмін «вада» не апісвае адно каразійнае асяроддзе. Пітная вада, рачная вада, вада з калодзежоў, астуджальная вада, вада з катлоў і тэхнічная вада могуць істотна адрознівацца па хімічным складзе і агрэсіўнасці.
Да найважнейшых параметраў адносяцца ўтрыманне хларыдаў, pH, тэмпература, насычэнне кіслародам, цвёрдасць, праводнасць, наяўнасць адкладаў, а таксама наяўнасць інгібітараў, біяцыдаў і іншых тэхналагічных дабавак. Умовы патоку таксама важныя. Застой можа спрыяць утварэнню адкладаў, біяплёнкі і лакальным розніцам у насычэнні кіслародам, у той час як вельмі высокія хуткасці патоку пры пэўных умовах могуць павялічыць рызыку эрозіі і эразійнай карозіі.
У выпадку з нержавеючымі сталямі асаблівую ўвагу варта звярнуць на хларыды. Па меры павышэння іх канцэнтрацыі і тэмпературы павялічваецца рызыка лакальнай карозіі, і ўсё большае значэнне набываюць устойлівасць матэрыялу да кропкавай і шчыліннай карозіі, а таксама такія параметры, як PREN, CPT і CCT.

Карозія ў хларыдных асяроддзях

Хларыды з'яўляюцца аднымі з найважнейшых фактараў, якія абмяжоўваюць выкарыстанне нержавеючых сталей. Яны могуць лакальна дэстабілізаваць пасіўны пласт і прывесці да ўзнікнення кропкавай і шчыліннай карозіі. Пры адпаведных умовах хларыды таксама могуць спрыяць каразійнаму растрэскванню пад напружаннем.
Рызыку нельга ацаніць выключна па канцэнтрацыі хларыду. Тэмпература, pH, электрахімічны патэнцыял, наяўнасць расколін і адкладаў, а таксама стан паверхні — усё гэта важныя фактары. Такім чынам, дапушчальная канцэнтрацыя хларыду для дадзенага віду не з'яўляецца адзіным універсальным значэннем, якое прымяняецца ва ўсіх умовах.
Устойлівасць нержавеючых сталей да лакалізаванай карозіі ў хларыдных асяроддзях павялічваецца ў першую чаргу пры адпаведным утрыманні хрому, малібдэна і азоту. Індэкс PREN выкарыстоўваецца для пачатковага параўнання матэрыялаў, у той час як лабараторную ўстойлівасць да лакалізаванай карозіі можна дадаткова ахарактарызаваць з дапамогай CPT і CCT.

Карозія ў кіслых асяроддзях

Кіслотныя асяроддзі могуць выклікаць інтэнсіўную агульную карозію, калі пасіўны пласт матэрыялу нестабільны ў дадзеных умовах. Аднак не існуе адзінай універсальнай «кіслотаўстойлівасці». Паводзіны матэрыялу залежаць ад тыпу кіслаты, яе канцэнтрацыі, тэмпературы, наяўнасці кіслароду і іншых акісляльнікаў, а таксама забруджвальных рэчываў, у тым ліку іёнаў хларыду.
Серная, саляная, фосфарная, азотная, воцатная і мурашыная кіслоты ствараюць розныя каразійныя асяроддзі. Матэрыял, высокаўстойлівы да адной кіслаты, не абавязкова праяўляе такую ж устойлівасць да іншай. Саляная кіслата асабліва агрэсіўная да многіх нержавеючых сталей, паколькі яна спалучае ў сабе кіслае асяроддзе з высокай актыўнасцю хларыдаў.
Пры выбары матэрыялу для выкарыстання ў кіслотных асяроддзях неабходна ўлічваць канкрэтную сістэму: матэрыял – кіслата – канцэнтрацыя – тэмпература – забруджвальнікі. На практыцы дыяграмы ізакарозіі выкарыстоўваюцца, сярод іншага, для вызначэння хуткасці карозіі ў залежнасці ад тэмпературы і канцэнтрацыі дадзенага асяроддзя.

Карозія ў шчолачных асяроддзях

Многія нержавеючыя сталі дэманструюць добрую ўстойлівасць да ўмерана шчолачных асяроддзяў, але высокаканцэнтраваныя шчолачы, асабліва пры падвышаных тэмпературах, могуць быць агрэсіўнымі. Тып шчолачы, яе канцэнтрацыя, тэмпература і наяўнасць дадатковых прымешак з'яўляюцца важнымі фактарамі.

Прыкладам можа служыць гідраксід натрыю (NaOH), які выкарыстоўваецца ў многіх хімічных працэсах. У залежнасці ад канцэнтрацыі і тэмпературы, няправільна падабраны матэрыял можа быць схільны да паскоранай карозіі або некаторых формаў каразійнага расколіны пад напружаннем. Як і ў выпадку з кіслымі асяроддзямі, ацэнка ўстойлівасці павінна грунтавацца на канкрэтных умовах працэсу, а не проста на тэрміне «шчолачнае асяроддзе».

Карозія ў газах і выхлапных газах

Газападобныя асяроддзі і выхлапныя газы могуць выклікаць карозію металаў як у прысутнасці вільгаці і кандэнсату, так і пры павышаных тэмпературах. Агрэсіўнасць асяроддзя вызначаецца такімі фактарамі, як тэмпература, утрыманне вадзяной пары, кіслароду, злучэнняў серы, хлору і іншых газападобных кампанентаў, а таксама патэнцыял іх кандэнсацыі на паверхні металу. Асабліва небяспечнымі могуць быць зоны, дзе тэмпература паверхні апускаецца ніжэй за кропку расы і ўтвараецца кандэнсат, які змяшчае раствораныя прадукты гарэння. У залежнасці ад умоў можа ўзнікаць агульная, лакальная, кандэнсацыйная і высокатэмпературная карозія. Выбар матэрыялу патрабуе ўліку як складу газу, так і працоўнай тэмпературы, а таксама тэмпературы паверхні кампанента.

Карозія ў каналізацыйных і каналізацыйных сістэмах

Сцёкавыя воды і каналізацыйныя сістэмы ствараюць складанае каразійнае асяроддзе, дзе могуць суіснаваць хларыды, сульфаты, сульфіды, арганічныя злучэнні, зменныя значэнні pH, адклады і мікраарганізмы. Асаблівае значэнне мае патэнцыял мікробнай карозіі (МІК) і ўтварэння серавадароду (H₂S) у анаэробных умовах. У прасторах над сцёкавымі водамі H₂S можа акісляцца біялагічнымі працэсамі да злучэнняў, якія ствараюць высокакіслотнае асяроддзе, што з'яўляецца асабліва значнай праблемай для бетонных і металічных кампанентаў каналізацыйнай інфраструктуры. Застойныя асяроддзі, адклады, біяплёнка і адрозненні ў насычэнні кіслародам могуць яшчэ больш спрыяць лакальнай карозіі. Выбар матэрыялу павінен улічваць фактычны склад сцёкавых вод, тэмпературу, pH, хларыды, злучэнні серы, умовы патоку і мікрабіялагічную актыўнасць.

Карозія ў хімічных і нафтахімічных асяроддзях

Хімічныя і нафтахімічныя ўстаноўкі адносяцца да самых разнастайных агрэсіўных асяроддзяў. Матэрыялы могуць кантактаваць з кіслотамі, шчолачамі, хларыдамі, серавадародам (H₂S), вуглякіслым газам (CO₂), злучэннямі серы, растваральнікамі, тэхналагічнай вадой і сумесямі многіх хімічных рэчываў. Гэтыя ўмовы могуць прывесці да агульнай і лакалізаванай карозіі, каразійнага растрэсквання пад напружаннем, карозіі пад адкладамі і іншых працэсна-залежных механізмаў. Устойлівасць матэрыялу вызначаецца не толькі хімічным складам асяроддзя, але і яго канцэнтрацыяй, тэмпературай, ціскам, утрыманнем вады, патокам, забруджвальнікамі і напружаннямі ўнутры канструкцыі. У больш агрэсіўных асяроддзях, акрамя стандартных нержавеючых сталей, выкарыстоўваюцца дуплексныя і супердуплексныя сталі, высокалегаваныя аўстэнітныя сталі і адпаведна падабраныя нікелевыя сплавы. Выбар матэрыялу заўсёды павінен грунтавацца на рэальных умовах працэсу, паколькі агульныя тэрміны «хімічнае асяроддзе» або «нафтахімічнае» не дазваляюць аднаразова ацаніць рызыку карозіі.

Найважнейшыя фактары, якія вызначаюць агрэсіўнасць навакольнага асяроддзя

Незалежна ад тыпу асяроддзя, існуе некалькі параметраў, якія аказваюць асабліва моцны ўплыў на ход каразійных працэсаў:

тэмпература – павышэнне тэмпературы часта паскарае электрахімічныя рэакцыі і можа знізіць устойлівасць да лакальнай карозіі,
pH – уплывае на стабільнасць пасіўнага пласта і ход электрахімічных рэакцый,
хларыды і іншыя галагеніды – з'яўляюцца аднымі з найважнейшых фактараў, якія ініцыююць лакальную карозію нержавеючых сталей,
кісларод і іншыя акісляльнікі – уплываюць на электрахімічны патэнцыял і здольнасць падтрымліваць пасіўны пласт,
сярэдні паток – можа палепшыць масаперанос, але пры высокіх хуткасцях і ў прысутнасці часціц гэта таксама можа павялічыць рызыку эразійнай карозіі,
адклады і расколіны – ствараюць лакальныя асяроддзі, якія адрозніваюцца ад асноўнага асяроддзя і спрыяюць шчыліннай карозіі,
мікраарганізмы – біяплёнка і мікрабіялагічная актыўнасць могуць уплываць на лакальныя электрахімічныя ўмовы і развіццё мікраарганізмаў (МІК),
кантакт розных металаў – у прысутнасці электраліта гэта можа прывесці да ўтварэння гальванічнага элемента,
стрэс – у спалучэнні з пэўным асяроддзем можа прывесці да каразійнага растрэсквання пад напружаннем.

Выбар матэрыялаў для агрэсіўных асяроддзяў

Няма адной маркі нержавеючай сталі, якая б найлепш падыходзіла для ўсіх умоў. Папулярныя нержавеючыя сталі 304L і 316L падыходзяць для шырокага спектру прымянення, але іх устойлівасць можа быць недастатковай у цёплым асяроддзі з хларыдам, марской вадзе, моцных кіслотах або канструкцыях, асабліва схільных да шчыліннай карозіі.

Па меры павышэння агрэсіўнасці навакольнага асяроддзя выкарыстоўваюцца высокалегаваныя сталі, такія як 904L, дуплексныя і звышдуплексныя сталі, аўстэнітныя сталі 6Mo, такія як 1.4547 і 1.4529, і адпаведна падабраныя нікелевыя сплавы. Аднак больш высокі ўзровень легіравання не азначае аўтаматычна, што матэрыял будзе найлепшым рашэннем у любым асяроддзі.

Пры выбары варта ўлічваць хімічны склад асяроддзя, тэмпературу, pH, канцэнтрацыю хларыдаў, умовы патоку, наяўнасць расколін і адкладаў, напружанні, тэхналогію будаўніцтва і меркаваны час эксплуатацыі.

Навакольнае асяроддзе і матэрыял павінны аналізавацца разам

Устойлівасць да карозіі — гэта не ўласцівасць, якую можна належным чынам апісаць адным тэрмінам, такім як «каразійна-ўстойлівая сталь». Матэрыял альбо ўстойлівы, альбо схільны да карозіі ў залежнасці ад канкрэтных асяроддзяў і ўмоў эксплуатацыі.

Такім чынам, пры праектаванні ўстаноўкі неабходна прааналізаваць усю сістэму: матэрыял — навакольнае асяроддзе — тэмпературу — канструкцыю — метад будаўніцтва — умовы эксплуатацыі . Толькі такі падыход дазваляе належным чынам ацаніць рызыку карозіі і выбраць матэрыялы з неабходнай даўгавечнасцю.

Карозія металаў у розных асяроддзях

Асобныя каразійныя асяроддзі патрабуюць асобнага аналізу. У наступных працах падрабязна апісаны механізмы карозіі, фактары рызыкі і прынцыпы выбару матэрыялаў для наступных умоў:

Марская карозія — карозія сталі і металаў у марской вадзе
Атмасферная карозія
Карозія грунту
Карозія ў прэснай і прамысловай вадзе
Карозія ў хларыдных асяроддзях
Карозія ў кіслых асяроддзях
Карозія ў шчолачных асяроддзях
Карозія ў газах і выхлапных газах
Карозія ў каналізацыйных і каналізацыйных сістэмах
Карозія ў хімічных і нафтахімічных асяроддзях

Асяроддзе эксплуатацыі з'яўляецца адным з асноўных фактараў, якія вызначаюць даўгавечнасць металаў і сплаваў. Атмасфера, глеба, марская вада, прамысловая вада, хларыды, кіслоты і шчолачы могуць ствараць зусім розныя каразійныя ўмовы і запускаць розныя механізмы дэградацыі матэрыялаў.
Такім чынам, ведання толькі тыпу матэрыялу недастаткова для ацэнкі яго даўгавечнасці. Правільны выбар патрабуе вызначэння рэальных умоў эксплуатацыі і выяўлення механізмаў карозіі, якія могуць узнікнуць. Толькі спалучэнне ведаў аб матэрыяле і навакольным асяроддзі дазваляе належным чынам ацаніць каразійную ўстойлівасць канструкцыі.

Віды карозіі сталі і металаў

Звязаныя тэмы

CPT — крытычная тэмпература кропкавай карозіі нержавеючых сталей і нікелевых сплаваў
PREN — індэкс устойлівасці да кропкавай карозіі нержавеючай сталі
CCT — крытычная тэмпература шчыліннай карозіі нержавеючых сталей і нікелевых сплаваў