Atmosférická koroze – koroze kovů a oceli v atmosférickém prostředí

Atmosférická koroze je proces destrukce kovů a slitin, ke kterému dochází vlivem atmosféry a tenké vrstvy vlhkosti, která se tvoří na povrchu materiálu. Na rozdíl od koroze součástí trvale ponořených ve vodě je zde elektrolytem primárně vlhkost z deště, kondenzace, mlhy nebo vysoké vlhkosti vzduchu. Agresivita atmosféry závisí na faktorech, jako je doba smáčení povrchu, teplota, vlhkost, přítomnost chloridů, sloučenin síry a dalších kontaminantů a místní podmínky.

Atmosférická koroze může ovlivnit uhlíkovou ocel, nerezovou ocel, hliník, měď, zinek a mnoho dalších kovů. Její průběh a rychlost se však mohou značně lišit v závislosti na materiálu. Uhlíková ocel může vykazovat relativně rovnoměrné korozní působení povrchu, zatímco nerezová ocel trpí spíše lokálním poškozením pasivní vrstvy, změnou barvy, bodovou korozí a štěrbinovou korozí.

Jak dochází k atmosférické korozi?

Elektrochemická koroze kovu vyžaduje elektrolyt. Za atmosférických podmínek se může jednat o velmi tenkou, někdy neviditelnou vrstvu vody na povrchu. Ta vzniká srážkami, mlhou, rosou, kondenzací nebo vysokou relativní vlhkostí.

Vrstva vlhkosti rozpouští soli a kontaminanty přítomné na povrchu nebo v atmosféře. Tím se zvyšuje vodivost elektrolytu a umožňuje se anodické a katodické reakce. Vznikají lokální elektrochemické články, které vedou k oxidaci kovu.

Jakmile povrch vyschne, může se elektrochemický proces výrazně zpomalit, ale soli na něm přítomné zůstávají. Po následném smáčení znovu vytvářejí elektrolyt. Proto jsou opakované cykly smáčení a sušení klíčové pro rozvoj atmosférické koroze.

Nejdůležitější faktory ovlivňující atmosférickou korozi

Typy korozivních atmosfér

Atmosférické podmínky se mohou výrazně lišit ve své agresivitě. Venkovské prostředí s nízkou úrovní znečištění je obvykle méně agresivní než průmyslové nebo pobřežní prostředí. Prostředí by se však nemělo klasifikovat pouze na základě jeho názvu. Skutečná korozivní aktivita je určena měřitelnými podmínkami expozice a reakcí konkrétního materiálu.

Venkovská atmosféra

Typicky se vyznačuje relativně nízkým obsahem agresivních kontaminantů a nízkým ukládáním chloridů. To neznamená, že koroze chybí – součásti z uhlíkové oceli mohou stále korodovat, pokud jsou vystaveny vlhkosti a kyslíku – ale podmínky jsou obvykle mírnější než ve vysoce znečištěných nebo zasolených lokalitách.

Městská a průmyslová atmosféra

V městském a průmyslovém prostředí se prach a chemické znečišťující látky mohou usazovat na kovových površích. Historicky byla koncentrace a ukládání oxidu siřičitého (SO₂) obzvláště důležité pro klasifikaci atmosférické korozivní agresivity. Současná agresivita konkrétního místa však závisí na skutečné úrovni znečištění a neměla by být definována pouze jako „městská“ nebo „průmyslová“.

Mořská atmosféra

Pobřežní atmosféra obsahuje mořskou sprchu s obsahem solí, především chloridů. Chloridy usazené na povrchu jsou hygroskopické a mohou podporovat dlouhodobé zadržování vlhkosti a zvyšovat vodivost tenké vrstvy elektrolytu. U nerezových ocelí je obzvláště znepokojivé možné lokální poškození pasivní vrstvy a rozvoj bodové nebo štěrbinové koroze.

Třídy atmosférické korozivní agresivity C1–CX dle normy ISO 9223

Norma ISO 9223 se používá ke klasifikaci korozivity atmosfér. Rozlišuje šest základních kategorií korozivity: C1, C2, C3, C4, C5 a CX. Klasifikace může být mimo jiné založena na rychlosti koroze referenčních materiálů během prvního roku expozice. Norma také používá parametry prostředí související s dobou smáčení a depozicí oxidu siřičitého a chloridů.

Kategorie C1–CX popisují atmosférickou korozivní agresivitu a nepředstavují jednoduchou stupnici „odolnosti nerezové oceli“. Klasifikace ISO 9223 používá referenční materiály, včetně uhlíkové oceli, zinku, mědi a hliníku. Výběr konkrétního druhu nerezové oceli vyžaduje dodatečné posouzení podmínek expozice, zejména usazování chloridů, potenciálu pro přirozené oplachování povrchu a kvality povrchové úpravy.

Atmosférická koroze uhlíkové oceli

Na nechráněné uhlíkové oceli se v přítomnosti vlhkosti a kyslíku tvoří produkty koroze, běžně označované jako rez. Vrstva produktů koroze na běžné konstrukční oceli obvykle neposkytuje trvalou ochranu proti další korozi. Následné cykly smáčení a sušení vedou k další ztrátě materiálu.
Rychlost koroze závisí na atmosférických podmínkách. Přítomnost chloridů a některých kontaminantů může výrazně zvýšit agresivitu prostředí. Z tohoto důvodu jsou konstrukce z uhlíkové oceli používané venku často chráněny nátěrovými systémy, kovovými nátěry, zinkováním nebo jinými ochrannými metodami odpovídajícími předpokládané kategorii korozivní agresivity.

Atmosférická koroze nerezové oceli

Nerezové oceli jsou chráněny velmi tenkou pasivní vrstvou bohatou na sloučeniny chromu. To poskytuje velmi vysokou odolnost proti korozi v mnoha atmosférických podmínkách. To však neznamená úplnou necitlivost vůči vlivům prostředí.
Chloridy, sedimenty, nečistoty a dlouhodobá vlhkost mohou vytvářet lokální podmínky, které mohou poškodit pasivní vrstvu. Obzvláště náchylné mohou být povrchy chráněné před deštěm, kde se pravidelně nanášejí soli, ale ty se přirozeně neodplavují.
V takových oblastech může docházet ke změně barvy povrchu, usazeninám korozních produktů, bodové korozi nebo štěrbinové korozi. Proto je při navrhování nerezových součástí důležitý nejen druh materiálu, ale také konstrukční geometrie, povrchová úprava a možnost pravidelného čištění.

304 nebo 316L ve vnější atmosféře?

Oceli typu 304, včetně 1.4301 a 1.4307, se široce používají v atmosférických podmínkách s relativně nízkým obsahem chloridů. Oceli typu 316, včetně 1.4401 a 1.4404, obsahují molybden, který zvyšuje odolnost proti lokální korozi v chloridovém prostředí.
Proto se v pobřežních atmosférách a místech vystavených soli často preferuje ocel 316L. To však neznamená, že každá pobřežní stavba vyžaduje ocel 316L, ani že ocel 316L bude odolná bez ohledu na úroveň usazování chloridů. Extrémně vysoké zatížení solí, vysoká vlhkost, nedostatek přirozeného proplachování a nepříznivá geometrie mohou vyžadovat odolnější jakosti nebo pravidelné čištění povrchu.

Vliv chloridů na nerezovou ocel v atmosféře

Chloridy se dostávají na povrchy ze zdrojů, jako je mořská voda, posypová sůl a některé průmyslové procesy. Po odpaření vody mohou zůstat na povrchu a koncentrovat se.
Za přítomnosti dostatečné vlhkosti se vytvoří tenká vrstva elektrolytu obsahující chloridy. Pokud místní podmínky překročí odpor pasivní vrstvy materiálu, může dojít k důlkové korozi. Trhliny, usazeniny a oblasti s obtížným proplachováním dále zvyšují riziko lokální koroze.

Proč by stíněné povrchy mohly více korodovat?

Mohlo by se zdát, že součástka pod střechou by měla být lépe chráněna před korozí. V slaném prostředí může být opak pravdou. Déšť odstraňuje některé chloridy a další usazeniny z povrchů přímo vystavených srážkám.
Povrchy chráněné před deštěm však mohou časem hromadit soli. Atmosférická vlhkost, mlha nebo kondenzace pak mohou nahromaděné usazeniny rozpustit a vytvořit velmi agresivní lokální elektrolyt. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost chráněným prvkům, spodním stranám zábradlí, vnitřním stranám profilů, přesahům a dalším těžko dostupným místům.

Vliv vzdálenosti od moře

Jak se mořská sprcha pohybuje do vnitrozemí, její dopad obvykle klesá, ale neexistuje jediná univerzální vzdálenost od pobřeží, za kterou lze atmosféru považovat za bez chloridů. Přenos solí závisí na směru a rychlosti větru, terénu, výšce konstrukce, působení vln, místním vývoji a klimatických podmínkách.
Proto je při výběru materiálu lepší použít skutečnou expozici chloridům a zkušenosti z daného místa, než pouhou vzdálenost vyjádřenou v kilometrech.

Vliv povrchové úpravy nerezové oceli

Stav povrchu má významný vliv na chování nerezové oceli v atmosféře. Hladké povrchy se snáze odplavují přirozeně a obvykle zadržují méně kontaminantů než velmi drsné povrchy.
Kontaminace železem z obrábění, zbytky po broušení, změna barvy svarů a další povrchové vady mohou lokálně zhoršit odolnost proti korozi. Nástroje používané k obrábění hladké uhlíkové oceli by neměly kontaminovat povrch nerezové oceli.
Po svařování může být v náročných aplikacích nutné řádné očištění povrchu a odstranění tepelného zabarvení. To je obzvláště důležité v pobřežním prostředí a jiných atmosférách obsahujících chloridy.

Galvanická koroze v atmosféře

Galvanická koroze může nastat také za atmosférických podmínek, pokud jsou dva různé kovy v elektrickém kontaktu a jejich povrchy jsou spojeny vrstvou vlhkosti působící jako elektrolyt.
Riziko se zvyšuje v prostředí s vysokou vlhkostí a obsahem soli, protože vrstva elektrolytu má vyšší vodivost. Důležitý je také poměr povrchů spojovaných materiálů. Malý povrch anodového materiálu v kombinaci s velkým povrchem ušlechtilejšího materiálu může vést k vysoké hustotě anodového proudu a intenzivní lokální korozi.

Výběr nerezové oceli pro danou atmosféru

Tabulka slouží pouze pro obecné informace. Nevybírejte stupeň pouze na základě prostředí. Důležitými faktory jsou skutečné ukládání chloridů, vlhkost, omyvatelnost povrchu, teplota, strukturální geometrie, stav povrchu a požadavky na vzhled a trvanlivost.

Jak snížit atmosférickou korozi?

Účinná ochrana vyžaduje kombinaci správného výběru materiálu s vhodným návrhem a údržbou konstrukce.

• vybrat materiál, který odpovídá skutečné kategorii a povaze prostředí,
• konstrukční prvky tak, aby voda mohla volně odtékat,
• omezit mezery, překrývání a místa, kde se hromadí sedimenty,
• vyhněte se nepříznivým galvanickým spojením,
• zajistit správnou povrchovou úpravu nerezové oceli,
• odstranit zabarvení po svařování a kontaminaci po zpracování,
• v prostředí s obsahem solí pravidelně odstraňujte usazeniny z povrchu,
• u uhlíkové oceli použijte vhodně zvolené systémy ochrany povrchu,
• zohledněte možnost akumulace chloridů na površích chráněných před deštěm.

Atmosférická koroze a mořská koroze

Atmosférická koroze a mořská koroze se do jisté míry překrývají, ale nejsou to identické pojmy. Atmosférická koroze postihuje součásti vystavené atmosféře a povrchové vlhkosti. Mořská koroze zahrnuje širší dopad mořského prostředí, včetně pobřežní atmosféry, zóny stříkající vody, přílivové zóny a přímého ponoření do mořské vody.
Prvek umístěný nad mořskou hladinou lze proto klasifikovat současně jako konstrukci vystavenou atmosférické korozi a jako prvek pracující v mořském prostředí. V praxi je rozhodující povaha expozice a množství soli dosahující na hladinu.

Atmosférická koroze je výsledkem interakce vlhkosti, kyslíku, solí a kontaminantů s kovovým povrchem. Její intenzita závisí především na době smáčení, usazování chloridů a kontaminantů, teplotě, konstrukci součásti a vlastnostech materiálu.
Norma ISO 9223 klasifikuje atmosféry od C1 do CX z hlediska korozivní agresivity; kategorie prostředí však sama o sobě nenahrazuje správný výběr materiálu. U nerezových ocelí je obzvláště důležitý obsah chloridů, stav povrchu, možnost přirozeného proplachování a přítomnost štěrbin a usazenin.
Trvanlivost konstrukce je proto určena celým systémem: materiál – atmosféra – vlhkost – chloridy a znečišťující látky – konstrukce – stav povrchu – způsob provozu.

Druhy koroze oceli a kovů

Rovnoměrná koroze oceli a kovů
Bodová koroze nerezových ocelí
Štěrbinová koroze nerezových ocelí
Mezikrystalová koroze nerezové oceli
Korozní praskání v napěťovém sušení (SCC)
Galvanická koroze
Erozivní koroze
Kavitační koroze
Únava z koroze
Koroze třením
Mikrobiologická koroze MIC
Vysokoteplotní koroze

Rozdělení koroze podle prostředí

Mořská koroze – koroze oceli a kovů v mořské vodě
Atmosférická koroze
Koroze země
Koroze ve sladké a průmyslové vodě
Koroze v chloridovém prostředí
Koroze v kyselém prostředí
Koroze v alkalickém prostředí
Koroze v plynech a výfukových plynech
Koroze v kanalizaci a stokových systémech
Koroze v chemickém a petrochemickém prostředí

Související témata

CPT – kritická teplota bodové koroze nerezových ocelí a niklových slitin
PREN – index odolnosti proti bodové korozi pro nerezovou ocel
CCT – Kritická teplota štěrbinové koroze nerezových ocelí a niklových slitin