Koroze v různých prostředích – koroze kovů a oceli v prostředí

Koroze v prostředí zahrnuje degradační procesy kovů a slitin, ke kterým dochází pod vlivem podmínek prostředí, jako je atmosféra, mořská voda, sladká voda, půda a chloridové, kyselé a alkalické prostředí. Koroze kovů závisí nejen na typu materiálu, ale také na prostředí, ve kterém je provozován. Stejná jakost oceli si může udržet vysokou odolnost po mnoho let v mírných atmosférických podmínkách, ale v prostředí obsahujícím chloridy, kyseliny, zvýšené teploty nebo usazeniny může docházet k intenzivní lokální nebo celkové korozi. Korozivní prostředí určuje mimo jiné stabilitu pasivní vrstvy nerezové oceli, rychlost elektrochemických reakcí a potenciál pro důlkovou, štěrbinovou, galvanickou, mikrobiální (MIC) a korozní praskání pod napětím (SCC). Správný výběr materiálu proto vyžaduje analýzu nejen jakosti oceli a jejího chemického složení, ale také skutečných provozních podmínek.

Korozivní prostředí a mechanismus koroze

Pojmy jako mořská koroze, atmosférická koroze, koroze půdy nebo koroze ve vodě popisují především korozní prostředíNeměly by být zaměňovány s mechanismy nebo formami destrukce, jako je bodová koroze, štěrbinová koroze, galvanická koroze nebo mezikrystalová koroze.
V jednom prostředí může koexistovat několik korozních mechanismů. Například přítomnost chloridů v mořské vodě může podporovat bodovou a štěrbinovou korozi nerezové oceli, kontakt s odlišnými kovy může způsobit galvanickou korozi, biofilm může přispívat k rozvoji mikrobiální koroze (MIC) a vhodná kombinace napětí, teploty a chloridového prostředí může vést k praskání v důsledku koroze v důsledku napětí (SCC).

Koroze v mořském prostředí

Mořské prostředí je jedním z nejnáročnějších provozních prostředí pro mnoho konstrukčních materiálů. Mořská voda obsahuje značné množství chloridů, které mohou destabilizovat pasivní vrstvu nerezové oceli a podporovat rozvoj bodové a štěrbinové koroze.

Korozní podmínky však nejsou v celé mořské konstrukci jednotné. Materiály trvale ponořené ve vodě se chovají odlišně a fungují odlišně v přílivové zóně, v zóně rozstřiku vody nebo v pobřežní atmosféře. Roli hraje také teplota, rychlost vody, okysličení, biofilm, sedimenty a kontakt s jinými kovy.
V náročnějších námořních aplikacích se místo standardních austenitických ocelí, duplexních a superduplexních ocelí používají vysoce legované austenitické oceli typu 6Mo a vhodně vybrané niklové slitiny.

Atmosférická koroze

Atmosférická koroze se vyskytuje na kovových površích vystavených atmosféře a vrstvě vlhkosti, která se na nich tvoří. Intenzita procesu závisí především na době smáčení povrchu, vlhkosti, teplotě a přítomnosti solí a kontaminantů.
Venkovské prostředí s nízkou úrovní znečištění je obvykle mnohem méně agresivní než průmyslové nebo pobřežní prostředí. V blízkosti moře přispívá solná mlha chloridy, zatímco v průmyslovém prostředí mohou hrát další roli sloučeniny síry a další znečišťující látky.
Prach, sůl a další nečistoty mohou zadržovat vlhkost a vytvářet lokální podmínky příznivé pro korozi. Stav povrchu, jeho provedení, které umožňuje přirozené proplachování, a pravidelné čištění proto mohou významně ovlivnit životnost součástí.

Koroze země

Půda je velmi složité a heterogenní prostředí. Korozi podzemních konstrukcí ovlivňují faktory, jako je vlhkost, chemické složení půdy, obsah chloridů a síranů, pH, elektrická vodivost, dostupnost kyslíku, mikrobiální aktivita a přítomnost bludných proudů.
Heterogenita půdy může vést k lokálním rozdílům v elektrochemických podmínkách na povrchu stejné součásti. Zvláštní pozornost je třeba věnovat potrubím, nádržím, podzemním konstrukcím a přechodovým bodům mezi různými typy půd.
U zakopaných konstrukcí je výběr materiálu pouze jedním z prvků ochrany. V závislosti na konstrukci a podmínkách se používají také vhodné nátěry, katodická ochrana a regulace bludných proudů.

Koroze ve sladké a průmyslové vodě

Termín „voda“ nepopisuje jedno jediné korozivní prostředí. Pitná voda, říční voda, studniční voda, chladicí voda, kotlová voda a procesní voda se mohou výrazně lišit v chemickém složení a agresivitě.
Mezi nejdůležitější parametry patří obsah chloridů, pH, teplota, okysličení, tvrdost, vodivost, přítomnost sedimentů a přítomnost inhibitorů, biocidů a dalších technologických přísad. Důležité jsou také podmínky proudění. Stagnace může podporovat tvorbu sedimentů, biofilmu a lokálních rozdílů v okysličení, zatímco velmi vysoké rychlosti proudění za určitých podmínek mohou zvýšit riziko eroze a erozivní koroze.
V případě nerezových ocelí je třeba věnovat zvláštní pozornost chloridům. S rostoucí jejich koncentrací a teplotou se zvyšuje riziko lokální koroze a stále důležitější je odolnost materiálu vůči bodové a štěrbinové korozi, stejně jako parametry jako PREN, CPT a CCT.

Koroze v chloridovém prostředí

Chloridy patří mezi nejdůležitější faktory omezující použití nerezových ocelí. Mohou lokálně destabilizovat pasivní vrstvu a vést ke vzniku bodové a štěrbinové koroze. Za vhodných podmínek mohou chloridy také přispívat ke koroznímu praskání v důsledku napětí (SCC).
Riziko nelze posoudit pouze na základě koncentrace chloridů. Důležitými faktory jsou teplota, pH, elektrochemický potenciál, přítomnost štěrbin a sedimentů a stav povrchu. Přípustná koncentrace chloridů pro daný druh proto není jedinou univerzální hodnotou platnou za všech podmínek.
Odolnost nerezových ocelí vůči lokální korozi v chloridovém prostředí se zvyšuje především s vhodným obsahem chromu, molybdenu a dusíku. Index PREN se používá pro počáteční srovnání materiálů, zatímco laboratorní odolnost vůči lokální iniciaci koroze lze dodatečně charakterizovat pomocí CPT a CCT.

Koroze v kyselém prostředí

Kyselé prostředí může způsobit intenzivní obecnou korozi, pokud pasivní vrstva materiálu není za daných podmínek stabilní. Neexistuje však jediná univerzální „odolnost vůči kyselinám“. Chování materiálu závisí na typu kyseliny, její koncentraci, teplotě, přítomnosti kyslíku a dalších oxidačních činidel a kontaminujících látek, včetně chloridových iontů.
Kyselina sírová, chlorovodíková, fosforečná, dusičná, octová a mravenčí vytvářejí různá korozivní prostředí. Materiál vysoce odolný vůči jedné kyselině nemusí nutně vykazovat podobnou odolnost vůči jiné. Kyselina chlorovodíková je obzvláště agresivní vůči mnoha nerezovým ocelím, protože kombinuje kyselé prostředí s vysokou aktivitou chloridů.
Při výběru materiálu pro použití v kyselém prostředí je proto nutné zvážit specifický systém: materiál – kyselina – koncentrace – teplota – kontaminanty. V praxi se izokorozní diagramy používají mimo jiné k určení rychlosti koroze v závislosti na teplotě a koncentraci daného média.

Koroze v alkalickém prostředí

Mnoho nerezových ocelí vykazuje dobrou odolnost vůči mírně alkalickému prostředí, ale vysoce koncentrované alkálie, zejména při zvýšených teplotách, mohou být agresivní. Důležitými faktory jsou typ alkálie, její koncentrace, teplota a přítomnost dalších nečistot.

Příkladem je hydroxid sodný (NaOH), používaný v mnoha chemických procesech. V závislosti na koncentraci a teplotě může být nesprávně zvolený materiál náchylný k urychlené korozi nebo určitým formám korozního praskání v důsledku napětí. Stejně jako u kyselého prostředí by mělo být posouzení odolnosti založeno na specifických procesních podmínkách, nikoli pouze na termínu „alkalické prostředí“.

Koroze v plynech a výfukových plynech

Plynná prostředí a výfukové plyny mohou způsobovat korozi kovů jak za přítomnosti vlhkosti a kondenzátu, tak i za zvýšených teplot. Agresivita prostředí je určena faktory, jako je teplota, obsah vodní páry, kyslíku, sloučenin síry, chloru a dalších plynných složek a možnost jejich kondenzace na povrchu kovu. Obzvláště nebezpečné mohou být oblasti, kde povrchová teplota klesne pod rosný bod a tvoří se kondenzát obsahující rozpuštěné produkty hoření. V závislosti na podmínkách může docházet k obecné, lokální, kondenzační a vysokoteplotní korozi. Výběr materiálu vyžaduje zohlednění jak složení plynu, tak provozní teploty a povrchové teploty součásti.

Koroze v kanalizaci a stokových systémech

Kanalizace a kanalizační systémy vytvářejí komplexní korozivní prostředí, kde mohou koexistovat chloridy, sírany, sulfidy, organické sloučeniny, proměnlivé pH, sedimenty a mikroorganismy. Zvláštní význam má potenciál pro mikrobiální korozi (MIC) a tvorbu sirovodíku (H₂S) za anaerobních podmínek. V prostorech nad odpadní vodou může být H₂S biologickými procesy oxidován na sloučeniny, které vytvářejí vysoce kyselé prostředí, což je obzvláště významný problém pro betonové a kovové komponenty kanalizační infrastruktury. Stojatá média, sedimenty, biofilm a rozdíly v okysličení mohou dále podporovat lokální korozi. Výběr materiálu by měl zohledňovat skutečné složení odpadní vody, teplotu, pH, chloridy, sloučeniny síry, podmínky proudění a mikrobiologickou aktivitu.

Koroze v chemickém a petrochemickém prostředí

Chemické a petrochemické provozy patří mezi nejrozmanitější korozivní prostředí. Materiály mohou přijít do styku s kyselinami, zásadami, chloridy, sirovodíkem (H₂S), oxidem uhličitým (CO₂), sloučeninami síry, rozpouštědly, procesní vodou a směsmi mnoha chemikálií. Tyto podmínky mohou vést k obecné i lokální korozi, koroznímu praskání pod napětím (SCC), korozi pod usazeninami a dalším procesně závislým mechanismům. Odolnost materiálu je určena nejen chemickým složením média, ale také jeho koncentrací, teplotou, tlakem, obsahem vody, prouděním, kontaminanty a napětím v konstrukci. V agresivnějším prostředí se kromě standardních nerezových ocelí používají duplexní a superduplexní oceli, vysoce legované austenitické oceli a vhodně vybrané niklové slitiny. Výběr materiálu by měl vždy vycházet ze skutečných procesních podmínek, protože obecné pojmy „chemické prostředí“ nebo „petrochemický“ neumožňují jednorázové posouzení rizika koroze.

Nejdůležitější faktory určující agresivitu prostředí

Bez ohledu na typ prostředí existuje několik parametrů, které mají obzvláště silný vliv na průběh korozních procesů:

• teplota – zvýšení teploty často urychluje elektrochemické reakce a může snížit odolnost vůči lokální korozi,
• pH – ovlivňuje stabilitu pasivní vrstvy a průběh elektrochemických reakcí,
• chloridy a další halogenidy – patří mezi nejdůležitější faktory iniciující lokální korozi nerezových ocelí,
• kyslík a další oxidanty – ovlivňují elektrochemický potenciál a schopnost udržovat pasivní vrstvu,
• střední průtok – může zlepšit přenos hmoty, ale při vysokých rychlostech a v přítomnosti částic může také zvýšit riziko eroze a koroze,
• sedimenty a štěrbiny – vytvářejí lokální prostředí, která se liší od hlavního média a podporují štěrbinovou korozi,
• mikroorganismy – biofilm a mikrobiologická aktivita mohou ovlivnit lokální elektrochemické podmínky a vývoj MIC,
• kontakt různých kovů – v přítomnosti elektrolytu může vést ke vzniku galvanického článku,
• stres – v kombinaci s určitým prostředím může vést k praskání v důsledku koroze pod napětím (SCC).

Výběr materiálu pro korozivní prostředí

Neexistuje jediná třída nerezové oceli, která by byla nejlepší pro všechna prostředí. Oblíbené nerezové oceli 304L a 316L jsou vhodné pro širokou škálu aplikací, ale jejich odolnost může být nedostatečná v teplém chloridovém prostředí, mořské vodě, silných kyselinách nebo konstrukcích obzvláště náchylných ke štěrbinové korozi.

S rostoucí agresivitou prostředí se používají vysoce legované oceli, jako je 904L, duplexní a superduplexní oceli, austenitické oceli 6Mo, jako je 1.4547 a 1.4529, a vhodně vybrané niklové slitiny. Vyšší stupeň legování však automaticky neznamená, že materiál bude nejlepším řešením v každém prostředí.

Výběr by měl zohlednit chemické složení média, teplotu, pH, koncentraci chloridů, podmínky proudění, přítomnost trhlin a sedimentů, napětí, konstrukční technologii a očekávanou dobu provozu.

Prostředí a materiál musí být analyzovány společně

Odolnost proti korozi není vlastnost, kterou lze adekvátně popsat jediným termínem, jako je „ocel ​​odolná proti korozi“. Materiál je buď odolný, nebo náchylný ke korozi v závislosti na specifickém prostředí a provozních podmínkách.

Proto je při návrhu instalace nutné analyzovat celý systém: materiál – prostředí – teplotu – návrh – konstrukční postup – provozní podmínky . Pouze tento přístup umožňuje řádné posouzení rizika koroze a výběr materiálů s požadovanou trvanlivostí.

Koroze kovů v různých prostředích

Jednotlivá korozivní prostředí vyžadují samostatnou analýzu. Následující články poskytují podrobný popis korozních mechanismů, rizikových faktorů a zásad výběru materiálů pro následující podmínky:

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

Provozní prostředí je jedním ze základních faktorů určujících trvanlivost kovů a slitin. Atmosféra, půda, mořská voda, průmyslová voda, chloridy, kyseliny a zásady mohou vytvářet zcela odlišné korozivní podmínky a spouštět různé mechanismy degradace materiálů.
Znalost samotného typu materiálu proto nestačí k posouzení jeho trvanlivosti. Správný výběr vyžaduje určení skutečných provozních podmínek a identifikaci korozních mechanismů, které mohou nastat. Pouze kombinace znalostí o materiálu a prostředí umožňuje řádné posouzení korozní odolnosti konstrukce.

Druhy koroze oceli a kovů

Koroze může probíhat různými mechanismy v závislosti na materiálu, prostředí a provozních podmínkách. Viz také další typy koroze:
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

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