Atmosfærisk korrosion – korrosion af metaller og stål i et atmosfærisk miljø

Atmosfærisk korrosion er den proces, hvor metaller og legeringer ødelægges under påvirkning af atmosfæren og et tyndt lag fugt, der dannes på materialets overflade. I modsætning til korrosion af komponenter, der permanent er nedsænket i vand, er elektrolytten her primært fugt fra regn, kondens, tåge eller høj luftfugtighed. Atmosfærens aggressivitet afhænger af faktorer som f.eks. den tid, overfladen befugtes, temperatur, fugtighed, tilstedeværelsen af klorider, svovlforbindelser og andre forurenende stoffer samt lokale forhold.

Atmosfærisk korrosion kan påvirke kulstofstål, rustfrit stål, aluminium, kobber, zink og mange andre metaller. Dens forløb og hastighed kan dog variere betydeligt afhængigt af materialet. Kulstofstål kan opleve relativt ensartet overfladerust, mens rustfrit stål oplever mere lokal skade på det passive lag, misfarvning, grubetæring og spaltekorrosion.

Hvordan opstår atmosfærisk korrosion?

Elektrokemisk korrosion af metal kræver en elektrolyt. Under atmosfæriske forhold kan dette være et meget tyndt, nogle gange usynligt, lag af vand på overfladen. Dette dannes af nedbør, tåge, dug, kondens eller høj relativ luftfugtighed.

Fugtlaget opløser salte og urenheder, der findes på overfladen eller i atmosfæren. Dette øger elektrolyttens ledningsevne og muliggør anodiske og katodiske reaktioner. Der dannes lokale elektrokemiske celler, som fører til metaloxidation.

Når overfladen tørrer, kan den elektrokemiske proces reduceres betydeligt, men de tilstedeværende salte forbliver. Ved efterfølgende befugtning gendanner de elektrolytten. Derfor er gentagne befugtnings- og tørringscyklusser afgørende for udviklingen af atmosfærisk korrosion.

De vigtigste faktorer, der påvirker atmosfærisk korrosion

Faktor	Effekt på korrosion
Fugtighed og befugtningstid	muliggøre dannelsen af et elektrolytlag og udførelsen af elektrokemiske reaktioner
Chlorki	øger fugtlagets ledningsevne og kan destabilisere det passive lag af rustfrit stål
SO₂ og andre forurenende stoffer	kan øge overfladelagets aggressivitet og fremskynde korrosionen af visse metaller
Temperatur	påvirker reaktionshastigheden, kondensationen, fordampningen og fugtighedsretentionen
Sedimenter og snavs	de kan tilbageholde fugt og salte og skabe lokale ætsende mikromiljøer
Elementkonstruktion	påvirker muligheden for vandafledning, naturlig skylning af overflader og dannelse af sprækker
Afstand fra havet	påvirker eksponering for søsprøjt og kloridaflejring, selvom den faktiske belastning også afhænger af vind og terræn

Typer af korrosive atmosfærer

Atmosfæriske forhold kan variere betydeligt i aggressivitet. En landlig atmosfære med lave forureningsniveauer er typisk mindre aggressiv end en industriel eller kystnær atmosfære. Man bør dog ikke klassificere et miljø udelukkende baseret på dets navn. Den faktiske korrosivitet bestemmes af målbare eksponeringsforhold og reaktionen af et specifikt materiale.

Landlig atmosfære

Det er typisk karakteriseret ved et relativt lavt indhold af aggressive forurenende stoffer og lav kloridaflejring. Dette betyder ikke, at korrosion er fraværende – kulstofstålkomponenter kan stadig korrodere, når de udsættes for fugt og ilt – men forholdene er normalt mildere end i stærkt forurenede eller saltholdige områder.

Urban og industriel atmosfære

I bymæssige og industrielle miljøer kan støv og kemiske forurenende stoffer sætte sig på metaloverflader. Historisk set har koncentrationen og aflejringen af svovldioxid (SO₂) været særlig vigtig i klassificeringen af atmosfærisk korrosivitet. Den nuværende aggressivitet på et specifikt sted afhænger dog af de faktiske forureningsniveauer og bør ikke udelukkende defineres som "bymæssigt" eller "industrielt".

Havatmosfære

Kystmiljøet indeholder salte, der bærer havsprøjt, primært klorider. Klorider, der aflejres på overfladen, er hygroskopiske og kan fremme langvarig fugtighedsbevarelse og øge ledningsevnen af det tynde elektrolytlag. Af særlig bekymring for rustfrit stål er potentialet for lokaliseret skade på det passive lag og udvikling af grubetæring eller spaltekorrosion.

Atmosfæriske korrosivitetsklasser C1-CX i henhold til ISO 9223

ISO 9223-standarden bruges til at klassificere atmosfærers korrosivitet. Den skelner mellem seks grundlæggende korrosivitetskategorier: C1, C2, C3, C4, C5 og CX. Klassificeringen kan blandt andet baseres på korrosionshastigheden af referencematerialer i løbet af det første år af eksponering. Standarden bruger også miljøparametre relateret til befugtningstid og aflejring af svovldioxid og klorider.

Kategori	Atmosfærens korrosivitet	Generelle karakteristika
C1	meget lille	meget milde vejrforhold
C2	lille	milde forhold med lille korrosiv påvirkning
C3	betyde	moderate vejrforhold og forurening
C4	stor	miljøer med øget luftfugtighed, saltindhold eller forurening
C5	meget stor	meget aggressive industrielle eller kystnære atmosfærer
CX	ekstrem	de mest aggressive atmosfæriske forhold, f.eks. visse marine og industrielle-marine miljøer

C1-CX-kategorierne beskriver atmosfærisk korrosivitet og er ikke en simpel skala for "rustfrit ståls modstandsdygtighed". ISO 9223-klassificeringen bruger referencematerialer, herunder kulstofstål, zink, kobber og aluminium. Valg af en specifik rustfri stålkvalitet kræver yderligere vurdering af eksponeringsforhold, især kloridaflejring, potentialet for naturlig overfladeafvaskning og finishkvalitet.

Atmosfærisk korrosion af kulstofstål

På ubeskyttet kulstofstål dannes korrosionsprodukter, almindeligvis omtalt som rust, i nærvær af fugt og ilt. Korrosionsproduktlaget på almindeligt konstruktionsstål giver typisk ikke varig beskyttelse mod yderligere korrosion. Efterfølgende befugtnings- og tørringscyklusser resulterer i yderligere materialetab.
Korrosionshastigheden afhænger af de atmosfæriske forhold. Tilstedeværelsen af klorider og visse forurenende stoffer kan øge miljøets aggressivitet betydeligt. Af denne grund er kulstofstålkonstruktioner, der anvendes udendørs, ofte beskyttet med malingssystemer, metalliske belægninger, galvanisering eller andre beskyttelsesmetoder, der er passende til den forventede korrosionskategori.

Atmosfærisk korrosion af rustfrit stål

Rustfrit stål er beskyttet af et meget tyndt passivt lag, der er rigt på kromforbindelser. Dette giver en meget høj korrosionsbestandighed under mange atmosfæriske forhold. Dette betyder dog ikke fuldstændig ufølsomhed over for miljøet.
Klorider, sedimenter, snavs og langvarig fugtighed kan skabe lokale forhold, der kan beskadige det passive lag. Overflader beskyttet mod regn, hvor salte regelmæssigt påføres, men ikke skylles væk naturligt, kan være særligt modtagelige.
Misfarvning af overfladen, aflejringer af korrosionsprodukter, grubetæring eller spaltekorrosion kan forekomme i sådanne områder. Derfor er ikke kun materialekvaliteten vigtig, men også den strukturelle geometri, overfladefinish og muligheden for periodisk rengøring, når man designer komponenter i rustfrit stål.

304 eller 316L i den ydre atmosfære?

Type 304 stål, herunder 1.4301 og 1.4307, anvendes i vid udstrækning i atmosfæriske forhold med relativt lav kloridbelastning. Type 316 stål, herunder 1.4401 og 1.4404, indeholder molybdæn, hvilket øger modstanden mod lokal korrosion i kloridmiljøer.
Derfor foretrækkes 316L ofte i kystnære atmosfærer og steder udsat for salt. Dette betyder dog ikke, at alle kyststrukturer kræver 316L, og heller ikke at 316L vil være modstandsdygtig uanset niveauet af kloridaflejring. Ekstremt høje saltbelastninger, høj luftfugtighed, mangel på naturlig udskylning og ugunstig geometri kan kræve mere modstandsdygtige kvaliteter eller regelmæssig overfladerengøring.

Effekt af klorider på rustfrit stål i atmosfæren

Klorider når overflader gennem kilder som havsprøjt, vejsalt og visse industrielle processer. Når vandet fordamper, kan de forblive på overfladen og koncentrere sig.
Ved tilstrækkelig fugtighed dannes et tyndt elektrolytlag indeholdende klorider. Hvis de lokale forhold overstiger modstanden i materialets passive lag, kan punktkorrosion starte. Sprækker, aflejringer og områder med vanskelig skylning øger yderligere risikoen for lokal korrosion.

Hvorfor kan afskærmede overflader korrodere mere?

Det kan synes, som om en komponent under et tag burde være bedre beskyttet mod korrosion. I en salt atmosfære kan det modsatte være tilfældet. Regn fjerner nogle klorider og andre aflejringer fra overflader, der er direkte udsat for nedbør.
Overflader, der er beskyttet mod regn, kan dog akkumulere salte over tid. Atmosfærisk fugt, tåge eller kondens kan derefter opløse de akkumulerede aflejringer og skabe en meget aggressiv lokal elektrolyt. Derfor kræver beskyttede elementer, undersiden af rækværk, indersiden af profiler, overlapninger og andre svært tilgængelige områder særlig opmærksomhed.

Indflydelsen af afstanden fra havet

Efterhånden som havsprøjt bevæger sig ind i landet, aftager dets påvirkning typisk, men der er ingen enkelt, universel afstand fra kystlinjen, ud over hvilken atmosfæren kan betragtes som kloridfri. Salttransport afhænger af vindretning og -hastighed, terræn, bygningshøjde, bølgeaktivitet, lokal udvikling og klimatiske forhold.
Derfor er det bedre at bruge den faktiske klorideksponering og erfaring fra et givet sted, når man vælger et materiale, i stedet for en simpel afstand udtrykt i kilometer.

Effekten af rustfrit ståloverfladefinish

Overfladen har en betydelig indflydelse på rustfrit ståls opførsel i atmosfæren. Glatte overflader vaskes lettere væk naturligt og indeholder typisk færre forurenende stoffer end meget ru overflader.
Jernforurening fra bearbejdning, sliberester, misfarvning af svejsninger og andre overfladefejl kan lokalt forringe korrosionsbestandigheden. Værktøj, der anvendes til bearbejdning af uforarbejdet kulstofstål, bør ikke forurene overfladen af rustfrit stål.
Efter svejsning kan det i krævende applikationer være nødvendigt med korrekt overfladerengøring og fjernelse af varmemisfarvning. Dette er især vigtigt i kystnære miljøer og andre kloridholdige atmosfærer.

Galvanisk korrosion i atmosfæren

Galvanisk korrosion kan også forekomme under atmosfæriske forhold, hvis to forskellige metaller er i elektrisk kontakt, og deres overflader er forbundet af et fugtlag, der fungerer som elektrolyt.
Risikoen øges i atmosfærer med høj luftfugtighed og saltindhold, da elektrolytlaget har en højere ledningsevne. Overfladearealforholdet mellem de forbundne materialer er også vigtigt. Et lille overfladeareal af anodematerialet kombineret med et stort overfladeareal af det mere ædle materiale kan føre til høj anodestrømtæthed og intens lokal korrosion.

Valg af rustfrit stål til atmosfæren

materiale	Eksempel på mærkning	Generelle karakteristika for atmosfærisk anvendelse
304L	1.4307 / UNS S30403	Udbredt anvendt i milde og moderate atmosfærer med lav kloridbelastning
316L	1.4404 / UNS S31603	Højere modstandsdygtighed over for lokal korrosion; ofte brugt i kystnære atmosfærer og miljøer med større klorideksponering
Duplex 2205	1.4462 / UNS S32205	høj modstandsdygtighed over for lokal korrosion og høj styrke; anvendes i mere krævende miljøer
904L	1.4539 / UNS N08904	Højtlegeret austenitisk stål med højere modstandsdygtighed over for lokal korrosion end standard Cr-Ni-Mo-kvaliteter
Superduplex 2507	1.4410 / UNS S32750	meget høj modstandsdygtighed over for kloridmiljøer; en løsning til særligt krævende forhold, hvis driftsforholdene berettiger det
6Mo	f.eks. 1.4547 / S31254, 1.4529 / N08926	meget høj modstandsdygtighed over for lokal korrosion; anvendes i aggressive kloridmiljøer

Tabellen er kun til generel information. Vælg ikke en kvalitet udelukkende baseret på miljøet. Faktisk kloridaflejring, fugtighed, overfladens vaskbarhed, temperatur, strukturel geometri, overfladens tilstand samt krav til udseende og holdbarhed er alle vigtige faktorer.

Hvordan reducerer man atmosfærisk korrosion?

Effektiv beskyttelse kræver en kombination af korrekt materialevalg med passende design og vedligeholdelse af konstruktionen.

vælg materiale, der passer til den faktiske kategori og miljøets art,
designelementer, så vandet kan løbe frit af,
begrænse huller, overlapninger og steder, hvor sedimenter ophobes,
undgå ugunstige galvaniske forbindelser,
sikre korrekt overfladefinish af rustfrit stål,
fjerne misfarvning fra svejsning og forurening efter bearbejdning,
i saltholdige miljøer, fjern periodisk aflejringer fra overfladen,
For kulstofstål skal der anvendes passende udvalgte overfladebeskyttelsessystemer,
Tag højde for muligheden for kloridophobning på overflader, der er beskyttet mod regn.

Atmosfærisk korrosion og marin korrosion

Atmosfærisk korrosion og marin korrosion overlapper hinanden til dels, men er ikke identiske begreber. Atmosfærisk korrosion påvirker komponenter, der er udsat for atmosfæren og overfladefugt. Marin korrosion omfatter den bredere påvirkning af havmiljøet, herunder kystatmosfæren, stænkzonen, tidevandszonen og direkte nedsænkning i havvand.
En komponent placeret over havoverfladen kan derfor klassificeres både som en struktur udsat for atmosfærisk korrosion og som et element, der opererer i et havmiljø. I praksis er eksponeringens art og mængden af salt, der når overfladen, afgørende.

Atmosfærisk korrosion er resultatet af interaktionen mellem fugt, ilt, salte og forurenende stoffer med en metaloverflade. Dens intensitet afhænger primært af befugtningstiden, aflejring af klorid og forurenende stoffer, temperatur, komponentdesign og materialeegenskaber.
ISO 9223-standarden klassificerer atmosfærer fra C1 til CX for korrosivitet; miljøkategorien alene erstatter dog ikke korrekt materialevalg. For rustfrit stål er kloridindhold, overfladetilstand, potentiale for naturlig udskylning og tilstedeværelsen af sprækker og aflejringer særligt vigtige.
Strukturens holdbarhed bestemmes derfor af hele systemet: materiale – atmosfære – luftfugtighed – klorider og forurenende stoffer – konstruktion – overfladetilstand – driftsmetode.