Korrosion i forskellige miljøer – miljøkorrosion af metaller og stål

Miljøkorrosion omfatter nedbrydningsprocesserne af metaller og legeringer, der forekommer under påvirkning af miljøforhold såsom atmosfære, havvand, ferskvand, jord samt klorid-, syre- og alkaliske miljøer. Metalkorrosion afhænger ikke kun af materialetypen, men også af det miljø, det opererer i. Den samme stålkvalitet kan opretholde høj modstand i mange år under milde atmosfæriske forhold, men i miljøer, der indeholder klorider, syrer, forhøjede temperaturer eller aflejringer, kan den opleve intens lokal eller generel korrosion. Det korrosive miljø bestemmer blandt andet stabiliteten af ​​rustfrit ståls passive lag, hastigheden af ​​elektrokemiske reaktioner og potentialet for punktkorrosion, sprækkedannelse, galvanisk, mikrobiel (MIC) og spændingskorrosion (SCC). Derfor kræver det korrekte materialevalg analyse ikke kun af stålkvaliteten og dens kemiske sammensætning, men også af de faktiske driftsforhold.

Ætsende miljø og korrosionsmekanisme

Udtryk som marin korrosion, atmosfærisk korrosion, jordkorrosion eller korrosion i vand beskriver primært korrosionsmiljøDe bør ikke forveksles med mekanismer eller former for ødelæggelse såsom grubetæring, spaltekorrosion, galvanisk eller intergranulær korrosion.
Flere korrosionsmekanismer kan sameksistere i et enkelt miljø. For eksempel kan tilstedeværelsen af ​​klorider i havvand fremme punktkorrosion og spaltekorrosion i rustfrit stål, kontakt mellem forskellige metaller kan forårsage galvanisk korrosion, biofilm kan bidrage til udviklingen af ​​mikrobiel korrosion (MIC), og den passende kombination af spænding, temperatur og et kloridmiljø kan føre til spændingskorrosionsrevnedannelse (SCC).

Korrosion i havmiljøet

Havmiljøet er et af de mest krævende driftsmiljøer for mange strukturelle materialer. Havvand indeholder betydelige mængder klorider, som kan destabilisere det passive lag i rustfrit stål og fremme udviklingen af ​​grubetæring og spaltekorrosion.

Korrosionsforholdene er dog ikke ensartede i hele en marin struktur. Materialer, der er permanent nedsænket i vand, opfører sig forskelligt, i tidevandszonen og i stænkzonen eller kystatmosfæren. Temperatur, vandhastighed, iltning, biofilm, sedimenter og kontakt med andre metaller spiller også en rolle.
I mere krævende marine applikationer anvendes der i stedet for standard austenitiske ståltyper, duplex- og superduplexstål, højtlegerede austenitiske ståltyper af 6Mo-typen og passende udvalgte nikkellegeringer.

Atmosfærekorozja

Atmosfærisk korrosion forekommer på metaloverflader, der er udsat for atmosfæren og det fugtlag, der dannes på dem. Processens intensitet afhænger primært af overfladens befugtningstid, fugtighed, temperatur og tilstedeværelsen af ​​salte og forurenende stoffer.
En landlig atmosfære med lave forureningsniveauer er typisk meget mindre aggressiv end en industriel eller kystnær atmosfære. Nær havet bidrager salttåge med klorider, mens svovlforbindelser og andre forurenende stoffer kan spille en yderligere rolle i industrielle miljøer.
Støv, salt og andre forurenende stoffer kan holde på fugt og skabe lokale forhold, der er gunstige for korrosion. Derfor kan overfladens tilstand, dens design, der tillader naturlig skylning, og periodisk rengøring have betydelig indflydelse på komponenternes holdbarhed.

Jordkorrosion

Jorden er et meget komplekst og heterogent miljø. Korrosion af underjordiske strukturer påvirkes af faktorer som fugtighed, jordens kemiske sammensætning, klorid- og sulfatindhold, pH, elektrisk ledningsevne, ilttilgængelighed, mikrobiel aktivitet og tilstedeværelsen af ​​​​spredningsstrømme.
Jordens heterogenitet kan føre til lokale forskelle i de elektrokemiske forhold på overfladen af ​​den samme komponent. Der bør lægges særlig vægt på rørledninger, tanke, underjordiske strukturer og overgangspunkter mellem forskellige jordtyper.
For nedgravede strukturer er materialevalg kun ét element i beskyttelsen. Afhængigt af strukturen og forholdene anvendes også passende belægninger, katodisk beskyttelse og regulering af spredt strøm.

Korrosion i ferskvand og industrivand

Udtrykket "vand" beskriver ikke et enkelt korrosivt miljø. Drikkevand, flodvand, brøndvand, kølevand, kedelvand og procesvand kan variere betydeligt i kemisk sammensætning og aggressivitet.
De vigtigste parametre omfatter kloridindhold, pH, temperatur, iltning, hårdhed, ledningsevne, tilstedeværelsen af ​​sedimenter og tilstedeværelsen af ​​inhibitorer, biocider og andre teknologiske tilsætningsstoffer. Strømningsforholdene er også vigtige. Stagnation kan fremme dannelsen af ​​sedimenter, biofilm og lokale iltningsforskelle, mens meget høje strømningshastigheder under visse forhold kan øge risikoen for erosion og erosiv korrosion.
I tilfælde af rustfrit stål skal der lægges særlig vægt på klorider. Efterhånden som deres koncentration og temperatur stiger, øges risikoen for lokal korrosion, og materialets modstandsdygtighed over for punktkorrosion og spaltekorrosion, samt parametre som PREN, CPT og CCT, bliver stadig vigtigere.

Korrosion i kloridmiljøer

Klorider er blandt de vigtigste faktorer, der begrænser brugen af ​​rustfrit stål. De kan lokalt destabilisere det passive lag og føre til initiering af punktkorrosion og spaltekorrosion. Under egnede forhold kan klorider også bidrage til spændingskorrosion (SCC).
Risiko kan ikke vurderes udelukkende ud fra kloridkoncentrationen. Temperatur, pH, elektrokemisk potentiale, tilstedeværelsen af ​​sprækker og sedimenter samt overfladens tilstand er alle vigtige faktorer. Derfor er den tilladte kloridkoncentration for en given art ikke en enkelt, universel værdi, der gælder under alle forhold.
Rustfrit ståls modstandsdygtighed over for lokal korrosion i kloridmiljøer øges primært med det passende indhold af krom, molybdæn og nitrogen. PREN-indekset bruges til indledende materialesammenligning, mens laboratoriemodstandsdygtighed over for lokal korrosionsinitiering yderligere kan karakteriseres ved hjælp af CPT og CCT.

Korrosion i sure miljøer

Sure miljøer kan forårsage intens generel korrosion, hvis materialets passive lag ikke er stabilt under de givne forhold. Der findes dog ingen enkelt, universel "syreresistens". Materialets opførsel afhænger af typen af ​​syre, dens koncentration, temperatur, tilstedeværelsen af ​​ilt og andre oxidanter samt forurenende stoffer, herunder kloridioner.
Svovlsyre, saltsyre, fosforsyre, salpetersyre, eddikesyre og myresyre skaber forskellige korrosive miljøer. Et materiale, der er meget modstandsdygtigt over for én syre, udviser ikke nødvendigvis lignende modstandsdygtighed som en anden. Saltsyre er særligt aggressiv over for mange rustfrie ståltyper, fordi den kombinerer et surt miljø med høj kloridaktivitet.
Når man vælger et materiale til brug i sure miljøer, er det derfor nødvendigt at overveje det specifikke system: materiale – syre – koncentration – temperatur – forurenende stoffer. I praksis bruges isokorrosionsdiagrammer blandt andet til at bestemme korrosionshastigheden afhængigt af temperaturen og koncentrationen af ​​det givne medium.

Korrosion i alkaliske miljøer

Mange rustfrie ståltyper udviser god modstandsdygtighed over for moderat alkaliske miljøer, men stærkt koncentrerede alkalier, især ved forhøjede temperaturer, kan være aggressive. Typen af ​​alkali, dens koncentration, temperatur og tilstedeværelsen af ​​yderligere urenheder er vigtige faktorer.

Et eksempel er natriumhydroxid (NaOH), der anvendes i mange kemiske processer. Afhængigt af koncentration og temperatur kan et forkert valgt materiale være modtageligt for accelereret korrosion eller visse former for spændingskorrosion. Som med sure miljøer bør modstandsvurderingen baseres på de specifikke procesforhold, ikke blot udtrykket "alkalisk miljø".

Korrosion i gasser og udstødningsgasser

Gasformige miljøer og udstødningsgasser kan forårsage korrosion af metaller både i nærvær af fugt og kondensat og ved forhøjede temperaturer. Miljøets aggressivitet bestemmes af faktorer som temperatur, indholdet af vanddamp, ilt, svovlforbindelser, klor og andre gasformige komponenter samt potentialet for kondensering af disse på metaloverfladen. Områder, hvor overfladetemperaturen falder til under dugpunktet, og hvor der dannes kondensat, der indeholder opløste forbrændingsprodukter, kan være særligt farlige. Afhængigt af forholdene kan der forekomme generel, lokal, kondens- og højtemperaturkorrosion. Materialevalg kræver hensyntagen til både gassammensætningen, driftstemperaturen og komponentens overfladetemperatur.

Korrosion i kloak- og kloaksystemer

Spildevand og kloaksystemer skaber et komplekst korrosivt miljø, hvor klorider, sulfater, sulfider, organiske forbindelser, variabel pH, sedimenter og mikroorganismer kan sameksistere. Af særlig betydning er potentialet for mikrobiel korrosion (MIC) og dannelse af hydrogensulfid (H₂S) under anaerobe forhold. I rummene over spildevandet kan H₂S oxideres af biologiske processer til forbindelser, der skaber et meget surt miljø, hvilket er et særligt betydeligt problem for beton- og metalkomponenter i spildevandsinfrastrukturen. Stillestående medier, sedimenter, biofilm og forskelle i iltning kan yderligere fremme lokal korrosion. Materialevalg bør tage hensyn til den faktiske spildevandssammensætning, temperatur, pH, klorider, svovlforbindelser, strømningsforhold og mikrobiologiske aktivitet.

Korrosion i kemiske og petrokemiske miljøer

Kemiske og petrokemiske installationer er blandt de mest forskelligartede korrosive miljøer. Materialer kan komme i kontakt med syrer, baser, klorider, hydrogensulfid (H₂S), kuldioxid (CO₂), svovlforbindelser, opløsningsmidler, procesvand og blandinger af mange kemikalier. Disse forhold kan føre til generel og lokal korrosion, spændingskorrosion (SCC), korrosion under aflejringer og andre procesafhængige mekanismer. Materialebestandighed bestemmes ikke kun af mediets kemiske sammensætning, men også af dets koncentration, temperatur, tryk, vandindhold, strømning, forurenende stoffer og spændinger i strukturen. I mere aggressive miljøer anvendes duplex- og superduplexstål, højtlegerede austenitiske stål og passende udvalgte nikkellegeringer ud over standard rustfrit stål. Materialevalg bør altid være baseret på faktiske procesforhold, da de generelle termer "kemisk miljø" eller "petrokemisk" ikke tillader en enkelt vurdering af korrosionsrisiko.

De vigtigste faktorer, der bestemmer miljøets aggressivitet

Uanset miljøtypen er der flere parametre, der har en særlig stærk indflydelse på forløbet af korrosionsprocesser:

• temperatur – en stigning i temperaturen accelererer ofte elektrokemiske reaktioner og kan reducere modstandsdygtigheden over for lokal korrosion,
• pH – påvirker stabiliteten af ​​det passive lag og forløbet af elektrokemiske reaktioner,
• klorider og andre halogenider – er blandt de vigtigste faktorer, der initierer lokal korrosion af rustfrit stål,
• ilt og andre oxidanter – påvirke det elektrokemiske potentiale og evnen til at opretholde et passivt lag,
• mellemstrøm – kan forbedre masseoverførslen, men ved høje hastigheder og i nærvær af partikler kan det også øge risikoen for erosionskorrosion,
• sedimenter og sprækker – skaber lokale miljøer, der adskiller sig fra hovedmediet og fremmer spaltekorrosion,
• mikroorganismer – biofilm og mikrobiologisk aktivitet kan påvirke lokale elektrokemiske forhold og MIC-udvikling,
• kontakt mellem forskellige metaller – i nærvær af en elektrolyt kan det føre til dannelsen af ​​en galvanisk celle,
• stress – i kombination med et bestemt miljø kan føre til spændingskorrosion (SCC).

Materialevalg til korrosive miljøer

Der findes ikke én rustfri stålkvalitet, der er bedst til alle miljøer. Populære rustfri ståltyper som 304L og 316L er velegnede til en bred vifte af anvendelser, men deres modstandsdygtighed kan være utilstrækkelig i varme kloridmiljøer, havvand, stærke syrer eller strukturer, der er særligt modtagelige for spaltekorrosion.

Efterhånden som miljøets aggressivitet stiger, anvendes højtlegerede ståltyper som 904L, duplex- og superduplexstål, 6Mo austenitiske ståltyper som 1.4547 og 1.4529 samt passende udvalgte nikkellegeringer. Et højere legeringsniveau betyder dog ikke automatisk, at et materiale vil være den bedste løsning i ethvert miljø.

Ved udvælgelsen bør der tages hensyn til mediets kemiske sammensætning, temperatur, pH, kloridkoncentration, strømningsforhold, tilstedeværelse af revner og sedimenter, spændinger, konstruktionsteknologi og forventet driftstid.

Miljøet og materialet skal analyseres sammen

Korrosionsbestandighed er ikke en egenskab, der kan beskrives tilstrækkeligt med et enkelt udtryk som "korrosionsbestandigt stål". Et materiale er enten modstandsdygtigt over for eller modtageligt for korrosion i forhold til specifikke miljøer og driftsforhold.

Derfor er det nødvendigt at analysere hele systemet, når man designer en installation: materiale – miljø – temperatur – design – konstruktionsmetode – driftsforhold . Kun denne tilgang muliggør en korrekt vurdering af korrosionsrisiko og valg af materialer med den nødvendige holdbarhed.

Korrosion af metaller i forskellige miljøer

Individuelle korrosive miljøer kræver separat analyse. Følgende artikler giver detaljerede beskrivelser af korrosionsmekanismer, risikofaktorer og principper for materialevalg under følgende forhold:

Marin korrosion – korrosion af stål og metaller i havvand
Atmosfærekorozja
Jordkorrosion
Korrosion i ferskvand og industrivand
Korrosion i kloridmiljøer
Korrosion i sure miljøer
Korrosion i alkaliske miljøer
Korrosion i gasser og udstødningsgasser
Korrosion i kloak- og kloaksystemer
Korrosion i kemiske og petrokemiske miljøer

Driftsmiljøet er en af ​​de grundlæggende faktorer, der bestemmer holdbarheden af ​​metaller og legeringer. Atmosfære, jord, havvand, industrivand, klorider, syrer og baser kan skabe helt forskellige korrosive forhold og udløse forskellige materialenedbrydningsmekanismer.
Derfor er kendskab til materialetypen alene ikke tilstrækkeligt til at vurdere dens holdbarhed. Korrekt valg kræver bestemmelse af de faktiske driftsforhold og identifikation af de korrosionsmekanismer, der kan forekomme. Kun en kombination af viden om materialet og miljøet muliggør en korrekt vurdering af en konstruktions korrosionsbestandighed.

Typer af korrosion af stål og metaller

Korrosion kan forekomme via forskellige mekanismer, afhængigt af materiale, miljø og driftsforhold. Se også andre typer korrosion:
Ensartet korrosion af stål og metaller
Grubetæring af rustfrit stål
Spaltekorrosion af rustfrit stål
Intergranulær korrosion af rustfrit stål
Spændingskorrosionsrevnedannelse SCC
Galvanisk korrosion
Erosiv korrosion
Kavitationskorrosion
Korrosionsudmattelse
Frettingkorrosion
Mikrobiologisk korrosion MIC
Højtemperaturkorrosion

Relaterede emner

CPT – kritisk grubetæringstemperatur for rustfrit stål og nikkellegeringer
PREN – indeks for modstandsdygtighed over for grubetæring for rustfrit stål
CCT – Kritisk spaltekorrosionstemperatur for rustfrit stål og nikkellegeringer