Korrózió különböző környezetekben – fémek és acél környezeti korróziója

A környezeti korrózió magában foglalja a fémek és ötvözetek lebomlási folyamatait, amelyek olyan környezeti feltételek hatására mennek végbe, mint a légkör, a tengervíz, az édesvíz, a talaj, valamint a kloridos, savas és lúgos környezet. A fémek korróziója nemcsak az anyag típusától, hanem a működési környezettől is függ. Ugyanaz az acélminőség enyhe légköri viszonyok között évekig képes fenntartani a nagy ellenállást, de kloridokat, savakat, magas hőmérsékletet vagy lerakódásokat tartalmazó környezetben intenzív lokális vagy általános korróziónak lehet kitéve. A korrozív környezet többek között meghatározza a rozsdamentes acél passzív rétegének stabilitását, az elektrokémiai reakciók sebességét, valamint a gödrösödés, a réskorrózió, a galvánkorrózió, a mikrobiális repedés (MIC) és a feszültségkorrózió (SCC) kialakulásának lehetőségét. Ezért a helyes anyagkiválasztáshoz nemcsak az acélminőség és kémiai összetételének elemzése szükséges, hanem a tényleges működési körülmények is.

Korrozív környezet és korróziós mechanizmus

Az olyan kifejezések, mint a tengeri korrózió, a légköri korrózió, a talajkorrózió vagy a vízben lévő korrózió, elsősorban a következőket írják le: korróziós környezetNem szabad összekeverni őket olyan mechanizmusokkal vagy roncsolási formákkal, mint a lyukkorrózió, a réskorrózió, a galvánkorrózió vagy a szemcsék közötti korrózió.
Több korróziós mechanizmus is létezhet egyszerre egyetlen környezetben. Például a kloridok jelenléte a tengervízben elősegítheti a rozsdamentes acél gödrös és réskorrózióját, a különböző fémek érintkezése galvánkorróziót okozhat, a biofilm hozzájárulhat a mikrobiális korrózió (MIC) kialakulásához, a feszültség, a hőmérséklet és a kloridos környezet megfelelő kombinációja pedig feszültségkorróziós repedést (SCC) okozhat.

Korrózió a tengeri környezetben

A tengeri környezet az egyik legigényesebb működési környezet számos szerkezeti anyag számára. A tengervíz jelentős mennyiségű kloridot tartalmaz, amely destabilizálhatja a rozsdamentes acél passzív rétegét, és elősegítheti a gödrös és réskorrózió kialakulását.

A korróziós körülmények azonban nem egyenletesek egy tengeri szerkezetben. Az állandóan vízbe merülő anyagok eltérően viselkednek az árapályzónában, a fröccsenő zónában vagy a parti légkörben. A hőmérséklet, a víz sebessége, az oxigénellátás, a biofilm, az üledékek és más fémekkel való érintkezés szintén szerepet játszik.
Az igényesebb tengeri alkalmazásokban a standard ausztenites acélok, duplex és szuperduplex acélok helyett 6Mo típusú, magas ötvözetű ausztenites acélokat és megfelelően kiválasztott nikkelötvözeteket használnak.

Korozja atmosferyczna

A légköri korrózió a légkörnek kitett fémfelületeken és a rajtuk képződő nedvességrétegen megy végbe. A folyamat intenzitása elsősorban a felület nedvesedési idejétől, a páratartalomtól, a hőmérséklettől, valamint a sók és szennyeződések jelenlététől függ.
Egy alacsony szennyezettségű vidéki légkör jellemzően sokkal kevésbé agresszív, mint egy ipari vagy tengerparti légkör. A tenger közelében a sópermet kloridokat bocsát ki, míg ipari környezetben a kénvegyületek és más szennyező anyagok további szerepet játszhatnak.
A por, a só és más szennyeződések visszatarthatják a nedvességet, és helyi körülményeket teremthetnek a korrózióhoz. Ezért a felület állapota, a természetes átmosást lehetővé tevő kialakítása és az időszakos tisztítás jelentősen befolyásolhatja az alkatrészek tartósságát.

Talajkorrózió

A talaj egy rendkívül összetett és heterogén környezet. A földalatti szerkezetek korrózióját olyan tényezők befolyásolják, mint a páratartalom, a talaj kémiai összetétele, a klorid- és szulfáttartalom, a pH, az elektromos vezetőképesség, az oxigén elérhetősége, a mikrobiális aktivitás és a kóboráramok jelenléte.
A talaj heterogenitása lokális eltéréseket okozhat az elektrokémiai körülményekben ugyanazon alkatrész felületén. Különös figyelmet kell fordítani a csővezetékekre, tartályokra, földalatti szerkezetekre és a különböző talajtípusok közötti átmeneti pontokra.
Földbe fektetett szerkezetek esetében az anyagválasztás csak egy eleme a védelemnek. A szerkezettől és a körülményektől függően megfelelő bevonatokat, katódos védelmet és kóboráram-szabályozást is alkalmaznak.

Korrózió édesvízben és ipari vízben

A „víz” kifejezés nem egyetlen korrozív környezetet ír le. Az ivóvíz, a folyóvíz, a kútvíz, a hűtővíz, a kazánvíz és a technológiai víz kémiai összetétele és agresszivitása jelentősen eltérhet.
A legfontosabb paraméterek közé tartozik a kloridtartalom, a pH, a hőmérséklet, az oxigénellátás, a keménység, a vezetőképesség, az üledékek jelenléte, valamint az inhibitorok, biocidok és egyéb technológiai adalékanyagok jelenléte. Az áramlási viszonyok is fontosak. A stagnálás elősegítheti az üledékek, a biofilm és a lokális oxigénellátási különbségek kialakulását, míg a nagyon magas áramlási sebesség bizonyos körülmények között növelheti az erózió és az erozív korrózió kockázatát.
Rozsdamentes acélok esetében különös figyelmet kell fordítani a kloridokra. Koncentrációjuk és hőmérsékletük növekedésével a lokalizált korrózió kockázata is növekszik, és az anyag gödrös és réskorrózióval szembeni ellenállása, valamint olyan paraméterek, mint a PREN, CPT és CCT, egyre fontosabbá válnak.

Korrózió kloridos környezetben

A kloridok a rozsdamentes acélok felhasználását korlátozó legfontosabb tényezők közé tartoznak. Lokálisan destabilizálhatják a passzív réteget, és gödrös és réskorrózióhoz vezethetnek. Megfelelő körülmények között a kloridok feszültségkorróziós repedésekhez (SCC) is hozzájárulhatnak.
A kockázatot nem lehet kizárólag a kloridkoncentráció alapján felmérni. A hőmérséklet, a pH, az elektrokémiai potenciál, a repedések és üledékek jelenléte, valamint a felszíni állapot mind fontos tényezők. Ezért egy adott fajra vonatkozó megengedett kloridkoncentráció nem egyetlen, univerzális érték, amely minden körülmények között alkalmazható.
A rozsdamentes acélok kloridos környezetben fellépő lokalizált korrózióval szembeni ellenállása elsősorban a megfelelő króm-, molibdén- és nitrogéntartalommal növekszik. A PREN indexet a kezdeti anyag-összehasonlításhoz használják, míg a laboratóriumi lokalizált korrózióval szembeni ellenállás a CPT és a CCT segítségével is jellemezhető.

Korrózió savas környezetben

A savas környezet intenzív általános korróziót okozhat, ha az anyag passzív rétege nem stabil az adott körülmények között. Azonban nincs egyetlen, univerzális „savállóság”. Az anyag viselkedése a sav típusától, koncentrációjától, a hőmérséklettől, az oxigén és más oxidálószerek jelenlététől, valamint a szennyező anyagoktól, beleértve a kloridionokat is, függ.
A kénsav, sósav, foszforsav, salétromsav, ecetsav és hangyasav különböző korrozív környezetet hoz létre. Egy anyag, amely nagymértékben ellenáll az egyik savnak, nem feltétlenül mutat hasonló ellenállást egy másikkal szemben. A sósav különösen agresszív sok rozsdamentes acéllal szemben, mivel a savas környezetet magas kloridaktivitással ötvözi.
Savas környezetben való használatra szánt anyag kiválasztásakor ezért figyelembe kell venni az adott rendszert: anyag – sav – koncentráció – hőmérséklet – szennyeződések. A gyakorlatban az izokorróziós diagramokat többek között a korróziós sebesség meghatározására használják az adott közeg hőmérsékletétől és koncentrációjától függően.

Korrózió lúgos környezetben

Sok rozsdamentes acél jól ellenáll a mérsékelten lúgos környezetnek, de a magas koncentrációjú lúgok, különösen magas hőmérsékleten, agresszívek lehetnek. A lúg típusa, koncentrációja, a hőmérséklet és a további szennyeződések jelenléte fontos tényezők.

Példa erre a nátrium-hidroxid (NaOH), amelyet számos kémiai folyamatban használnak. A koncentrációtól és a hőmérséklettől függően a nem megfelelően kiválasztott anyag hajlamos lehet a gyorsított korrózióra vagy a feszültségkorróziós repedések bizonyos formáira. A savas környezethez hasonlóan az ellenállás értékelésének az adott folyamatkörülményeken kell alapulnia, nem egyszerűen a „lúgos környezet” kifejezésen.

Korrózió gázokban és kipufogógázokban

A gáz halmazállapotú környezet és a kipufogógázok fémek korrózióját okozhatják mind nedvesség és kondenzátum jelenlétében, mind magas hőmérsékleten. A környezet agresszivitását olyan tényezők határozzák meg, mint a hőmérséklet, a vízgőz, az oxigén, a kénvegyületek, a klór és más gáz halmazállapotú komponensek tartalma, valamint ezek fémfelületen történő kondenzációjának lehetősége. Különösen veszélyesek lehetnek azok a területek, ahol a felületi hőmérséklet a harmatpont alá csökken, és oldott égéstermékeket tartalmazó kondenzátum képződik. A körülményektől függően általános, helyi, kondenzációs és magas hőmérsékletű korrózió léphet fel. Az anyagválasztás során figyelembe kell venni mind a gázösszetételt, mind az üzemi hőmérsékletet, mind az alkatrész felületi hőmérsékletét.

Korrózió a szennyvíz- és csatornarendszerekben

A szennyvíz- és csatornarendszerek összetett korrozív környezetet hoznak létre, ahol kloridok, szulfátok, szulfidok, szerves vegyületek, változó pH-érték, üledékek és mikroorganizmusok egyaránt előfordulhatnak. Különösen fontos a mikrobiális korrózió (MIC) és anaerob körülmények között a hidrogén-szulfid (H₂S) képződésének lehetősége. A szennyvíz feletti terekben a H₂S biológiai folyamatok révén olyan vegyületekké oxidálódhat, amelyek erősen savas környezetet hoznak létre, ami különösen jelentős problémát jelent a szennyvíz-infrastruktúra beton- és fémalkatrészei számára. A pangó közeg, az üledékek, a biofilm és az oxigénellátottság eltérései tovább elősegíthetik a helyi korróziót. Az anyagválasztásnak figyelembe kell vennie a tényleges szennyvízösszetételt, hőmérsékletet, pH-értéket, kloridokat, kénvegyületeket, áramlási viszonyokat és mikrobiológiai aktivitást.

Korrózió kémiai és petrolkémiai környezetben

A vegyipari és petrolkémiai létesítmények a legváltozatosabb korrozív környezetek közé tartoznak. Az anyagok savakkal, bázisokkal, kloridokkal, hidrogén-szulfiddal (H₂S), szén-dioxiddal (CO₂), kénvegyületekkel, oldószerekkel, technológiai vízzel és számos vegyi anyag keverékével érintkezhetnek. Ezek a körülmények általános és lokalizált korrózióhoz, feszültségkorróziós repedéshez (SCC), lerakódások alatti korrózióhoz és más, folyamatfüggő mechanizmusokhoz vezethetnek. Az anyagállóságot nemcsak a közeg kémiai összetétele, hanem annak koncentrációja, hőmérséklete, nyomása, víztartalma, áramlása, szennyeződései és a szerkezeten belüli feszültségek is meghatározzák. Agresszívabb környezetben a standard rozsdamentes acélok mellett duplex és szuperduplex acélokat, magas ötvözetű ausztenites acélokat és megfelelően kiválasztott nikkelötvözeteket is használnak. Az anyagválasztásnak mindig a tényleges folyamatfeltételeken kell alapulnia, mivel a "kémiai környezet" vagy a "petrolkémiai" általános kifejezések nem teszik lehetővé a korróziós kockázat egységes értékelését.

A környezet agresszivitását meghatározó legfontosabb tényezők

A környezet típusától függetlenül számos paraméter van, amelyek különösen erősen befolyásolják a korróziós folyamatok lefolyását:

• hőmérséklet – a hőmérséklet-emelkedés gyakran felgyorsítja az elektrokémiai reakciókat, és csökkentheti a helyi korrózióval szembeni ellenállást,
• pH – befolyásolja a passzív réteg stabilitását és az elektrokémiai reakciók lefolyását,
• kloridok és más halogenidek – a rozsdamentes acélok lokális korrózióját kiváltó legfontosabb tényezők közé tartoznak,
• oxigén és más oxidálószerek – befolyásolják az elektrokémiai potenciált és a passzív réteg fenntartásának képességét,
• közepes áramlású – javíthatja a tömegátadást, de nagy sebességnél és részecskék jelenlétében növelheti az eróziós korrózió kockázatát is,
• üledékek és repedések – olyan helyi környezetet hoznak létre, amely eltér a fő közegtől, és elősegíti a réskorróziót,
• mikroorganizmusok – a biofilm és a mikrobiológiai aktivitás befolyásolhatja a lokális elektrokémiai viszonyokat és a MIC kialakulását,
• különböző fémek érintkezése – elektrolit jelenlétében galvánelem kialakulásához vezethet,
• feszültség – bizonyos környezettel kombinálva feszültségkorróziós repedéshez (SCC) vezethet.

Anyagválasztás korrozív környezetekhez

Nincs egyetlen olyan rozsdamentes acélminőség, amely minden környezethez a legjobban megfelel. A népszerű 304L és 316L rozsdamentes acélok széles körű alkalmazásokhoz alkalmasak, de ellenálló képességük nem megfelelő lehet meleg kloridos környezetben, tengervízben, erős savakban vagy a réskorrózióra különösen érzékeny szerkezetekben.

Ahogy a környezeti agresszivitás növekszik, erősen ötvözött acélokat, például 904L, duplex és szuperduplex acélokat, 6Mo ausztenites acélokat, például 1.4547 és 1.4529, valamint megfelelően kiválasztott nikkelötvözeteket használnak. A magasabb ötvözési szint azonban nem jelenti automatikusan azt, hogy egy anyag minden környezetben a legjobb megoldás.

A kiválasztásnak figyelembe kell vennie a közeg kémiai összetételét, a hőmérsékletet, a pH-t, a kloridkoncentrációt, az áramlási viszonyokat, a repedések és üledékek jelenlétét, a feszültségeket, az építési technológiát és a várható üzemidőt.

A környezetet és az anyagot együttesen kell elemezni

A korrózióállóság nem olyan tulajdonság, amelyet egyetlen kifejezéssel, például a „korrózióálló acél” kifejezéssel lehet megfelelően leírni. Egy anyag vagy ellenálló, vagy érzékeny a korrózióra az adott környezetek és üzemi körülmények függvényében.

Ezért egy telepítés tervezésekor a teljes rendszert elemezni kell: anyag – környezet – hőmérséklet – tervezés – kivitelezési módszer – üzemeltetési feltételek . Csak ez a megközelítés teszi lehetővé a korróziós kockázat megfelelő felmérését és a szükséges tartósságú anyagok kiválasztását.

Fémek korróziója különböző környezetekben

Az egyes korrozív környezetek külön elemzést igényelnek. A következő cikkek részletesen leírják a korróziós mechanizmusokat, a kockázati tényezőket és az anyagkiválasztási elveket a következő körülmények között:

Tengeri korrózió – acél és fémek korróziója tengervízben
Korozja atmosferyczna
Talajkorrózió
Korrózió édesvízben és ipari vízben
Korrózió kloridos környezetben
Korrózió savas környezetben
Korrózió lúgos környezetben
Korrózió gázokban és kipufogógázokban
Korrózió a szennyvíz- és csatornarendszerekben
Korrózió kémiai és petrolkémiai környezetben

A működési környezet az egyik alapvető tényező, amely meghatározza a fémek és ötvözetek tartósságát. A légkör, a talaj, a tengervíz, az ipari víz, a kloridok, a savak és a bázisok teljesen eltérő korrozív körülményeket hozhatnak létre, és különböző anyagbomlási mechanizmusokat indíthatnak el.
Ezért az anyagtípus ismerete önmagában nem elegendő a tartósságának felméréséhez. A megfelelő kiválasztáshoz meg kell határozni a tényleges üzemi körülményeket és azonosítani kell a lehetséges korróziós mechanizmusokat. Csak az anyaggal és a környezettel kapcsolatos ismeretek kombinációja teszi lehetővé egy szerkezet korrózióállóságának megfelelő értékelését.

Az acél és fémek korróziójának típusai

A korrózió különböző mechanizmusokon keresztül történhet, az anyagtól, a környezettől és az üzemi körülményektől függően. Lásd még a korrózió egyéb típusait:
Acél és fémek egyenletes korróziója
Rozsdamentes acélok lyukkorróziója
Rozsdamentes acélok réskorróziója
Rozsdamentes acél szemcseközi korróziója
Feszültségkorróziós repedés SCC
Galvanikus korrózió
Eróziós korrózió
Kavitációs korrózió
Korróziós fáradás
Súrlódási korrózió
Mikrobiológiai korrózió MIC
Magas hőmérsékletű korrózió

Kapcsolódó témák

CPT – rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus lyukkorróziós hőmérséklete
PREN – rozsdamentes acél gödrös korrózióállósági indexe
CCT – Rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus réskorróziós hőmérséklete