Légköri korrózió – fémek és acél korróziója légköri környezetben

A légköri korrózió a fémek és ötvözetek bomlásának folyamata, amely a légkör és az anyag felületén képződő vékony nedvességréteg hatására megy végbe. A vízbe tartósan merített alkatrészek korróziójával ellentétben az elektrolit itt elsősorban esőből, páralecsapódásból, ködből vagy magas páratartalomból származó nedvesség. A légkör agresszivitása olyan tényezőktől függ, mint a felület nedvesítésének ideje, a hőmérséklet, a páratartalom, a kloridok, kénvegyületek és egyéb szennyező anyagok jelenléte, valamint a helyi körülmények.

A légköri korrózió hatással lehet a szénacélra, a rozsdamentes acélra, az alumíniumra, a rezre, a cinkre és sok más fémre. A korrózió lefolyása és sebessége azonban az anyagtól függően jelentősen változhat. A szénacél viszonylag egyenletes felületi rozsdásodást tapasztalhat, míg a rozsdamentes acél a passzív réteg lokálisabb károsodását, elszíneződést, gödrös korróziót és réskorróziót tapasztal.

Hogyan történik a légköri korrózió?

A fémek elektrokémiai korróziójához elektrolit szükséges. Légköri viszonyok között ez egy nagyon vékony, néha láthatatlan vízréteg lehet a felületen. Ez csapadék, köd, harmat, kondenzáció vagy magas relatív páratartalom révén alakul ki.

A nedvességréteg feloldja a felületen vagy a légkörben található sókat és szennyeződéseket. Ez növeli az elektrolit vezetőképességét, és lehetővé teszi az anódos és katódos reakciókat. Lokális elektrokémiai cellák alakulnak ki, amelyek fém oxidációjához vezetnek.

Miután a felület megszárad, az elektrokémiai folyamat jelentősen lelassulhat, de a rajta lévő sók megmaradnak. Későbbi nedvesedéskor újraalkotják az elektrolitot. Ezért az ismételt nedvesítési és szárítási ciklusok kulcsfontosságúak a légköri korrózió kialakulásához.

A légköri korróziót befolyásoló legfontosabb tényezők

Korrozív légkörök típusai

A légköri viszonyok agresszivitása jelentősen változhat. Egy alacsony szennyezettségű vidéki légkör jellemzően kevésbé agresszív, mint egy ipari vagy tengerparti légkör. Azonban nem szabad egy környezetet kizárólag a neve alapján besorolni. A tényleges korrozivitást a mérhető expozíciós feltételek és egy adott anyag reakciója határozzák meg.

Vidéki hangulat

Jellemző rá az agresszív szennyezőanyagok viszonylag alacsony tartalma és az alacsony kloridlerakódás. Ez nem jelenti azt, hogy nincs korrózió – a szénacél alkatrészek továbbra is korrodálódhatnak nedvesség és oxigén hatására –, de a körülmények általában enyhébbek, mint a nagyon szennyezett vagy sós helyeken.

Városi és ipari légkör

Városi és ipari környezetben a por és a kémiai szennyező anyagok lerakódhatnak a fémfelületeken. Történelmileg a kén-dioxid (SO₂) koncentrációja és lerakódása különösen fontos volt a légköri korrozivitás osztályozásában. Egy adott helyszín jelenlegi agresszivitása azonban a tényleges szennyezési szinttől függ, és nem szabad kizárólag „városi” vagy „ipari” környezetként meghatározni.

Tengeri légkör

A part menti légkör tengeri permetet tartalmaz, amely sókat, elsősorban kloridokat szállít. A felszínen lerakódott kloridok higroszkóposak, elősegíthetik a nedvesség tartós visszatartását, és növelhetik a vékony elektrolitréteg vezetőképességét. A rozsdamentes acélok esetében különös aggodalomra ad okot a passzív réteg lokalizált károsodásának lehetősége, valamint a gödrös vagy réskorrózió kialakulása.

C1–CX légköri korróziós osztályok az ISO 9223 szabvány szerint

Az ISO 9223 szabvány a légkörök korrozivitásának osztályozására szolgál. Hat alapvető korrozivitási kategóriát különböztet meg: C1, C2, C3, C4, C5 és CX. Az osztályozás többek között a referenciaanyagok korróziós sebességén alapulhat az expozíció első évében. A szabvány a nedvesedési idővel, valamint a kén-dioxid és a kloridok lerakódásával kapcsolatos környezeti paramétereket is használ.

A C1–CX kategóriák a légköri korrozivitást írják le, és nem egyszerűen a „rozsdamentes acél ellenállásának” skáláját jelentik. Az ISO 9223 osztályozás referenciaanyagokat használ, beleértve a szénacélt, a cinket, a rezet és az alumíniumot. Egy adott rozsdamentes acélminőség kiválasztásához további értékelést kell végezni a kitettségi körülményekről, különösen a kloridlerakódásról, a természetes felületi lemosódás lehetőségéről és a felületkezelés minőségéről.

A szénacél légköri korróziója

A védtelen szénacélon nedvesség és oxigén jelenlétében korróziós termékek, amelyeket általában rozsdának neveznek, képződnek. A hagyományos szerkezeti acélon lévő korróziós termékréteg jellemzően nem nyújt tartós védelmet a további korrózióval szemben. A későbbi nedvesítési és száradási ciklusok további anyagveszteséget eredményeznek.
A korrózió sebessége a légköri viszonyoktól függ. A kloridok és bizonyos szennyező anyagok jelenléte jelentősen növelheti a környezet agresszivitását. Emiatt a kültéri szénacél szerkezeteket gyakran festékrendszerekkel, fémbevonatokkal, horganyzással vagy más, a várható korrozivitás kategóriájának megfelelő védelmi módszerekkel védik.

Rozsdamentes acél légköri korróziója

A rozsdamentes acélokat egy nagyon vékony, krómvegyületekben gazdag passzív réteg védi. Ez nagyon magas korrózióállóságot biztosít számos légköri körülmény között. Ez azonban nem jelenti azt, hogy teljesen érzéketlenek a környezeti hatásokkal szemben.
A kloridok, üledékek, szennyeződés és a hosszan tartó nedvesség olyan helyi körülményeket teremthet, amelyek károsíthatják a passzív réteget. Az esőtől védett felületek, ahol rendszeresen sókat alkalmaznak, de természetes úton nem mosódnak le, különösen érzékenyek lehetnek erre.
Ilyen területeken felületi elszíneződés, korróziós terméklerakódások, gödrös korrózió vagy réskorrózió léphet fel. Ezért a rozsdamentes acél alkatrészek tervezésekor nemcsak az anyagminőség fontos, hanem a szerkezeti geometria, a felületkezelés és az időszakos tisztítás lehetősége is.

304 vagy 316L külső atmoszférában?

A 304-es típusú acélokat, beleértve az 1.4301-et és az 1.4307-et, széles körben használják viszonylag alacsony kloridtartalmú légköri körülmények között. A 316-os típusú acélok, beleértve az 1.4401-et és az 1.4404-et, molibdént tartalmaznak, ami növeli a lokális korrózióval szembeni ellenállást kloridos környezetben.
Ezért a 316L-t gyakran részesítik előnyben a tengerparti légkörben és a sónak kitett helyeken. Ez azonban nem jelenti azt, hogy minden tengerparti szerkezethez 316L-re van szükség, és hogy a 316L ellenálló lesz a kloridlerakódás mértékétől függetlenül. A rendkívül magas sóterhelés, a magas páratartalom, a természetes átmosódás hiánya és a kedvezőtlen geometria ellenállóbb minőségeket vagy rendszeres felülettisztítást igényelhet.

A kloridok hatása a rozsdamentes acélra a légkörben

A kloridok olyan forrásokból jutnak el a felszínre, mint a tengeri permet, az útsó és bizonyos ipari folyamatok. A víz elpárolgása után a felszínen maradhatnak és koncentrálódhatnak.
Megfelelő nedvesség jelenlétében egy vékony, kloridokat tartalmazó elektrolitréteg alakul ki. Ha a helyi körülmények meghaladják az anyag passzív rétegének ellenállását, gödrös korrózió léphet fel. A repedések, lerakódások és a nehezen átmosható területek tovább növelik a lokalizált korrózió kockázatát.

Miért korrodálódhatnak jobban az árnyékolt felületek?

Úgy tűnhet, hogy egy tető alatti alkatrészt jobban kell védeni a korróziótól. Sós légkörben ennek az ellenkezője is igaz lehet. Az eső eltávolítja a kloridok és egyéb lerakódások egy részét a csapadéknak közvetlenül kitett felületekről.
Az esőtől védett felületeken azonban idővel sók halmozódhatnak fel. A légköri nedvesség, a köd vagy a páralecsapódás feloldhatja a felhalmozódott lerakódásokat, és nagyon agresszív helyi elektrolitot hozhat létre. Ezért a védett elemek, a korlátok alsó oldala, a profilok belső oldala, az átfedések és más nehezen elérhető területek különös figyelmet igényelnek.

A tengertől való távolság hatása

Ahogy a tengeri permet a szárazföld felé halad, hatása jellemzően csökken, de nincs egyetlen, univerzális távolság a partvonaltól, amelyen túl a légkör kloridmentesnek tekinthető. A só szállítása a széliránytól és -sebességtől, a terepviszonyoktól, a szerkezet magasságától, a hullámzástól, a helyi fejlesztéstől és az éghajlati viszonyoktól függ.
Ezért anyagkiválasztáskor jobb a tényleges klorid-expozíciót és az adott helyszínen szerzett tapasztalatokat figyelembe venni, a kilométerben kifejezett egyszerű távolság helyett.

A rozsdamentes acél felületkezelés hatása

A felület állapota jelentős hatással van a rozsdamentes acél légköri viselkedésére. A sima felületek könnyebben lemosódnak természetes úton, és jellemzően kevesebb szennyeződést tartalmaznak, mint a nagyon durva felületek.
A megmunkálásból származó vasszennyeződés, a csiszolási maradványok, a hegesztési elszíneződések és egyéb felületi hibák lokálisan ronthatják a korrózióállóságot. A sima szénacél megmunkálásához használt szerszámok nem szennyezhetik a rozsdamentes acél felületét.
Hegesztés után, igényes alkalmazásoknál, szükségessé válhat a felület megfelelő tisztítása és a hő okozta elszíneződés eltávolítása. Ez különösen fontos tengerparti környezetben és más kloridtartalmú légkörben.

Galvanikus korrózió a légkörben

Galvanikus korrózió légköri körülmények között is előfordulhat, ha két különböző fém elektromos érintkezésben van, és felületeiket egy elektrolitként funkcionáló nedvességréteg köti össze.
A kockázat megnő a magas páratartalmú és sótartalmú légkörben, mivel az elektrolitréteg vezetőképessége nagyobb. A csatlakoztatott anyagok felületi aránya is fontos. Az anódanyag kis felülete a nemesebb anyag nagy felületével kombinálva magas anódáram-sűrűséget és intenzív helyi korróziót eredményezhet.

Rozsdamentes acél kiválasztása a légkörhöz

A táblázat csak általános tájékoztatásul szolgál. Ne válasszon minőséget kizárólag a környezet alapján. A tényleges kloridlerakódás, a páratartalom, a felület moshatósága, a hőmérséklet, a szerkezeti geometria, a felület állapota, valamint a megjelenési és tartóssági követelmények mind fontos tényezők.

Hogyan csökkenthető a légköri korrózió?

A hatékony védelemhez a megfelelő anyagválasztás, a szerkezet megfelelő tervezése és karbantartása kombinációja szükséges.

• olyan anyagot válasszon, amely megfelel a környezet tényleges kategóriájának és jellegének,
• tervezési elemek, hogy a víz szabadon lefolyhasson,
• korlátozza a réseket, átfedéseket és az üledék felhalmozódásának helyeit,
• kerülje a kedvezőtlen galváncsatlakozásokat,
• biztosítsa a rozsdamentes acél megfelelő felületkezelését,
• eltávolítja a hegesztési elszíneződéseket és a feldolgozás utáni szennyeződéseket,
• sótartalmú környezetben rendszeresen távolítsa el a lerakódásokat a felületről,
• szénacél esetén megfelelően kiválasztott felületvédelmi rendszereket kell használni,
• vegye figyelembe a klorid felhalmozódásának lehetőségét az esőtől védett felületeken.

Légköri korrózió és tengeri korrózió

A légköri korrózió és a tengeri korrózió némileg átfedésben van, de nem azonos fogalmak. A légköri korrózió a légkörnek és a felszíni nedvességnek kitett alkatrészeket érinti. A tengeri korrózió magában foglalja a tengeri környezet tágabb hatását, beleértve a part menti légkört, a fröccsenő zónát, az árapály-zónát és a tengervízbe való közvetlen merülést.
Egy tengerfelszín felett elhelyezkedő alkatrész tehát egyszerre osztályozható légköri korróziónak kitett szerkezetként és tengeri környezetben működő elemként. A gyakorlatban a kitettség jellege és a felszínre jutó só mennyisége a döntő.

A légköri korrózió a nedvesség, az oxigén, a sók és a szennyeződések fémfelülettel való kölcsönhatásának eredménye. Intenzitása elsősorban a nedvesítési időtől, a klorid- és szennyeződés-lerakódástól, a hőmérséklettől, az alkatrész kialakításától és az anyagtulajdonságoktól függ.
Az ISO 9223 szabvány a légköröket C1-től CX-ig terjedő korrozivitás-besorolással határozza meg; azonban a környezeti kategória önmagában nem helyettesíti a megfelelő anyagválasztást. Rozsdamentes acélok esetében különösen fontos a kloridtartalom, a felület állapota, a természetes kimosódás lehetősége, valamint a repedések és lerakódások jelenléte.
A szerkezet tartósságát tehát a teljes rendszer határozza meg: anyag – légkör – páratartalom – kloridok és szennyező anyagok – konstrukció – felületi állapot – működési mód.

Az acél és fémek korróziójának típusai

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

A korrózió felosztása a környezet szerint

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

Kapcsolódó témák

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