Corrosione in diversi ambienti – corrosione ambientale di metalli e acciaio

La corrosione ambientale comprende i processi di degrado di metalli e leghe che si verificano sotto l'influenza di condizioni ambientali quali atmosfera, acqua di mare, acqua dolce, suolo e ambienti contenenti cloruri, acidi e alcali. La corrosione dei metalli dipende non solo dal tipo di materiale, ma anche dall'ambiente in cui opera. Lo stesso tipo di acciaio può mantenere un'elevata resistenza per molti anni in condizioni atmosferiche miti, ma in ambienti contenenti cloruri, acidi, temperature elevate o depositi, può subire un'intensa corrosione locale o generalizzata. L'ambiente corrosivo determina, tra le altre cose, la stabilità dello strato passivante dell'acciaio inossidabile, la velocità delle reazioni elettrochimiche e il potenziale di corrosione per vaiolatura, interstiziale, galvanica, microbica (MIC) e tensocorrosione (SCC). Pertanto, la corretta selezione del materiale richiede l'analisi non solo del tipo di acciaio e della sua composizione chimica, ma anche delle effettive condizioni operative.

Ambiente corrosivo e meccanismo di corrosione

Termini come corrosione marina, corrosione atmosferica, corrosione del suolo o corrosione in acqua descrivono principalmente ambiente corrosivoNon vanno confuse con meccanismi o forme di distruzione quali la corrosione per vaiolatura, interstiziale, galvanica o intergranulare.
Diversi meccanismi di corrosione possono coesistere in un singolo ambiente. Ad esempio, la presenza di cloruri nell'acqua di mare può favorire la corrosione per vaiolatura e interstiziale dell'acciaio inossidabile, il contatto tra metalli dissimili può causare corrosione galvanica, il biofilm può contribuire allo sviluppo della corrosione microbica (MIC) e la combinazione appropriata di stress, temperatura e un ambiente ricco di cloruri può portare alla tensocorrosione (SCC).

Corrosione nell'ambiente marino

L'ambiente marino è uno degli ambienti operativi più impegnativi per molti materiali strutturali. L'acqua di mare contiene quantità significative di cloruri, che possono destabilizzare lo strato passivante dell'acciaio inossidabile e favorire lo sviluppo di corrosione per vaiolatura e interstiziale.

Tuttavia, le condizioni di corrosione non sono uniformi in tutta una struttura marina. I materiali permanentemente immersi in acqua si comportano in modo diverso, operando nella zona intertidale e nella zona di spruzzo o nell'atmosfera costiera. Anche la temperatura, la velocità dell'acqua, l'ossigenazione, il biofilm, i sedimenti e il contatto con altri metalli giocano un ruolo importante.
Nelle applicazioni marine più esigenti, al posto dei tradizionali acciai austenitici, duplex e superduplex, vengono utilizzati acciai austenitici altolegati del tipo 6Mo e leghe di nichel opportunamente selezionate.

Korozja atmosferyczna

La corrosione atmosferica si verifica sulle superfici metalliche esposte all'atmosfera e allo strato di umidità che si forma su di esse. L'intensità del processo dipende principalmente dal tempo di bagnatura della superficie, dall'umidità, dalla temperatura e dalla presenza di sali e contaminanti.
Un ambiente rurale con bassi livelli di inquinamento è in genere molto meno aggressivo di un ambiente industriale o costiero. Vicino al mare, la salsedine contribuisce alla presenza di cloruri, mentre negli ambienti industriali possono intervenire anche composti solforati e altri inquinanti.
Polvere, sale e altri contaminanti possono trattenere l'umidità e creare condizioni localizzate favorevoli alla corrosione. Pertanto, le condizioni della superficie, la sua progettazione che consente un lavaggio naturale e la pulizia periodica possono influire significativamente sulla durata dei componenti.

corrosione del terreno

Il terreno è un ambiente estremamente complesso ed eterogeneo. La corrosione delle strutture sotterranee è influenzata da fattori quali umidità, composizione chimica del suolo, contenuto di cloruri e solfati, pH, conducibilità elettrica, disponibilità di ossigeno, attività microbica e presenza di correnti vaganti.
L'eterogeneità del suolo può determinare differenze locali nelle condizioni elettrochimiche sulla superficie dello stesso componente. Particolare attenzione deve essere prestata a condotte, serbatoi, strutture sotterranee e punti di transizione tra diversi tipi di terreno.
Per le strutture interrate, la scelta del materiale è solo un elemento della protezione. A seconda della struttura e delle condizioni, vengono utilizzati anche rivestimenti appropriati, protezione catodica e controllo delle correnti vaganti.

Corrosione nelle acque dolci e industriali

Il termine "acqua" non descrive un unico ambiente corrosivo. L'acqua potabile, l'acqua di fiume, l'acqua di pozzo, l'acqua di raffreddamento, l'acqua di caldaia e l'acqua di processo possono variare significativamente in termini di composizione chimica e aggressività.
I parametri più importanti includono il contenuto di cloruri, il pH, la temperatura, l'ossigenazione, la durezza, la conducibilità, la presenza di sedimenti e la presenza di inibitori, biocidi e altri additivi tecnologici. Anche le condizioni di flusso sono importanti. Il ristagno può favorire la formazione di sedimenti, biofilm e differenze locali di ossigenazione, mentre portate molto elevate in determinate condizioni possono aumentare il rischio di erosione e corrosione erosiva.
Nel caso degli acciai inossidabili, occorre prestare particolare attenzione ai cloruri. Con l'aumentare della loro concentrazione e temperatura, aumenta il rischio di corrosione localizzata e, di conseguenza, diventano sempre più importanti la resistenza del materiale alla corrosione per vaiolatura e interstiziale, nonché parametri quali PREN, CPT e CCT.

Corrosione in ambienti clorurati

I cloruri sono tra i fattori più importanti che limitano l'utilizzo degli acciai inossidabili. Possono destabilizzare localmente lo strato passivante e portare all'innesco di corrosione per vaiolatura e interstiziale. In determinate condizioni, i cloruri possono anche contribuire alla tensocorrosione (SCC).
Il rischio non può essere valutato esclusivamente sulla base della concentrazione di cloruro. Temperatura, pH, potenziale elettrochimico, presenza di fessure e sedimenti e condizioni della superficie sono tutti fattori importanti. Pertanto, la concentrazione di cloruro ammissibile per una determinata specie non è un valore unico e universale applicabile in tutte le condizioni.
La resistenza degli acciai inossidabili alla corrosione localizzata in ambienti clorurati aumenta principalmente con un adeguato contenuto di cromo, molibdeno e azoto. L'indice PREN viene utilizzato per un confronto iniziale dei materiali, mentre la resistenza in laboratorio all'innesco della corrosione localizzata può essere ulteriormente caratterizzata mediante CPT e CCT.

Corrosione in ambienti acidi

Gli ambienti acidi possono causare un'intensa corrosione generalizzata se lo strato passivante del materiale non è stabile nelle condizioni date. Tuttavia, non esiste un'unica "resistenza agli acidi" universale. Il comportamento del materiale dipende dal tipo di acido, dalla sua concentrazione, dalla temperatura, dalla presenza di ossigeno e altri ossidanti e contaminanti, inclusi gli ioni cloruro.
Gli acidi solforico, cloridrico, fosforico, nitrico, acetico e formico creano ambienti corrosivi differenti. Un materiale altamente resistente a un acido potrebbe non presentare necessariamente una resistenza simile a un altro. L'acido cloridrico è particolarmente aggressivo per molti acciai inossidabili perché combina un ambiente acido con un'elevata attività di cloruri.
Nella scelta di un materiale da utilizzare in ambienti acidi, è quindi necessario considerare il sistema specifico: materiale – acido – concentrazione – temperatura – contaminanti. In pratica, si utilizzano, tra l'altro, i diagrammi di isocorrosione per determinare la velocità di corrosione in funzione della temperatura e della concentrazione del mezzo considerato.

Corrosione in ambienti alcalini

Molti acciai inossidabili presentano una buona resistenza ad ambienti alcalini moderati, ma gli alcali altamente concentrati, soprattutto ad alte temperature, possono essere aggressivi. Il tipo di alcali, la sua concentrazione, la temperatura e la presenza di impurità aggiuntive sono fattori importanti.

Un esempio è l'idrossido di sodio (NaOH), utilizzato in molti processi chimici. A seconda della concentrazione e della temperatura, un materiale scelto in modo errato può essere soggetto a corrosione accelerata o a determinate forme di tensocorrosione. Come nel caso degli ambienti acidi, la valutazione della resistenza dovrebbe basarsi sulle specifiche condizioni di processo, e non semplicemente sul termine "ambiente alcalino".

Corrosione nei gas e nei gas di scarico

Gli ambienti gassosi e i gas di scarico possono causare la corrosione dei metalli sia in presenza di umidità e condensa, sia ad alte temperature. L'aggressività dell'ambiente è determinata da fattori quali la temperatura, il contenuto di vapore acqueo, ossigeno, composti di zolfo, cloro e altri componenti gassosi, nonché la loro potenziale condensazione sulla superficie metallica. Le aree in cui la temperatura superficiale scende al di sotto del punto di rugiada e si forma condensa contenente prodotti di combustione disciolti possono essere particolarmente pericolose. A seconda delle condizioni, possono verificarsi corrosione generalizzata, localizzata, da condensazione e ad alta temperatura. La scelta del materiale richiede la considerazione della composizione del gas, della temperatura di esercizio e della temperatura superficiale del componente.

Corrosione nelle reti fognarie e di depurazione

Le acque reflue e i relativi sistemi creano un ambiente corrosivo complesso, in cui possono coesistere cloruri, solfati, solfuri, composti organici, pH variabile, sedimenti e microrganismi. Di particolare importanza è il potenziale di corrosione microbica (MIC) e la formazione di acido solfidrico (H₂S) in condizioni anaerobiche. Negli spazi sovrastanti le acque reflue, l'H₂S può essere ossidato da processi biologici in composti che creano un ambiente fortemente acido, problema particolarmente rilevante per i componenti in calcestruzzo e metallo delle infrastrutture fognarie. La presenza di fluidi stagnanti, sedimenti, biofilm e differenze di ossigenazione possono ulteriormente favorire la corrosione locale. La scelta dei materiali deve tenere conto della composizione effettiva delle acque reflue, della temperatura, del pH, dei cloruri, dei composti solforati, delle condizioni di flusso e dell'attività microbiologica.

Corrosione in ambienti chimici e petrolchimici

Gli impianti chimici e petrolchimici sono tra gli ambienti corrosivi più eterogenei. I materiali possono entrare in contatto con acidi, basi, cloruri, acido solfidrico (H₂S), anidride carbonica (CO₂), composti dello zolfo, solventi, acqua di processo e miscele di numerose sostanze chimiche. Queste condizioni possono causare corrosione generalizzata e localizzata, tensocorrosione (SCC), corrosione sotto depositi e altri meccanismi dipendenti dal processo. La resistenza dei materiali è determinata non solo dalla composizione chimica del mezzo, ma anche dalla sua concentrazione, temperatura, pressione, contenuto d'acqua, flusso, contaminanti e sollecitazioni all'interno della struttura. Negli ambienti più aggressivi, oltre ai normali acciai inossidabili, vengono utilizzati acciai duplex e superduplex, acciai austenitici altolegati e leghe di nichel opportunamente selezionate. La scelta dei materiali deve sempre basarsi sulle effettive condizioni di processo, poiché i termini generici "ambiente chimico" o "petrolchimico" non consentono una valutazione univoca del rischio di corrosione.

I fattori più importanti che determinano l'aggressività dell'ambiente

A prescindere dal tipo di ambiente, esistono diversi parametri che influenzano in modo particolarmente significativo il decorso dei processi di corrosione:

• temperatura – un aumento della temperatura spesso accelera le reazioni elettrochimiche e può ridurre la resistenza alla corrosione locale,
• pH – influenza la stabilità dello strato passivo e il corso delle reazioni elettrochimiche,
• cloruri e altri alogenuri – sono tra i fattori più importanti che innescano la corrosione locale degli acciai inossidabili,
• ossigeno e altri ossidanti – influenzano il potenziale elettrochimico e la capacità di mantenere uno strato passivo,
• flusso medio – può migliorare il trasferimento di massa, ma ad alte velocità e in presenza di particelle può anche aumentare il rischio di erosione e corrosione,
• sedimenti e fessure – creare ambienti locali diversi dal mezzo principale e promuovere la corrosione interstiziale,
• microrganismi – il biofilm e l'attività microbiologica possono influenzare le condizioni elettrochimiche locali e lo sviluppo della MIC,
• contatto di metalli diversi – in presenza di un elettrolita può portare alla formazione di una cella galvanica,
• stress – in combinazione con un determinato ambiente può portare alla tensocorrosione (SCC).

Selezione dei materiali per ambienti corrosivi

Non esiste un singolo tipo di acciaio inossidabile che sia il migliore per tutti gli ambienti. Gli acciai inossidabili 304L e 316L, molto diffusi, sono adatti a una vasta gamma di applicazioni, ma la loro resistenza potrebbe essere insufficiente in ambienti caldi ricchi di cloruri, in acqua di mare, in presenza di acidi forti o in strutture particolarmente soggette a corrosione interstiziale.

Con l'aumentare dell'aggressività ambientale, vengono utilizzati acciai altolegati come il 904L, acciai duplex e superduplex, acciai austenitici 6Mo come il 1.4547 e il 1.4529, e leghe di nichel opportunamente selezionate. Tuttavia, un livello di lega più elevato non significa automaticamente che un materiale rappresenti la soluzione migliore in ogni ambiente.

La scelta deve tenere conto della composizione chimica del mezzo, della temperatura, del pH, della concentrazione di cloruri, delle condizioni di flusso, della presenza di crepe e sedimenti, delle sollecitazioni, della tecnologia costruttiva e del tempo di esercizio previsto.

L'ambiente e il materiale devono essere analizzati insieme

La resistenza alla corrosione non è una proprietà che può essere descritta in modo adeguato con un singolo termine come "acciaio resistente alla corrosione". Un materiale è resistente o suscettibile alla corrosione in relazione a specifici ambienti e condizioni operative.

Pertanto, nella progettazione di un impianto, è necessario analizzare l'intero sistema: materiale – ambiente – temperatura – progettazione – metodo di costruzione – condizioni operative . Solo questo approccio consente una corretta valutazione del rischio di corrosione e la selezione di materiali con la durabilità richiesta.

Corrosione dei metalli in vari ambienti

Ciascun ambiente corrosivo richiede un'analisi specifica. I seguenti documenti forniscono descrizioni dettagliate dei meccanismi di corrosione, dei fattori di rischio e dei principi di selezione dei materiali per le seguenti condizioni:

Corrosione marina – corrosione dell'acciaio e dei metalli in acqua di mare
Korozja atmosferyczna
corrosione del terreno
Corrosione nelle acque dolci e industriali
Corrosione in ambienti clorurati
Corrosione in ambienti acidi
Corrosione in ambienti alcalini
Corrosione nei gas e nei gas di scarico
Corrosione nelle reti fognarie e di depurazione
Corrosione in ambienti chimici e petrolchimici

L'ambiente operativo è uno dei fattori fondamentali che determinano la durabilità di metalli e leghe. Atmosfera, suolo, acqua di mare, acque industriali, cloruri, acidi e basi possono creare condizioni corrosive completamente diverse e innescare differenti meccanismi di degrado dei materiali.
Pertanto, la sola conoscenza del tipo di materiale non è sufficiente per valutarne la durabilità. Una selezione adeguata richiede la determinazione delle effettive condizioni operative e l'identificazione dei meccanismi di corrosione che possono verificarsi. Solo una combinazione di conoscenze sul materiale e sull'ambiente consente una corretta valutazione della resistenza alla corrosione di una struttura.

Tipi di corrosione dell'acciaio e dei metalli

La corrosione può verificarsi attraverso vari meccanismi, a seconda del materiale, dell'ambiente e delle condizioni operative. Vedi anche altri tipi di corrosione:
Corrosione uniforme di acciaio e metalli
Corrosione per vaiolatura degli acciai inossidabili
Corrosione interstiziale degli acciai inossidabili
Corrosione intergranulare dell'acciaio inossidabile
Corrosione da stress SCC
Corrosione galvanica
Corrosione erosiva
Corrosione da cavitazione
Fatica da corrosione
Corrosione da sfregamento
Corrosione microbiologica MIC
Corrosione ad alta temperatura

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CPT – temperatura critica di corrosione per vaiolatura degli acciai inossidabili e delle leghe di nichel
PREN – indice di resistenza alla corrosione per vaiolatura dell'acciaio inossidabile
CCT – Temperatura critica di corrosione interstiziale degli acciai inossidabili e delle leghe di nichel