Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы – механизмі, коррозия жылдамдығы және материалды таңдау

Сипаттаманы pdf форматында жүктеп алыңыз

Біркелкі коррозия, жалпы коррозия деп те аталады, металлдың бұзылуының негізгі түрлерінің бірі болып табылады. шұңқыр коррозиясы немесе жарықшақта, ол бетінің жеке нүктелерінде шоғырланбайды, бірақ үлкен аумақта материалдың салыстырмалы түрде біркелкі жоғалуына әкеледі.
Типтік мысал ретінде ылғалды атмосфераға ұшыраған қорғалмаған көміртекті болаттың біртіндеп тот басуын айтуға болады. Дегенмен, егер материал коррозияға төзімділігінен асатын ортада қолданылса, тот баспайтын болаттарда, жоғары легирленген болаттарда және никель қорытпаларында да біркелкі коррозия пайда болуы мүмкін.
Тот баспайтын болаттар жағдайында жалпы коррозия негізінен металл бетін қорғайтын пассивті қабат белгілі бір ортада тұрақсыз болған кезде пайда болады. Бұл күшті қышқылдар, ыстық сілтілі ерітінділер немесе температураның, химиялық концентрацияның және ластаушы заттардың қолайсыз үйлесімі сияқты орталарда пайда болуы мүмкін.
Біркелкі коррозия әдетте жергілікті коррозияға қарағанда болжамды болады. Бұл материалдың жоғалу жылдамдығын және компоненттің болжамды қызмет ету мерзімін анықтауға мүмкіндік береді.

Біркелкі коррозия дегеніміз не?

Біркелкі коррозияда коррозия реакциялары металл бетінің үлкен бөлігінде жүреді. Материал біртіндеп қоршаған ортаға иондар немесе коррозия өнімдері түрінде бөлінеді, бұл компоненттің қалыңдығының азаюына әкеледі.
Көміртекті болат жағдайында бұл үлкен бетті жауып тұрған тот қабаты ретінде көрінуі мүмкін. Тот баспайтын болатта процесс басқаша болуы мүмкін – беті күңгірттенуі, жылтырлығын жоғалтуы немесе тән қызыл тотсыз біртіндеп жойылып кетуі мүмкін.
Біркелкі коррозияның ең маңызды сипаттамасы - материалдың жоғалуы салыстырмалы түрде біркелкі таралады. Бұл оны шұңқырлы коррозиядан ажыратады, мұнда бетінің кішкене ауданы өте үлкен тереңдікке дейін шабуылға ұшырауы мүмкін.

Біркелкі коррозия және локализацияланған коррозия

Парадоксалды түрде, біркелкі коррозия көбінесе жергілікті коррозияға қарағанда онша қауіпті емес. Әрине, бұл оны елемеуге болады дегенді білдірмейді. Егер материалдың жоғалу жылдамдығы жоғары болса, бұл резервуарлардың, құбырлардың немесе жылу алмастырғыштардың қабырға қалыңдығының қауіпсіз шектен төмен түсуіне әкелуі мүмкін.

Дегенмен, дизайнердің көзқарасы бойынша оның артықшылығы - материалдың қалыңдығының өзгерістерін салыстырмалы түрде жақсы бақылау және орнатудың беріктігін болжау мүмкіндігі.

Біркелкі коррозия жылдамдығы – мм/жыл

Материалдың біркелкі коррозияға төзімділігі көбінесе жылына материал қалыңдығының жоғалуының миллиметрімен – мм/жылмен өрнектелген коррозия жылдамдығымен сипатталады.
Зертханалық сынақтарда материал үлгісі белгілі бір уақыт аралығында белгілі бір ортаға әсер етеді. Коррозия өнімдерін алып тастағаннан кейін масса жоғалуы анықталады. Содан кейін тиісті коррозия жылдамдығын үлгі бетінің ауданына, әсер ету уақытына және материал тығыздығына негіздеп есептеуге болады.
Тот баспайтын болаттар үшін коррозия жылдамдығы жылына шамамен 0,1 мм-ден төмен болса, біркелкі коррозияға өте жақсы төзімділік болып саналады. Дегенмен, бұл әмбебап жобалау шегі емес. Рұқсат етілген шығын құрылғы түріне, оның қажетті беріктігіне, қабырға қалыңдығына, қысымына, температурасына және қауіпсіздік талаптарына байланысты.

Берілген мәндер болжамдық болып табылады. Нақты қондырғыны жобалау кезінде нақты орта, температура және концентрация туралы деректер пайдаланылуы керек, сондай-ақ жобалау талаптары ескерілуі керек.

Неліктен тот баспайтын болат біркелкі коррозияға ұшырауы мүмкін?

Тот баспайтын болаттардың кедергісі олардың бетінде хром оксидтеріне бай өте жұқа пассивті қабаттың болуынан туындайды. Бұл қабат металды қоршаған ортадан бөледі және дұрыс жағдайларда өздігінен қалпына келе алады.

Дегенмен, егер қоршаған орта тым агрессивті болса, пассивті күй тұрақсыз болуы мүмкін. Қабаттың жергілікті зақымдануының орнына, мысалы, шұңқырлы коррозияда, ол үлкен аумақта тұрақсызданып, материалдың жалпы еруін бастауы мүмкін.

Сондықтан, тіпті 1.4301 (AISI 304) немесе 1.4404 (AISI 316L) тот баспайтын болат та белгілі бір қышқылдарда немесе жоғары температурада тез коррозияға ұшырауы мүмкін.

Біркелкі коррозия жылдамдығына не әсер етеді?

Коррозия жылдамдығы болаттың белгілі бір түріне тән тұрақты қасиет емес. Бір материал бір ортада іс жүзінде коррозияға ұшырамауы мүмкін, ал басқа ортада өте тез тозуы мүмкін.

Коррозия жылдамдығына әсер ететін ең маңызды факторлар:

• химиялық орта түрі,
• қышқыл немесе негіз концентрациясы,
• температура,
• рН
• оттегінің және басқа тотықтырғыш заттардың болуы,
• хлоридтер мен басқа қоспалардың болуы,
• орташа ағын жылдамдығы,
• ерітіндінің аэрациясы,
• материалдың беткі жағдайы,
• материалдың микроқұрылымы,
• термиялық өңдеу және дәнекерлеу,
• қондырғыда басқа металдардың болуы.

Температураның әсері

Температура коррозияға әсер ететін ең маңызды параметрлердің бірі болып табылады. Көптеген орталарда температураның салыстырмалы түрде аздап көтерілуі коррозия реакцияларының жылдамдығын айтарлықтай арттыруы мүмкін.
Осы себепті, белгілі бір түрдің концентрациясы мен температурасын көрсетпестен белгілі бір қышқылға төзімділігі туралы ақпараттың техникалық құндылығы аз.
Бөлме температурасында 10% қышқыл ерітіндісіне жарамды материал міндетті түрде сол ерітіндімен 80 немесе 100°C температурада қолдануға жарамды болмауы мүмкін.

Химиялық концентрацияның әсері

Қышқыл концентрациясы мен коррозия жылдамдығы арасындағы байланыс әрқашан сызықтық бола бермейді. Жоғары концентрация автоматты түрде жоғары коррозия жылдамдығын білдірмейді.
Кейбір орталар концентрациясы өзгерген сайын тотықсыздандырғыш сипатқа ауысады немесе тұрақты пассивті қабаттың пайда болуына әкеледі. Сондықтан, мысалы, күкірт қышқылындағы материалдардың кедергісін изокоррозия диаграммаларына немесе белгілі бір концентрация мен температураға арналған кедергі кестелеріне сүйене отырып талдау керек.

Күкірт қышқылындағы біркелкі коррозия

Күкірт қышқылы H₂SO₄ - тот баспайтын болаттың әртүрлі маркалары арасындағы айырмашылықтар өте айқын көрінетін классикалық орталардың бірі.
1.4301 (304) және 1.4404 (316L) стандартты болаттарының күкірт қышқылында қолданылуы шектеулі. Қоршаған орта агрессивтірек болған сайын, құрамында никель, молибден және мыс мөлшері көп болаттарды пайдалану қажет болуы мүмкін.
Ең танымал мысалдардың бірі - 1.4539 болат – AISI 904L / UNS N08904. Бұл марка, басқалармен қатар, күкірт қышқылында қолдану үшін жасалған. Оның никель, молибден және мыс құрамы стандартты 304 және 316L болаттарымен салыстырғанда оның төзімділігін айтарлықтай арттырады.
Көптеген агрессивті орталарда одан да жоғары төзімділікті шамамен 6% молибден, көп мөлшерде никель және азот пен мыс қоспалары бар 1.4529 / UNS N08926 болаты қамтамасыз етеді.

Тұз қышқылындағы біркелкі коррозия

Тұз қышқылы (HCl) тот баспайтын болаттар үшін ерекше агрессивті орта болып табылады. Ол тотықсыздандырғыш қышқыл болып табылады және сонымен бірге қоршаған ортаға хлорид иондарын енгізеді, пассивті қабатты тұрақсыздандырады.
Осы себепті, 304 және 316L сияқты танымал тот баспайтын болаттардың тұз қышқылы ерітінділерінде жарамдылығы өте шектеулі. Тіпті жоғары легирленген тот баспайтын болаттарды да барлық HCl концентрациялары мен температураларына автоматты түрде жарамды деп санауға болмайды.
Күрделі жағдайлар үшін құрамында никель мен молибден мөлшері өте жоғары қорытпалар қолданылады. Мысал ретінде 2.4819 қорытпасы – C-276 қорытпасы алуға болады, ол типтік аустениттік болаттарға қарағанда тұз қышқылындағы жалпы коррозияға айтарлықтай жоғары төзімділік көрсетеді.
HCl үшін материалды таңдау әрқашан концентрацияға, температураға, оттегінің болуына және ортаның басқа компоненттеріне негізделуі керек.

Фосфор қышқылындағы біркелкі коррозия

Фосфор қышқылы H₃PO₄ әдетте тұз қышқылына қарағанда агрессивті емес, бірақ оның өнеркәсіптік қолданыстардағы нақты коррозиялық қабілеті қоспалардың болуына байланысты әлдеқайда жоғары болуы мүмкін.
Өнеркәсіптік жолмен өндірілген фосфор қышқылында кездесетін хлоридтер, фторидтер және күкірт қышқылы ерекше маңызды.
Жұмсақ жағдайларда 316L болатты пайдалануға болады. Күрделі қондырғыларда 904L, 1.4529 / 926 қорытпасы, 254 SMO және тиісті түрде таңдалған никель қорытпалары қолданылады.

Органикалық қышқылдар

Тот баспайтын болаттар сірке және құмырсқа қышқылын қоса алғанда, органикалық қышқылдар бар қондырғыларда да кеңінен қолданылады.
Дегенмен, төзімділік қышқылдың түріне, оның концентрациясына, температурасына және қоспалардың болуына байланысты. Құмырсқа қышқылы басқа көптеген органикалық қышқылдарға қарағанда айтарлықтай агрессивті болуы мүмкін.
Жұмсақ жағдайларда 304 немесе 316L болат жеткілікті болуы мүмкін, ал күрделірек процестерде жоғары легирленген болаттар мен никель қорытпалары қолданылады.

304 және 316L болаттар – айырмашылығы неде?

1.4301 / AISI 304 болаты - ең көп қолданылатын тот баспайтын болат маркаларының бірі. Ол көптеген атмосфералық, сулы және тағамдық орталарда, сондай-ақ көптеген орташа агрессивті химиялық заттармен жанасқанда жақсы төзімділік көрсетеді.
1.4404 / AISI 316L болатының құрамында молибден бар, бұл оны жергілікті коррозияға, әсіресе хлоридтері бар ортада әлдеқайда төзімді етеді.
Дегенмен, 316L автоматты түрде кез келген қышқылға төзімді болады деп ойламаңыз. Молибден көптеген орталарға төзімділікті жақсартады, бірақ 304 және 316L екеуі де күшті тотықсыздандырғыш қышқылдарда жалпы коррозияның жоғары деңгейін көрсете алады.

904л - 1.4539

1.4539 / AISI 904L / UNS N08904 никель мен молибден мөлшері жоғары және мыс қосылған жоғары қоспалы аустениттік болат.
Бұл марка әдетте 304 және 316L-де қолданылатындарға қарағанда әлдеқайда агрессивті орталар үшін жасалған. Оның классикалық қолданылу салаларының бірі - күкірт қышқылын орнату.
904L, басқалармен қатар, келесі жағдайларда қолданылады:

• химия және мұнай-химия өнеркәсібі,
• күкірт қышқылы қондырғылары,
• жылу алмастырғыштар,
• өңдеу цистерналары,
• түтін газдарын күкіртсіздендіру қондырғылары,
• гидрометаллургия.

1.4529 / 926 қорытпасы

Болат 1.4529 / UNS N08926 / Қорытпа 926, жоғары легирленген супераустениттік болаттар тобына жатады.
Молибден, никель және хромның жоғары мөлшері, сондай-ақ азот пен мыстың қосылуы жалпы коррозияға да, жергілікті коррозияның көптеген түрлеріне де өте жоғары төзімділікті қамтамасыз етеді.
Материал тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш орталарға тамаша төзімділік көрсетеді. Ол, басқалармен қатар, сұйылтылған күкірт және фосфор қышқылы бар жүйелерде, тіпті хлоридтер болған кезде де қолданылады.

254 SMO – 1.4547

1.4547 / UNS S31254 / 254 SMO - шамамен 6% молибден және азот мөлшерінің жоғарылауы бар аса аустениттік болат.
Бұл сорт, ең алдымен, ойықтардың және саңылаулардың коррозиясына өте жоғары төзімділікпен байланысты, бірақ сонымен бірге көптеген агрессивті химиялық орталарда біркелкі коррозияға жоғары төзімділік көрсетеді.
Ол химиялық қондырғыларда, теңіз суы жүйелерінде, тұщыландыруда, целлюлоза-қағаз өнеркәсібінде және газды тазарту құрылғыларында және басқаларында қолданылады.

Тұрақты дуплексті және супердуплексті

1.4462 / Duplex 2205 сияқты дуплексті болаттар және 1.4410 / Superduplex 2507 сияқты супердуплексті болаттар аустениттік және ферриттік құрылымды біріктіреді.
Олар жоғары механикалық беріктікпен және локализацияланған коррозияға және хлоридті кернеулі коррозиялық жарықшақтарға өте жақсы төзімділікпен сипатталады.
Олар сондай-ақ көптеген орталарда жалпы коррозияға өте жақсы төзімділік көрсетеді. Дегенмен, бұл супердуплексті болаттар барлық аустениттік болаттарға қарағанда әрқашан химиялық тұрғыдан төзімді дегенді білдірмейді. Күшті тотықсыздандырғыш қышқылдар болған кезде жоғары никельді супераустениттік болаттар немесе никель қорытпалары жақсы шешім болуы мүмкін.

Жоғары коррозиялық ортадағы никель қорытпалары

Егер қоршаған ортаның агрессивтілігі тот баспайтын болаттардың мүмкіндіктерінен асып кетсе, құрамында никель, хром және молибден мөлшері жоғары қорытпалар қолданылады.
Мысалдар:

• 2.4856 / 625 қорытпасы / UNS N06625,
• 2.4858 / 825 қорытпасы / UNS N08825,
• 2.4819 / C-276 қорытпасы / UNS N10276,
• 22 қорытпасы / UNS N06022,
• 59 қорытпасы / UNS N06059.

Ni-Cr-Mo қорытпалары күкірт қышқылында, фосфор қышқылында және басқа да көптеген агрессивті орталарда жалпы коррозияға өте жоғары төзімділік бере алады.
C-276 қорытпасы сияқты жоғары молибденді никель қорытпалары тұз қышқылын қоса алғанда, тотықсыздандырғыш қышқылдарға ерекше жоғары төзімділік көрсетеді. Дегенмен, бұл бір қорытпа әрбір ортада ең жақсы дегенді білдірмейді. Ортаның табиғаты, тотығу потенциалы, температурасы және ластануы жеке материалдардың кедергі ретін толығымен өзгерте алады.

Үлгі материалдарын салыстыру

Біркелкі коррозияға төзімділік қалай тексеріледі?

Негізгі әдістердің бірі - зертханалық иммерсиялық сынақ. Белгілі беткі ауданы мен массасы бар үлгі белгілі бір химиялық ортаға белгіленген температурада және белгіленген уақыт ішінде орналастырылады.
Сынақ аяқталғаннан кейін коррозия өнімдері алынып тасталады және үлгінің массалық өзгерісі анықталады. Осыдан коррозия жылдамдығын есептеуге болады.
Зертханалық иммерсиялық сынақтарды жүргізу процедуралары, басқалармен қатар, ASTM G31 стандартында сипатталған, ал коррозия сынақтарынан кейін үлгілерді дайындау, тазалау және бағалау ASTM G1 стандартында сипатталған.
Дегенмен, зертханалық сынақ нәтижелерін сақтықпен түсіндіру керек. Нақты әлемдегі қондырғыларда ластаушы заттар, ауытқып тұратын температура, ағын, шөгінділер, дәнекерлеу және қарапайым зертханалық сынақта жоқ басқа да факторлар болуы мүмкін.

Изокоррозия диаграммалары

Изокоррозия диаграммалары көбінесе қышқыл ортадағы материалдарды салыстыру үшін қолданылады. Олар белгілі бір коррозия жылдамдығына сәйкес келетін температура мен орта концентрациясының комбинацияларын көрсетеді, мысалы, жылына 0,1 мм.
Бұл материалдың қауіпсіз жұмыс істеу диапазоны температураға немесе қышқыл концентрациясына байланысты күрт өзгеруі мүмкін екенін тез көруге мүмкіндік береді.
Мұндай кестелер күкірт қышқылы, тұз қышқылы, фосфор қышқылы және басқа да агрессивті өнеркәсіптік орталарға арналған материалдарды таңдаған кезде әсіресе пайдалы.

Элементтің беріктігін болжау мүмкін бе?

Егер коррозия шынымен біркелкі болса және оның жылдамдығы белгілі болса, материал қалыңдығының күтілетін жоғалуын шамамен бағалауға болады.
Мысалы, жылына 0,1 мм коррозия жылдамдығында 10 жылдан кейінгі теориялық шығын шамамен 1 мм құрайды.
Бұл қарапайым есептеу коррозияға төзімділік шегін жобалауда пайдалы болуы мүмкін, бірақ оны ретсіз пайдалануға болмайды. Коррозия жылдамдығы температураның, сұйықтық құрамының, ағынның немесе бетінің жағдайының өзгеруіне байланысты уақыт өте келе өзгеруі мүмкін.
Бұл есептеу шұңқырлардың пайда болуына, жарықшақтардың пайда болуына немесе кернеулі коррозиялық жарықшақтардың пайда болуына да қолданылмайды, мұнда жергілікті зақымдану орташа масса жоғалуына қарағанда әлдеқайда жылдам дамуы мүмкін.

Біркелкі коррозияны қалай азайтуға болады?

Негізгі әдіс - жұмыс жағдайларына сәйкес келетін дұрыс материалды таңдау. Егер стандартты болаттың коррозия жылдамдығы тым жоғары болса, легирленген маркасын пайдалану шешім болуы мүмкін.
Қолдануға байланысты келесілерді де қолдануға болады:

• қорғаныс жабындары,
• химиялық төзімді еден жабындары,
• коррозия ингибиторлары,
• катодтық қорғаныс,
• температураны бақылау,
• ортаның рН өзгеруі,
• агрессивті ластаушы заттардың мөлшерін шектеу,
• тиісті коррозияға рұқсат етілген мөлшер,
• қабырға қалыңдығын тұрақты өлшеу.

Коррозияға бейім ортаға арналған болат маркасын таңдау

Бір түрдің екіншісінен әрқашан жақсырақ екенін айтуға мүмкіндік беретін материалдық кедергінің бірыңғай әмбебап тәртібі жоқ.
Мысалы, супердуплексті болаттар хлоридті ортада аустениттік болаттардан асып түсуі мүмкін, ал 904L немесе 926 қорытпасы сияқты жоғары никельді болаттар белгілі бір қышқыл ортада жақсырақ жұмыс істеуі мүмкін. Өте агрессивті қышқылдарда тот баспайтын болаттан 625 қорытпасы, C-276 немесе 22 қорытпасы сияқты никель қорытпаларына ауысу қажет болуы мүмкін.

Сондықтан, материалды таңдамас бұрын, кем дегенде мыналарды анықтау керек:

• ортаның нақты құрамы,
• жеке заттардың концентрациясы,
• ең төменгі және ең жоғары температура,
• хлоридтер мен басқа да ластаушы заттардың мөлшері,
• ағын шарттары,
• оттегінің немесе басқа тотықтырғыштардың болуы,
• күтілетін жұмыс уақыты,
• рұқсат етілген қалыңдықтың жоғалуы.

Біркелкі коррозия - бұл металл бетінің айтарлықтай бөлігінде біртіндеп жоғалуына әкелетін процесс. Шұңқырлардың пайда болуымен немесе кернеулі коррозиялық жарықшақпен салыстырғанда, оны анықтау, өлшеу және болжау әдетте оңайырақ.
Дегенмен, бұл оның зиянсыз құбылыс екенін білдірмейді. Агрессивті ортада коррозия жылдамдығы соншалықты жылдам болуы мүмкін, бұл құрылғылар мен қондырғылардың қабырға қалыңдығын салыстырмалы түрде қысқа мерзімде айтарлықтай төмендетеді.
Материалдың төзімділігі ең алдымен ортаның химиялық құрамына, температурасына және концентрациясына байланысты. Стандартты 304 және 316L тот баспайтын болаттар көптеген орташа орталар үшін жеткілікті, ал агрессивті жағдайлар үшін 904L, 1.4529 / 926 қорытпасы, 254 SMO, дуплексті және супердуплексті болаттар, ал ең қатал орталар үшін жоғары қорытпалы никель қорытпалары қолданылады.
Материалды таңдағанда тек «тот баспайтын болат» терминіне ғана сенбеу керек. Нақты маркасын нақты ортаға, оның концентрациясына, температурасына және күтілетін коррозия механизміне сәйкестендіру өте маңызды.

Коррозия материалға, қоршаған ортаға және пайдалану жағдайларына байланысты әртүрлі механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін. Коррозияның басқа түрлері туралы біліңіз:

Болат пен металдардың коррозиясының түрлері

Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың шұңқырлы коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың саңылау коррозиясы
Тот баспайтын болаттың аралық түйіршік коррозиясы
Стресстік коррозиялық крекинг SCC
Гальваникалық коррозия
Эрозиялық коррозия
Кавитация коррозиясы
Коррозиядан шаршау
Қабат коррозиясы
Микробиологиялық коррозия MIC
Жоғары температуралы коррозия

Коррозияның қоршаған ортаға байланысты жіктелуі

Теңіз коррозиясы – теңіз суындағы болат пен металдардың коррозиясы
Атмосфералық коррозия
Жердің коррозиясы
Тұщы және өнеркәсіптік судағы коррозия
Хлоридті ортадағы коррозия
Қышқыл ортадағы коррозия
Сілтілі ортадағы коррозия
Газдардағы және пайдаланылған газдардағы коррозия
Ағынды сулар мен кәріз жүйелеріндегі коррозия
Химиялық және мұнай-химиялық ортадағы коррозия

Ұқсас тақырыптар

CPT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының коррозиясының маңызды температурасы
PREN – тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділік индексі
CCT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының критикалық саңылау коррозиясының температурасы