Korozija dažādās vidēs – metālu un tērauda vides korozija

Vides korozija ietver metālu un sakausējumu degradācijas procesus, kas notiek tādu vides apstākļu ietekmē kā atmosfēra, jūras ūdens, saldūdens, augsne, kā arī hlorīdu, skāba un sārmaina vide. Metāla korozija ir atkarīga ne tikai no materiāla veida, bet arī no vides, kurā tas darbojas. Viena un tā pati tērauda marka var saglabāt augstu izturību daudzus gadus maigos atmosfēras apstākļos, bet vidē, kas satur hlorīdus, skābes, paaugstinātu temperatūru vai nogulsnes, tā var piedzīvot intensīvu lokālu vai vispārēju koroziju. Korozīvā vide cita starpā nosaka nerūsējošā tērauda pasīvā slāņa stabilitāti, elektroķīmisko reakciju ātrumu un punktveida, plaisu, galvaniskās, mikrobiālās (MIC) un sprieguma korozijas plaisāšanas (SCC) iespējamību. Tāpēc pareizai materiāla izvēlei ir nepieciešama ne tikai tērauda markas un tās ķīmiskā sastāva analīze, bet arī faktisko ekspluatācijas apstākļu analīze.

Korozīva vide un korozijas mehānisms

Tādi termini kā jūras korozija, atmosfēras korozija, augsnes korozija vai korozija ūdenī galvenokārt apraksta korozijas videTos nevajadzētu jaukt ar tādiem mehānismiem vai iznīcināšanas veidiem kā punktveida korozija, plaisu korozija, galvaniskā korozija vai starpkristālu korozija.
Vienā vidē var pastāvēt vairāki korozijas mehānismi. Piemēram, hlorīdu klātbūtne jūras ūdenī var veicināt nerūsējošā tērauda punktveida un spraugu koroziju, dažādu metālu saskare var izraisīt galvanisko koroziju, bioplēve var veicināt mikrobiālās korozijas (MIK) attīstību, un atbilstoša sprieguma, temperatūras un hlorīdu vides kombinācija var izraisīt sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC).

Korozija jūras vidē

Jūras vide ir viena no prasīgākajām ekspluatācijas vidēm daudziem konstrukciju materiāliem. Jūras ūdenī ir ievērojams daudzums hlorīdu, kas var destabilizēt nerūsējošā tērauda pasīvo slāni un veicināt punktveida un plaisu korozijas attīstību.

Tomēr korozijas apstākļi jūras konstrukcijā nav vienādi. Materiāli, kas pastāvīgi iegremdēti ūdenī, uzvedas atšķirīgi, darbojoties paisuma-bēguma zonā un šļakatu zonā vai piekrastes atmosfērā. Nozīme ir arī temperatūrai, ūdens ātrumam, skābekļa piesātinājumam, bioplēvei, nogulumiem un saskarei ar citiem metāliem.
Prasīgākos jūras pielietojumos standarta austenīta tēraudu, dupleksa un superdupleksa tēraudu vietā tiek izmantoti 6Mo tipa augsti leģēti austenīta tēraudi un atbilstoši izvēlēti niķeļa sakausējumi.

Atmosfēras korozija

Atmosfēras korozija notiek uz metāla virsmām, kas pakļautas atmosfēras iedarbībai, un uz tām izveidojušamies mitruma slānim. Procesa intensitāte galvenokārt ir atkarīga no virsmas mitrināšanas laika, mitruma, temperatūras, kā arī sāļu un piesārņotāju klātbūtnes.
Lauku vide ar zemu piesārņojuma līmeni parasti ir daudz mazāk agresīva nekā rūpnieciskā vai piekrastes atmosfēra. Jūras tuvumā sālsūdens aerosols veicina hlorīdu veidošanos, savukārt rūpnieciskā vidē sēra savienojumi un citi piesārņotāji var spēlēt papildu lomu.
Putekļi, sāls un citi piesārņotāji var saglabāt mitrumu un radīt lokālus apstākļus, kas veicina koroziju. Tāpēc virsmas stāvoklis, tās konstrukcija, kas nodrošina dabisku skalošanos, un regulāra tīrīšana var būtiski ietekmēt detaļu izturību.

Grunts korozija

Zeme ir ļoti sarežģīta un heterogēna vide. Pazemes konstrukciju koroziju ietekmē tādi faktori kā mitrums, augsnes ķīmiskais sastāvs, hlorīdu un sulfātu saturs, pH līmenis, elektrovadītspēja, skābekļa pieejamība, mikrobu aktivitāte un klejojošu strāvu klātbūtne.
Augsnes neviendabīgums var izraisīt lokālas atšķirības elektroķīmiskajos apstākļos uz viena un tā paša komponenta virsmas. Īpaša uzmanība jāpievērš cauruļvadiem, tvertnēm, pazemes konstrukcijām un pārejas punktiem starp dažādiem augsnes tipiem.
Apraktām konstrukcijām materiāla izvēle ir tikai viens no aizsardzības elementiem. Atkarībā no konstrukcijas un apstākļiem tiek izmantoti arī atbilstoši pārklājumi, katodiskā aizsardzība un klejojošo strāvu kontrole.

Korozija saldūdenī un rūpnieciskajā ūdenī

Termins "ūdens" neapraksta vienu konkrētu kodīgu vidi. Dzeramā ūdens, upes ūdens, aku ūdens, dzesēšanas ūdens, katlu ūdens un tehniskā ūdens ķīmiskais sastāvs un agresivitāte var ievērojami atšķirties.
Vissvarīgākie parametri ir hlorīdu saturs, pH, temperatūra, skābekļa piesātinājums, cietība, vadītspēja, nogulumu klātbūtne, kā arī inhibitoru, biocīdu un citu tehnoloģisko piedevu klātbūtne. Svarīgi ir arī plūsmas apstākļi. Stagnācija var veicināt nogulumu, bioplēves un lokālu skābekļa piesātinājuma atšķirību veidošanos, savukārt ļoti liels plūsmas ātrums noteiktos apstākļos var palielināt erozijas un erozīvās korozijas risku.
Nerūsējošā tērauda gadījumā īpaša uzmanība jāpievērš hlorīdiem. Palielinoties to koncentrācijai un temperatūrai, palielinās lokalizētas korozijas risks, un arvien svarīgāka kļūst materiāla izturība pret punktveida un spraugu koroziju, kā arī tādi parametri kā PREN, CPT un CCT.

Korozija hlorīdu vidē

Hlorīdi ir vieni no svarīgākajiem faktoriem, kas ierobežo nerūsējošā tērauda izmantošanu. Tie var lokāli destabilizēt pasīvo slāni un izraisīt punktveida un spraugu koroziju. Atbilstošos apstākļos hlorīdi var veicināt arī sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC).
Risku nevar novērtēt, pamatojoties tikai uz hlorīdu koncentrāciju. Temperatūra, pH līmenis, elektroķīmiskais potenciāls, plaisu un nogulumu klātbūtne, kā arī virsmas stāvoklis ir svarīgi faktori. Tāpēc pieļaujamā hlorīdu koncentrācija konkrētai sugai nav viena, universāla vērtība, kas piemērojama visos apstākļos.
Nerūsējošā tērauda izturība pret lokalizētu koroziju hlorīdu vidē galvenokārt palielinās ar atbilstošu hroma, molibdēna un slāpekļa saturu. PREN indekss tiek izmantots sākotnējai materiālu salīdzināšanai, savukārt laboratorijas izturību pret lokalizētu korozijas ierosināšanu var papildus raksturot, izmantojot CPT un CCT.

Korozija skābā vidē

Skābā vide var izraisīt intensīvu vispārēju koroziju, ja materiāla pasīvais slānis nav stabils noteiktajos apstākļos. Tomēr nav vienas, universālas "skābes izturības". Materiāla uzvedība ir atkarīga no skābes veida, tās koncentrācijas, temperatūras, skābekļa un citu oksidētāju klātbūtnes, kā arī piesārņotājiem, tostarp hlorīda joniem.
Sērskābe, sālsskābe, fosforskābe, slāpekļskābe, etiķskābe un skudrskābe rada dažādas korozīvas vides. Materiāls, kas ir ļoti izturīgs pret vienu skābi, ne vienmēr var būt tikpat izturīgs pret citu. Sālsskābe ir īpaši agresīva pret daudziem nerūsējošajiem tēraudiem, jo ​​tā apvieno skābu vidi ar augstu hlorīdu aktivitāti.
Izvēloties materiālu lietošanai skābā vidē, ir jāņem vērā konkrētā sistēma: materiāls – skābe – koncentrācija – temperatūra – piesārņotāji. Praksē izokorozijas diagrammas cita starpā tiek izmantotas, lai noteiktu korozijas ātrumu atkarībā no dotās vides temperatūras un koncentrācijas.

Korozija sārmainā vidē

Daudziem nerūsējošajiem tēraudiem ir laba izturība pret mēreni sārmainu vidi, bet ļoti koncentrēti sārmi, īpaši paaugstinātā temperatūrā, var būt agresīvi. Svarīgi faktori ir sārmu veids, to koncentrācija, temperatūra un papildu piemaisījumu klātbūtne.

Piemērs ir nātrija hidroksīds (NaOH), ko izmanto daudzos ķīmiskos procesos. Atkarībā no koncentrācijas un temperatūras nepareizi izvēlēts materiāls var būt uzņēmīgs pret paātrinātu koroziju vai noteiktām sprieguma korozijas plaisāšanas formām. Tāpat kā skābā vidē, izturības novērtējumam jābalstās uz konkrētiem procesa apstākļiem, nevis tikai uz terminu "sārmaina vide".

Korozija gāzēs un izplūdes gāzēs

Gāzveida vide un izplūdes gāzes var izraisīt metālu koroziju gan mitruma un kondensāta klātbūtnē, gan paaugstinātā temperatūrā. Vides agresivitāti nosaka tādi faktori kā temperatūra, ūdens tvaiku, skābekļa, sēra savienojumu, hlora un citu gāzveida komponentu saturs, kā arī to kondensācijas iespējamība uz metāla virsmas. Vietas, kur virsmas temperatūra nokrītas zem rasas punkta un veidojas kondensāts, kas satur izšķīdušus sadegšanas produktus, var būt īpaši bīstamas. Atkarībā no apstākļiem var rasties vispārēja, lokāla, kondensācijas un augstas temperatūras korozija. Materiāla izvēlei jāņem vērā gan gāzes sastāvs, gan darba temperatūra, gan komponenta virsmas temperatūra.

Korozija kanalizācijas un kanalizācijas sistēmās

Notekūdeņu un kanalizācijas sistēmas rada sarežģītu kodīgu vidi, kurā var līdzāspastāvēt hlorīdi, sulfāti, sulfīdi, organiskie savienojumi, mainīgs pH līmenis, nogulumi un mikroorganismi. Īpaši svarīga ir mikrobiālās korozijas (MIC) un sērūdeņraža (H₂S) veidošanās iespējamība anaerobos apstākļos. Telpās virs notekūdeņiem H₂S bioloģisko procesu rezultātā var oksidēties par savienojumiem, kas rada ļoti skābu vidi, kas ir īpaši būtiska problēma kanalizācijas infrastruktūras betona un metāla komponentiem. Stagnējoša vide, nogulumi, bioplēve un atšķirības skābekļa saturācijā var vēl vairāk veicināt lokālu koroziju. Materiālu izvēlē jāņem vērā faktiskais notekūdeņu sastāvs, temperatūra, pH līmenis, hlorīdi, sēra savienojumi, plūsmas apstākļi un mikrobioloģiskā aktivitāte.

Korozija ķīmiskajā un naftas ķīmijas vidē

Ķīmiskās un naftas ķīmijas iekārtas ir vienas no visdažādākajām korozīvām vidēm. Materiāli var nonākt saskarē ar skābēm, bāzēm, hlorīdiem, sērūdeņradi (H₂S), oglekļa dioksīdu (CO₂), sēra savienojumiem, šķīdinātājiem, tehnisko ūdeni un daudzu ķīmisko vielu maisījumiem. Šie apstākļi var izraisīt vispārēju un lokalizētu koroziju, sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC), koroziju zem nogulsnēm un citus no procesa atkarīgus mehānismus. Materiāla izturību nosaka ne tikai vides ķīmiskais sastāvs, bet arī tās koncentrācija, temperatūra, spiediens, ūdens saturs, plūsma, piesārņotāji un spriegumi konstrukcijā. Agresīvākā vidē papildus standarta nerūsējošajiem tēraudiem tiek izmantoti dupleksa un superdupleksa tēraudi, augsta leģējuma austenīta tēraudi un atbilstoši izvēlēti niķeļa sakausējumi. Materiālu izvēlei vienmēr jābalstās uz faktiskajiem procesa apstākļiem, jo ​​vispārīgie termini "ķīmiskā vide" vai "naftas ķīmija" neļauj veikt vienotu korozijas riska novērtējumu.

Svarīgākie faktori, kas nosaka vides agresivitāti

Neatkarīgi no vides veida, ir vairāki parametri, kuriem ir īpaši spēcīga ietekme uz korozijas procesu gaitu:

• temperatūra – temperatūras paaugstināšanās bieži paātrina elektroķīmiskās reakcijas un var samazināt izturību pret lokālu koroziju,
• pH – ietekmē pasīvā slāņa stabilitāti un elektroķīmisko reakciju gaitu,
• hlorīdi un citi halogenīdi – ir vieni no svarīgākajiem faktoriem, kas ierosina nerūsējošā tērauda lokālo koroziju,
• skābeklis un citi oksidētāji – ietekmēt elektroķīmisko potenciālu un spēju uzturēt pasīvo slāni,
• vidēja plūsma – var uzlabot masas pārnesi, bet lielā ātrumā un daļiņu klātbūtnē tas var arī palielināt erozijas korozijas risku,
• nogulumi un plaisas – radīt lokālu vidi, kas atšķiras no galvenās vides un veicina spraugu koroziju,
• mikroorganismi – bioplēve un mikrobioloģiskā aktivitāte var ietekmēt lokālos elektroķīmiskos apstākļus un minimālās inhibējošās ķēdes reakcijas (MIC) attīstību,
• dažādu metālu saskare – elektrolīta klātbūtnē tas var izraisīt galvaniskās šūnas veidošanos,
• stress – kombinācijā ar noteiktu vidi var izraisīt sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC).

Materiālu izvēle korozīvām vidēm

Nav vienas nerūsējošā tērauda markas, kas vislabāk atbilstu visām vidēm. Populārie 304L un 316L nerūsējošie tēraudi ir piemēroti plašam pielietojumu klāstam, taču to izturība var būt nepietiekama siltā hlorīdu vidē, jūras ūdenī, stiprās skābēs vai konstrukcijās, kas ir īpaši uzņēmīgas pret spraugu koroziju.

Pieaugot vides agresivitātei, tiek izmantoti augsta leģējuma tēraudi, piemēram, 904L, dupleksa un superdupleksa tēraudi, 6Mo austenīta tēraudi, piemēram, 1.4547 un 1.4529, un atbilstoši izvēlēti niķeļa sakausējumi. Tomēr augstāks leģējuma līmenis ne vienmēr nozīmē, ka materiāls būs labākais risinājums jebkurā vidē.

Izvēlē jāņem vērā vides ķīmiskais sastāvs, temperatūra, pH, hlorīdu koncentrācija, plūsmas apstākļi, plaisu un nogulumu klātbūtne, spriegumi, būvniecības tehnoloģija un paredzamais ekspluatācijas laiks.

Vide un materiāls ir jāanalizē kopā

Korozijizturība nav īpašība, ko var pienācīgi aprakstīt ar vienu terminu, piemēram, "korozijizturīgs tērauds". Materiāls ir vai nu izturīgs pret koroziju, vai uzņēmīgs pret to atkarībā no konkrētas vides un ekspluatācijas apstākļiem.

Tāpēc, projektējot iekārtu, ir jāanalizē visa sistēma: materiāls – vide – temperatūra – konstrukcija – būvniecības metode – ekspluatācijas apstākļi . Tikai šāda pieeja ļauj pienācīgi novērtēt korozijas risku un izvēlēties materiālus ar nepieciešamo izturību.

Metālu korozija dažādās vidēs

Atsevišķām korozīvām vidēm nepieciešama atsevišķa analīze. Turpmākajos dokumentos sniegts detalizēts korozijas mehānismu, riska faktoru un materiālu izvēles principu apraksts šādiem apstākļiem:

Jūras korozija – tērauda un metālu korozija jūras ūdenī
Atmosfēras korozija
Grunts korozija
Korozija saldūdenī un rūpnieciskajā ūdenī
Korozija hlorīdu vidē
Korozija skābā vidē
Korozija sārmainā vidē
Korozija gāzēs un izplūdes gāzēs
Korozija kanalizācijas un kanalizācijas sistēmās
Korozija ķīmiskajā un naftas ķīmijas vidē

Darbības vide ir viens no pamatfaktoriem, kas nosaka metālu un sakausējumu izturību. Atmosfēra, augsne, jūras ūdens, rūpnieciskais ūdens, hlorīdi, skābes un bāzes var radīt pilnīgi atšķirīgus korozīvus apstākļus un izraisīt dažādus materiālu degradācijas mehānismus.
Tāpēc zināšanas vien par materiāla veidu nav pietiekamas, lai novērtētu tā izturību. Pareizai izvēlei ir jānosaka faktiskie ekspluatācijas apstākļi un jāidentificē korozijas mehānismi, kas var rasties. Tikai zināšanu apvienojums par materiālu un vidi ļauj pareizi novērtēt konstrukcijas izturību pret koroziju.

Tērauda un metālu korozijas veidi

Korozija var notikt dažādos mehānismos atkarībā no materiāla, vides un ekspluatācijas apstākļiem. Skatiet arī citus korozijas veidus:
Vienmērīga tērauda un metālu korozija
Nerūsējošā tērauda punktveida korozija
Nerūsējošā tērauda spraugu korozija
Nerūsējošā tērauda starpkristālu korozija
Sprieguma korozijas plaisāšana SCC
Galvaniskā korozija
Erozīvā korozija
Kavitācijas korozija
Korozijas nogurums
Fretējoša korozija
Mikrobioloģiskās korozijas minimālā inhibīcija (MIC)
Augstas temperatūras korozija

Saistītās tēmas

CPT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā punktveida korozijas temperatūra
PREN – nerūsējošā tērauda punktveida korozijas izturības indekss
CCT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā spraugu korozijas temperatūra