Corrosie in diverse omgevingen – omgevingscorrosie van metalen en staal

Omgevingscorrosie omvat de degradatieprocessen van metalen en legeringen die optreden onder invloed van omgevingsomstandigheden zoals de atmosfeer, zeewater, zoet water, bodem en chloride-, zuur- en alkalische omgevingen. Metaalcorrosie hangt niet alleen af ​​van het type materiaal, maar ook van de omgeving waarin het functioneert. Dezelfde staalsoort kan jarenlang een hoge weerstand behouden onder milde atmosferische omstandigheden, maar in omgevingen met chloriden, zuren, hoge temperaturen of afzettingen kan deze intense lokale of algemene corrosie ondergaan. De corrosieve omgeving bepaalt onder andere de stabiliteit van de passieve laag van het roestvrij staal, de snelheid van elektrochemische reacties en de kans op putcorrosie, spleetcorrosie, galvanische corrosie, microbiële corrosie (MIC) en spanningscorrosie (SCC). Daarom vereist de juiste materiaalkeuze niet alleen een analyse van de staalsoort en de chemische samenstelling ervan, maar ook van de feitelijke bedrijfsomstandigheden.

Corrosieve omgeving en corrosiemechanisme

Termen zoals mariene corrosie, atmosferische corrosie, bodemcorrosie of corrosie in water beschrijven voornamelijk corrosieve omgevingZe moeten niet worden verward met mechanismen of vormen van destructie zoals putcorrosie, spleetcorrosie, galvanische corrosie of intergranulaire corrosie.
Verschillende corrosiemechanismen kunnen in één omgeving naast elkaar bestaan. Zo kan de aanwezigheid van chloriden in zeewater putcorrosie en spleetcorrosie van roestvrij staal bevorderen, kan contact tussen ongelijke metalen galvanische corrosie veroorzaken, kan biofilm bijdragen aan de ontwikkeling van microbiële corrosie (MIC), en kan de juiste combinatie van spanning, temperatuur en een chlorideomgeving leiden tot spanningscorrosie (SCC).

Corrosie in het mariene milieu

De maritieme omgeving is een van de meest veeleisende omgevingen voor veel constructiematerialen. Zeewater bevat aanzienlijke hoeveelheden chloriden, die de passieve laag van roestvrij staal kunnen destabiliseren en de ontwikkeling van putcorrosie en spleetcorrosie kunnen bevorderen.

De corrosieomstandigheden zijn echter niet uniform in een maritieme constructie. Materialen die permanent onder water staan, gedragen zich verschillend in de getijdenzone en in de spatzone of kustatmosfeer. Temperatuur, waterstroom, zuurstofgehalte, biofilm, sedimenten en contact met andere metalen spelen hierbij ook een rol.
Bij veeleisende maritieme toepassingen worden in plaats van standaard austenitische staalsoorten, duplex- en superduplexstaalsoorten, hooggelegeerde austenitische staalsoorten van het 6Mo-type en passende nikkellegeringen gebruikt.

Korozja atmosferyczna

Atmosferische corrosie treedt op bij metalen oppervlakken die aan de atmosfeer en de daarop gevormde vochtlaag zijn blootgesteld. De intensiteit van het proces hangt voornamelijk af van de bevochtigingstijd van het oppervlak, de luchtvochtigheid, de temperatuur en de aanwezigheid van zouten en verontreinigingen.
Een landelijke omgeving met weinig vervuiling is doorgaans veel minder schadelijk dan een industriële of kustomgeving. In de buurt van de zee draagt ​​zoutnevel bij aan de chlorideconcentratie, terwijl in industriële omgevingen zwavelverbindingen en andere verontreinigende stoffen een aanvullende rol kunnen spelen.
Stof, zout en andere verontreinigingen kunnen vocht vasthouden en plaatselijke omstandigheden creëren die corrosie bevorderen. Daarom kunnen de staat van het oppervlak, het ontwerp ervan en periodieke reiniging de duurzaamheid van componenten aanzienlijk beïnvloeden.

Bodemcorrosie

De bodem is een zeer complexe en heterogene omgeving. Corrosie van ondergrondse constructies wordt beïnvloed door factoren zoals luchtvochtigheid, chemische samenstelling van de bodem, chloride- en sulfaatgehalte, pH-waarde, elektrische geleidbaarheid, beschikbaarheid van zuurstof, microbiële activiteit en de aanwezigheid van zwerfstromen.
Bodemheterogeniteit kan leiden tot lokale verschillen in elektrochemische omstandigheden aan het oppervlak van hetzelfde onderdeel. Bijzondere aandacht moet worden besteed aan pijpleidingen, tanks, ondergrondse constructies en overgangspunten tussen verschillende bodemtypen.
Bij ondergrondse constructies is materiaalkeuze slechts één aspect van de bescherming. Afhankelijk van de constructie en de omstandigheden worden ook geschikte coatings, kathodische bescherming en maatregelen ter beheersing van zwerfstromen toegepast.

Corrosie in zoet en industrieel water

De term "water" beschrijft niet één enkele corrosieve omgeving. Drinkwater, rivierwater, bronwater, koelwater, ketelwater en proceswater kunnen aanzienlijk verschillen in chemische samenstelling en agressiviteit.
De belangrijkste parameters zijn onder andere het chloridegehalte, de pH-waarde, de temperatuur, de zuurstofverzadiging, de hardheid, de geleidbaarheid, de aanwezigheid van sedimenten en de aanwezigheid van remmers, biociden en andere technologische additieven. Ook de stromingsomstandigheden zijn belangrijk. Stagnatie kan de vorming van sedimenten, biofilm en lokale verschillen in zuurstofverzadiging bevorderen, terwijl zeer hoge stroomsnelheden onder bepaalde omstandigheden het risico op erosie en erosieve corrosie kunnen verhogen.
Bij roestvrij staal moet bijzondere aandacht worden besteed aan chloriden. Naarmate de concentratie en de temperatuur ervan toenemen, neemt het risico op plaatselijke corrosie toe. De weerstand van het materiaal tegen putcorrosie en spleetcorrosie, evenals parameters zoals PREN, CPT en CCT, worden dan steeds belangrijker.

Corrosie in chlorideomgevingen

Chloriden behoren tot de belangrijkste factoren die het gebruik van roestvrij staal beperken. Ze kunnen de passieve laag plaatselijk destabiliseren en leiden tot het ontstaan ​​van putcorrosie en spleetcorrosie. Onder de juiste omstandigheden kunnen chloriden ook bijdragen aan spanningscorrosie (SCC).
Risico's kunnen niet uitsluitend worden beoordeeld op basis van de chlorideconcentratie. Temperatuur, pH-waarde, elektrochemische potentiaal, de aanwezigheid van spleten en sedimenten, en de toestand van het oppervlak zijn allemaal belangrijke factoren. Daarom is de toelaatbare chlorideconcentratie voor een bepaalde soort geen universele waarde die onder alle omstandigheden van toepassing is.
De weerstand van roestvrij staal tegen gelokaliseerde corrosie in chloridehoudende omgevingen neemt vooral toe met een geschikt gehalte aan chroom, molybdeen en stikstof. De PREN-index wordt gebruikt voor een eerste materiaalvergelijking, terwijl de weerstand tegen het ontstaan ​​van gelokaliseerde corrosie in het laboratorium aanvullend kan worden gekarakteriseerd met behulp van CPT en CCT.

Corrosie in zure omgevingen

Zure omgevingen kunnen intense algemene corrosie veroorzaken als de passieve laag van het materiaal onder de gegeven omstandigheden niet stabiel is. Er bestaat echter geen universele "zuurbestendigheid". Het gedrag van een materiaal hangt af van het type zuur, de concentratie ervan, de temperatuur, de aanwezigheid van zuurstof en andere oxidanten, en verontreinigingen, waaronder chloride-ionen.
Zwavelzuur, zoutzuur, fosforzuur, salpeterzuur, azijnzuur en mierenzuur creëren verschillende corrosieve omgevingen. Een materiaal dat zeer bestand is tegen één zuur, hoeft niet per se even bestand te zijn tegen een ander zuur. Zoutzuur is met name agressief voor veel roestvrij staal, omdat het een zure omgeving combineert met een hoge chlorideactiviteit.
Bij de materiaalkeuze voor gebruik in zure omgevingen is het daarom noodzakelijk om rekening te houden met het specifieke systeem: materiaal – zuur – concentratie – temperatuur – verontreinigingen. In de praktijk worden onder andere isocorrosiediagrammen gebruikt om de corrosiesnelheid te bepalen, afhankelijk van de temperatuur en concentratie van het betreffende medium.

Corrosie in alkalische omgevingen

Veel roestvrije staalsoorten zijn goed bestand tegen matig alkalische omgevingen, maar sterk geconcentreerde alkaliën, vooral bij hoge temperaturen, kunnen agressief zijn. Het type alkali, de concentratie, de temperatuur en de aanwezigheid van andere onzuiverheden zijn belangrijke factoren.

Een voorbeeld is natriumhydroxide (NaOH), dat in veel chemische processen wordt gebruikt. Afhankelijk van de concentratie en temperatuur kan een onjuist gekozen materiaal gevoelig zijn voor versnelde corrosie of bepaalde vormen van spanningscorrosie. Net als bij zure omgevingen moet de beoordeling van de bestendigheid gebaseerd zijn op de specifieke procesomstandigheden, en niet simpelweg op de term "alkalische omgeving".

Corrosie in gassen en uitlaatgassen

Gasvormige omgevingen en uitlaatgassen kunnen corrosie van metalen veroorzaken, zowel in aanwezigheid van vocht en condens als bij verhoogde temperaturen. De agressiviteit van de omgeving wordt bepaald door factoren zoals temperatuur, het gehalte aan waterdamp, zuurstof, zwavelverbindingen, chloor en andere gasvormige componenten, en de mogelijkheid tot condensatie hiervan op het metaaloppervlak. Gebieden waar de oppervlaktetemperatuur onder het dauwpunt daalt en condens met opgeloste verbrandingsproducten ontstaat, kunnen bijzonder gevaarlijk zijn. Afhankelijk van de omstandigheden kan algemene corrosie, lokale corrosie, condensatiecorrosie en corrosie bij hoge temperaturen optreden. Bij de materiaalkeuze moet rekening worden gehouden met de gassamenstelling, de bedrijfstemperatuur en de oppervlaktetemperatuur van het onderdeel.

Corrosie in rioolwater en rioolsystemen

Rioleringswater en rioolsystemen creëren een complexe corrosieve omgeving waarin chloriden, sulfaten, sulfiden, organische verbindingen, een variabele pH-waarde, sedimenten en micro-organismen naast elkaar kunnen bestaan. Van bijzonder belang is het potentieel voor microbiële corrosie (MIC) en de vorming van waterstofsulfide (H₂S) onder anaerobe omstandigheden. In de ruimtes boven het rioolwater kan H₂S door biologische processen worden geoxideerd tot verbindingen die een zeer zure omgeving creëren. Dit vormt een bijzonder groot probleem voor betonnen en metalen onderdelen van de rioolinfrastructuur. Stilstaand water, sedimenten, biofilm en verschillen in zuurstofgehalte kunnen lokale corrosie verder bevorderen. Bij de materiaalkeuze moet rekening worden gehouden met de feitelijke samenstelling van het afvalwater, de temperatuur, de pH-waarde, chloriden, zwavelverbindingen, stromingsomstandigheden en microbiologische activiteit.

Corrosie in chemische en petrochemische omgevingen

Chemische en petrochemische installaties behoren tot de meest uiteenlopende corrosieve omgevingen. Materialen kunnen in contact komen met zuren, basen, chloriden, waterstofsulfide (H₂S), kooldioxide (CO₂), zwavelverbindingen, oplosmiddelen, proceswater en mengsels van vele chemicaliën. Deze omstandigheden kunnen leiden tot algemene en gelokaliseerde corrosie, spanningscorrosie (SCC), corrosie onder afzettingen en andere procesafhankelijke mechanismen. De materiaalweerstand wordt niet alleen bepaald door de chemische samenstelling van het medium, maar ook door de concentratie, temperatuur, druk, watergehalte, stroming, verontreinigingen en spanningen binnen de structuur. In agressievere omgevingen worden naast standaard roestvrij staal ook duplex- en superduplexstaal, hooggelegeerd austenitisch staal en geschikte nikkellegeringen gebruikt. De materiaalkeuze moet altijd gebaseerd zijn op de feitelijke procesomstandigheden, aangezien de algemene termen "chemische omgeving" of "petrochemisch" geen eenduidige beoordeling van het corrosierisico mogelijk maken.

De belangrijkste factoren die de agressiviteit van de omgeving bepalen.

Ongeacht het type omgeving zijn er verschillende parameters die een bijzonder sterke invloed hebben op het verloop van corrosieprocessen:

• temperatuur – Een temperatuurstijging versnelt vaak elektrochemische reacties en kan de weerstand tegen plaatselijke corrosie verminderen.
• pH – beïnvloedt de stabiliteit van de passieve laag en het verloop van elektrochemische reacties,
• chloriden en andere halogeniden – behoren tot de belangrijkste factoren die lokale corrosie van roestvrij staal initiëren,
• zuurstof en andere oxidanten – beïnvloedt het elektrochemische potentieel en het vermogen om een ​​passieve laag te behouden.
• gemiddelde doorstroming – kan de massaoverdracht verbeteren, maar bij hoge snelheden en in aanwezigheid van deeltjes kan het ook het risico op erosiecorrosie vergroten.
• sedimenten en spleten – creëer lokale omgevingen die verschillen van het hoofdmedium en spleetcorrosie bevorderen,
• micro-organismen – Biofilm en microbiologische activiteit kunnen de lokale elektrochemische omstandigheden en de ontwikkeling van MIC beïnvloeden.
• contact van verschillende metalen – in aanwezigheid van een elektrolyt kan dit leiden tot de vorming van een galvanische cel.
• spanning – in combinatie met een bepaalde omgeving kan dit leiden tot spanningscorrosie (SCC).

Materiaalselectie voor corrosieve omgevingen

Er bestaat geen enkele roestvrijstaalsoort die voor alle omgevingen het meest geschikt is. De populaire roestvrijstaalsoorten 304L en 316L zijn geschikt voor een breed scala aan toepassingen, maar hun weerstand kan ontoereikend zijn in warme chlorideomgevingen, zeewater, sterke zuren of constructies die bijzonder gevoelig zijn voor spleetcorrosie.

Naarmate de milieu-invloeden toenemen, worden hooggelegeerde staalsoorten zoals 904L, duplex- en superduplexstaal, 6Mo-austenitisch staal zoals 1.4547 en 1.4529, en geschikte nikkellegeringen gebruikt. Een hogere legeringsgraad betekent echter niet automatisch dat een materiaal in elke omgeving de beste oplossing is.

Bij de selectie moet rekening worden gehouden met de chemische samenstelling van het medium, de temperatuur, de pH-waarde, de chlorideconcentratie, de stromingsomstandigheden, de aanwezigheid van scheuren en sedimenten, de spanningen, de constructietechnologie en de verwachte gebruiksduur.

De omgeving en het materiaal moeten samen worden geanalyseerd.

Corrosiebestendigheid is geen eigenschap die zich adequaat laat omschrijven met één enkele term zoals "corrosiebestendig staal". Een materiaal is ofwel bestand tegen corrosie, ofwel gevoelig voor corrosie, afhankelijk van de specifieke omgeving en bedrijfsomstandigheden.

Bij het ontwerpen van een installatie is het daarom noodzakelijk om het gehele systeem te analyseren: materiaal – omgeving – temperatuur – ontwerp – constructiemethode – bedrijfsomstandigheden . Alleen op deze manier kan het corrosierisico correct worden ingeschat en kunnen materialen met de vereiste duurzaamheid worden geselecteerd.

Corrosie van metalen in diverse omgevingen

Voor elke corrosieve omgeving is een aparte analyse nodig. De volgende documenten geven een gedetailleerde beschrijving van corrosiemechanismen, risicofactoren en materiaalkeuzeprincipes voor de volgende omstandigheden:

Mariene corrosie – corrosie van staal en metalen in zeewater.
Korozja atmosferyczna
Bodemcorrosie
Corrosie in zoet en industrieel water
Corrosie in chlorideomgevingen
Corrosie in zure omgevingen
Corrosie in alkalische omgevingen
Corrosie in gassen en uitlaatgassen
Corrosie in rioolwater en rioolsystemen
Corrosie in chemische en petrochemische omgevingen

De gebruiksomgeving is een van de fundamentele factoren die de duurzaamheid van metalen en legeringen bepalen. Atmosfeer, bodem, zeewater, industrieel afvalwater, chloriden, zuren en basen kunnen compleet verschillende corrosieve omstandigheden creëren en diverse materiaalafbraakmechanismen in gang zetten.
Kennis van het materiaalsoort alleen is daarom niet voldoende om de duurzaamheid ervan te beoordelen. Een juiste selectie vereist inzicht in de feitelijke bedrijfsomstandigheden en de mogelijke corrosiemechanismen. Alleen een combinatie van kennis over het materiaal en de omgeving maakt een goede beoordeling van de corrosiebestendigheid van een constructie mogelijk.

Soorten corrosie van staal en metalen

Corrosie kan via verschillende mechanismen optreden, afhankelijk van het materiaal, de omgeving en de bedrijfsomstandigheden. Zie ook andere soorten corrosie:
Gelijkmatige corrosie van staal en metalen
Putcorrosie van roestvrij staal
Spleetcorrosie van roestvrij staal
Intergranulaire corrosie van roestvrij staal
Spanningscorrosiescheuren (SCC)
Galvanische corrosie
Erosieve corrosie
Cavitatiecorrosie
Corrosievermoeidheid
Wrijvingscorrosie
Microbiologische corrosie MIC
Corrosie bij hoge temperaturen

Verwante onderwerpen

CPT – kritische putcorrosietemperatuur van roestvrij staal en nikkellegeringen
PREN – index voor putcorrosiebestendigheid van roestvrij staal
CCT – Kritische spleetcorrosietemperatuur van roestvrij staal en nikkellegeringen