Коррозия в различных средах – коррозия металлов и стали под воздействием окружающей среды.

Коррозия окружающей среды включает в себя процессы деградации металлов и сплавов, происходящие под воздействием таких условий окружающей среды, как атмосфера, морская вода, пресная вода, почва, а также хлоридные, кислотные и щелочные среды. Коррозия металла зависит не только от типа материала, но и от среды, в которой он эксплуатируется. Одна и та же марка стали может сохранять высокую стойкость в течение многих лет в умеренных атмосферных условиях, но в средах, содержащих хлориды, кислоты, повышенные температуры или отложения, она может подвергаться интенсивной локальной или общей коррозии. Коррозионная среда определяет, помимо прочего, стабильность пассивного слоя нержавеющей стали, скорость электрохимических реакций и потенциал для образования точечных, щелевых, гальванических, микробных (MIC) и коррозионных растрескиваний под напряжением (SCC). Поэтому правильный выбор материала требует анализа не только марки стали и ее химического состава, но и фактических условий эксплуатации.

Коррозионная среда и механизм коррозии

Такие термины, как морская коррозия, атмосферная коррозия, коррозия почвы или коррозия в воде, описывают в первую очередь следующее: коррозионная средаИх не следует путать с такими механизмами или формами разрушения, как точечная, щелевая, гальваническая или межкристаллитная коррозия.
В одной среде могут сосуществовать несколько механизмов коррозии. Например, присутствие хлоридов в морской воде может способствовать точечной и щелевой коррозии нержавеющей стали, контакт разнородных металлов может вызывать гальваническую коррозию, биопленка может способствовать развитию микробной коррозии (МИК), а соответствующее сочетание напряжения, температуры и хлоридной среды может привести к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН).

окружающая среда	Наиболее важные факторы	Возможные формы коррозии
Море	хлориды, температура, кислородбиопленка, осадки, поток	точечной коррозии, щелевой коррозии, гальванической коррозии, микробиологически индуцированной коррозии, эрозионной коррозии под напряжением
Атмосферный	влажность, время смачивания, соли, примеси, температура	общий, местный, ямочный, щелевой, гальванический
Земля	влажность, соли, pH, кислород, микроорганизмы, блуждающие токи	общая, локальная, точечная, микробиологическая коррозия, коррозия от блуждающих токов
Пресная и промышленная вода	хлориды, жесткость, pH, кислород, температура, осадки, химические добавки	точечная коррозия, щелевая коррозия, гальваническая коррозия, микробиологическая коррозия, эрозионная коррозия
Хлористый	концентрация Cl⁻, температура, pH, потенциал, зазоры	ямки, трещины, SCC
Кислый	тип кислоты, концентрация, температура, примеси, окислительно-восстановительный потенциал	общие и, в зависимости от условий, локальные формы коррозии
Щелочной	тип основания, концентрация, температура, примеси	общее, локальное, коррозионное растрескивание под напряжением в конкретных условиях

Коррозия в морской среде

Морская среда является одной из наиболее сложных сред эксплуатации для многих конструкционных материалов. Морская вода содержит значительное количество хлоридов, которые могут дестабилизировать пассивный слой нержавеющей стали и способствовать развитию точечной и щелевой коррозии.

Однако условия коррозии в морских сооружениях неоднородны. Материалы, постоянно погруженные в воду, ведут себя по-разному, воздействуя на них в приливной зоне, в зоне брызг или в прибрежной атмосфере. Температура, скорость течения воды, насыщение кислородом, биопленка, осадки и контакт с другими металлами также играют свою роль.
В более сложных морских условиях вместо стандартных аустенитных сталей используются дуплексные и супердуплексные стали, а также высоколегированные аустенитные стали типа 6Mo и соответствующим образом подобранные никелевые сплавы.

Korozja atmosferyczna

Атмосферная коррозия происходит на металлических поверхностях, подверженных воздействию атмосферы и образующегося на них слоя влаги. Интенсивность процесса зависит, прежде всего, от времени смачивания поверхности, влажности, температуры, а также наличия солей и загрязнений.
Сельская среда с низким уровнем загрязнения, как правило, гораздо менее агрессивна, чем промышленная или прибрежная атмосфера. Вблизи моря соленые брызги способствуют образованию хлоридов, в то время как в промышленных условиях дополнительную роль могут играть соединения серы и другие загрязняющие вещества.
Пыль, соль и другие загрязнения могут удерживать влагу и создавать локальные условия, благоприятные для коррозии. Поэтому состояние поверхности, ее конструкция и периодическая очистка могут существенно повлиять на долговечность компонентов.

Коррозия грунта

Грунт представляет собой чрезвычайно сложную и неоднородную среду. На коррозию подземных сооружений влияют такие факторы, как влажность, химический состав почвы, содержание хлоридов и сульфатов, pH, электропроводность, доступность кислорода, микробная активность и наличие блуждающих токов.
Неоднородность грунта может приводить к локальным различиям в электрохимических условиях на поверхности одного и того же компонента. Особое внимание следует уделять трубопроводам, резервуарам, подземным сооружениям и переходным точкам между различными типами грунта.
Для подземных сооружений выбор материалов — лишь один из элементов защиты. В зависимости от конструкции и условий также используются соответствующие покрытия, катодная защита и контроль блуждающих токов.

Коррозия в пресной и промышленной воде

Термин «вода» не описывает какую-либо конкретную коррозионную среду. Питьевая вода, речная вода, колодезная вода, охлаждающая вода, вода для котлов и технологическая вода могут значительно различаться по химическому составу и агрессивности.
К наиболее важным параметрам относятся содержание хлоридов, pH, температура, оксигенация, жесткость, электропроводность, наличие отложений, а также наличие ингибиторов, биоцидов и других технологических добавок. Условия потока также имеют важное значение. Застой может способствовать образованию отложений, биопленки и локальным различиям в оксигенации, в то время как очень высокие скорости потока при определенных условиях могут увеличить риск эрозии и эрозионной коррозии.
В случае нержавеющих сталей особое внимание следует уделять хлоридам. С повышением их концентрации и температуры возрастает риск локальной коррозии, и все большее значение приобретают такие параметры, как PREN, CPT и CCT, как стойкость материала к точечной и щелевой коррозии.

Коррозия в хлористых средах

Хлориды являются одним из наиболее важных факторов, ограничивающих использование нержавеющих сталей. Они могут локально дестабилизировать пассивный слой и приводить к возникновению точечной и щелевой коррозии. При определенных условиях хлориды также могут способствовать коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН).
Оценить риск исключительно на основе концентрации хлоридов невозможно. Температура, pH, электрохимический потенциал, наличие трещин и отложений, а также состояние поверхности — все это важные факторы. Поэтому допустимая концентрация хлоридов для данного вида не является единым универсальным значением, применимым во всех условиях.
Сопротивление нержавеющих сталей локальной коррозии в хлоридных средах возрастает в первую очередь при соответствующем содержании хрома, молибдена и азота. Для первоначального сравнения материалов используется индекс PREN, а лабораторное сопротивление инициированию локальной коррозии может быть дополнительно охарактеризовано с помощью CPT и CCT.

Коррозия в кислых средах

Кислотные среды могут вызывать сильную общую коррозию, если пассивный слой материала нестабилен в данных условиях. Однако единого универсального понятия «кислотостойкость» не существует. Поведение материала зависит от типа кислоты, ее концентрации, температуры, наличия кислорода и других окислителей, а также загрязняющих веществ, включая хлорид-ионы.
Серная, соляная, фосфорная, азотная, уксусная и муравьиная кислоты создают различные коррозионные среды. Материал, обладающий высокой устойчивостью к одной кислоте, не обязательно будет обладать аналогичной устойчивостью к другой. Соляная кислота особенно агрессивна по отношению ко многим нержавеющим сталям, поскольку она сочетает кислую среду с высокой активностью хлоридов.
При выборе материала для использования в кислых средах необходимо учитывать конкретную систему: материал – кислота – концентрация – температура – загрязнения. На практике для определения скорости коррозии в зависимости от температуры и концентрации данной среды используются, в частности, изокоррозионные диаграммы.

Коррозия в щелочных средах

Многие нержавеющие стали обладают хорошей устойчивостью к умеренно щелочным средам, однако высококонцентрированные щелочи, особенно при повышенных температурах, могут быть агрессивными. Важными факторами являются тип щелочи, ее концентрация, температура и наличие дополнительных примесей.

Примером может служить гидроксид натрия (NaOH), используемый во многих химических процессах. В зависимости от концентрации и температуры, неправильно выбранный материал может быть подвержен ускоренной коррозии или определенным формам коррозионного растрескивания под напряжением. Как и в случае с кислыми средами, оценка стойкости должна основываться на конкретных условиях процесса, а не просто на термине «щелочная среда».

Коррозия в газах и выхлопных газах

Газообразные среды и выхлопные газы могут вызывать коррозию металлов как в присутствии влаги и конденсата, так и при повышенных температурах. Агрессивность среды определяется такими факторами, как температура, содержание водяного пара, кислорода, соединений серы, хлора и других газообразных компонентов, а также вероятность их конденсации на поверхности металла. Участки, где температура поверхности опускается ниже точки росы и образуется конденсат, содержащий растворенные продукты сгорания, могут быть особенно опасными. В зависимости от условий может возникать общая, локальная, конденсационная и высокотемпературная коррозия. При выборе материала необходимо учитывать как состав газа, так и рабочую температуру и температуру поверхности компонента.

Коррозия в канализационных системах

Сточные воды и канализационные системы создают сложную коррозионную среду, где могут сосуществовать хлориды, сульфаты, сульфиды, органические соединения, переменный pH, отложения и микроорганизмы. Особое значение имеет потенциал микробной коррозии (МИК) и образования сероводорода (H₂S) в анаэробных условиях. В пространстве над сточными водами H₂S может окисляться биологическими процессами до соединений, создающих сильнокислую среду, что является особенно серьезной проблемой для бетонных и металлических компонентов канализационной инфраструктуры. Застойные среды, отложения, биопленка и различия в оксигенации могут дополнительно способствовать локальной коррозии. При выборе материалов следует учитывать фактический состав сточных вод, температуру, pH, содержание хлоридов, сернистых соединений, условия потока и микробиологическую активность.

Коррозия в химических и нефтехимических средах

Химические и нефтехимические установки относятся к числу наиболее агрессивных сред. Материалы могут контактировать с кислотами, щелочами, хлоридами, сероводородом (H₂S), диоксидом углерода (CO₂), соединениями серы, растворителями, технологической водой и смесями многих химических веществ. Эти условия могут приводить к общей и локальной коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН), коррозии под отложениями и другим механизмам, зависящим от технологического процесса. Устойчивость материала определяется не только химическим составом среды, но и ее концентрацией, температурой, давлением, содержанием воды, расходом, загрязнениями и напряжениями внутри конструкции. В более агрессивных средах, помимо стандартных нержавеющих сталей, используются дуплексные и супердуплексные стали, высоколегированные аустенитные стали и соответствующим образом подобранные никелевые сплавы. Выбор материала всегда должен основываться на фактических условиях технологического процесса, поскольку общие термины «химическая среда» или «нефтехимическая среда» не позволяют дать единую оценку риска коррозии.

Наиболее важные факторы, определяющие агрессивность окружающей среды.

Независимо от типа окружающей среды, существует ряд параметров, которые оказывают особенно сильное влияние на ход коррозионных процессов:

температура – Повышение температуры часто ускоряет электрохимические реакции и может снизить устойчивость к локальной коррозии.
pH – влияет на стабильность пассивного слоя и ход электрохимических реакций.
хлориды и другие галогениды – являются одними из наиболее важных факторов, инициирующих локальную коррозию нержавеющих сталей.
кислород и другие окислители – влияют на электрохимический потенциал и способность поддерживать пассивный слой.
средний поток – может улучшить массоперенос, но на высоких скоростях и в присутствии частиц может также увеличить риск эрозионной коррозии.
осадки и трещины – создавать локальные среды, отличающиеся от основной среды, и способствовать щелевой коррозии.
микроорганизмы – Биопленка и микробиологическая активность могут влиять на локальные электрохимические условия и развитие МИК.
контакт различных металлов – в присутствии электролита это может привести к образованию гальванического элемента.
стресс – в сочетании с определенными условиями окружающей среды может привести к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН).

Выбор материалов для агрессивных сред

Не существует единой марки нержавеющей стали, которая была бы оптимальной для всех условий эксплуатации. Популярные марки нержавеющей стали 304L и 316L подходят для широкого спектра применений, но их стойкость может быть недостаточной в теплых хлоридных средах, морской воде, сильных кислотах или конструкциях, особенно подверженных щелевой коррозии.

По мере повышения агрессивности окружающей среды используются высоколегированные стали, такие как 904L, дуплексные и супердуплексные стали, аустенитные стали 6Mo, такие как 1.4547 и 1.4529, а также соответствующие никелевые сплавы. Однако более высокий уровень легирования не означает автоматически, что материал будет наилучшим решением в любой среде.

При выборе следует учитывать химический состав среды, температуру, pH, концентрацию хлоридов, условия потока, наличие трещин и отложений, напряжения, технологию строительства и предполагаемое время эксплуатации.

Необходимо проводить анализ окружающей среды и материала в комплексе.

Коррозионная стойкость — это свойство, которое нельзя адекватно описать одним термином, например, «коррозионностойкая сталь». Материал либо устойчив к коррозии, либо подвержен ей в зависимости от конкретных условий окружающей среды и эксплуатации.

Поэтому при проектировании установки необходимо анализировать всю систему целиком: материал – окружающая среда – температура – конструкция – метод строительства – условия эксплуатации . Только такой подход позволяет правильно оценить риск коррозии и выбрать материалы с требуемой прочностью.

Коррозия металлов в различных средах

Для анализа каждой отдельной коррозионной среды требуется отдельный анализ. В следующих статьях подробно описаны механизмы коррозии, факторы риска и принципы выбора материалов для следующих условий:

Условия эксплуатации являются одним из фундаментальных факторов, определяющих долговечность металлов и сплавов. Атмосфера, почва, морская вода, промышленная вода, хлориды, кислоты и щелочи могут создавать совершенно разные коррозионные условия и запускать различные механизмы деградации материала.
Следовательно, одних лишь знаний о типе материала недостаточно для оценки его долговечности. Правильный выбор требует определения фактических условий эксплуатации и выявления возможных механизмов коррозии. Только сочетание знаний о материале и окружающей среде позволяет правильно оценить коррозионную стойкость конструкции.

Виды коррозии стали и металлов

Связанные темы

CPT – критическая температура питтинговой коррозии нержавеющих сталей и никелевых сплавов.
PREN – индекс стойкости к точечной коррозии нержавеющей стали
CCT – Критическая температура щелевой коррозии нержавеющих сталей и никелевых сплавов.