Korózia v rôznych prostrediach – korózia kovov a ocele v prostredí

Korózia v prostredí zahŕňa degradačné procesy kovov a zliatin, ku ktorým dochádza pod vplyvom environmentálnych podmienok, ako je atmosféra, morská voda, sladká voda, pôda a chloridové, kyslé a zásadité prostredie. Korózia kovov závisí nielen od typu materiálu, ale aj od prostredia, v ktorom sa prevádzkuje. Tá istá trieda ocele si môže udržať vysokú odolnosť po mnoho rokov v miernych atmosférických podmienkach, ale v prostrediach obsahujúcich chloridy, kyseliny, zvýšené teploty alebo usadeniny môže dôjsť k intenzívnej lokálnej alebo všeobecnej korózii. Korozívne prostredie určuje okrem iného stabilitu pasívnej vrstvy nehrdzavejúcej ocele, rýchlosť elektrochemických reakcií a potenciál pre jamkovú, štrbinovú, galvanickú, mikrobiálnu (MIC) a napäťovú koróziu (SCC). Preto správny výber materiálu vyžaduje analýzu nielen triedy ocele a jej chemického zloženia, ale aj skutočných prevádzkových podmienok.

Korozívne prostredie a mechanizmus korózie

Pojmy ako morská korózia, atmosférická korózia, korózia pôdy alebo korózia vo vode opisujú predovšetkým korózne prostredieNemali by sa zamieňať s mechanizmami alebo formami deštrukcie, ako je jamková korózia, štrbinová korózia, galvanická korózia alebo medzikryštalická korózia.
V jednom prostredí môže koexistovať niekoľko koróznych mechanizmov. Napríklad prítomnosť chloridov v morskej vode môže podporovať jamkovú a štrbinovú koróziu nehrdzavejúcej ocele, kontakt s odlišnými kovmi môže spôsobiť galvanickú koróziu, biofilm môže prispieť k rozvoju mikrobiálnej korózie (MIC) a vhodná kombinácia napätia, teploty a chloridového prostredia môže viesť k praskaniu v dôsledku korózie pod napätím (SCC).

Korózia v morskom prostredí

Morské prostredie je jedným z najnáročnejších prevádzkových prostredí pre mnohé konštrukčné materiály. Morská voda obsahuje značné množstvo chloridov, ktoré môžu destabilizovať pasívnu vrstvu nehrdzavejúcej ocele a podporovať rozvoj jamkovej a štrbinovej korózie.

Podmienky korózie však nie sú v celej morskej štruktúre jednotné. Materiály trvalo ponorené vo vode sa správajú odlišne a fungujú v prílivovej zóne, v zóne striekania vody alebo v pobrežnej atmosfére. Úlohu zohráva aj teplota, rýchlosť vody, okysličenie, biofilm, sedimenty a kontakt s inými kovmi.
V náročnejších námorných aplikáciách sa namiesto štandardných austenitických ocelí, duplexných a superduplexných ocelí používajú vysokolegované austenitické ocele typu 6Mo a vhodne vybrané niklové zliatiny.

Atmosférická korozia

Atmosférická korózia sa vyskytuje na kovových povrchoch vystavených atmosfére a vrstve vlhkosti, ktorá sa na nich tvorí. Intenzita procesu závisí predovšetkým od času zmáčania povrchu, vlhkosti, teploty a prítomnosti solí a nečistôt.
Vidiecke prostredie s nízkou úrovňou znečistenia je zvyčajne oveľa menej agresívne ako priemyselné alebo pobrežné prostredie. V blízkosti mora prispieva soľná hmla k chloridom, zatiaľ čo v priemyselnom prostredí môžu zohrávať ďalšiu úlohu zlúčeniny síry a iné znečisťujúce látky.
Prach, soľ a iné nečistoty môžu zadržiavať vlhkosť a vytvárať lokálne podmienky priaznivé pre koróziu. Preto stav povrchu, jeho dizajn, ktorý umožňuje prirodzené preplachovanie, a pravidelné čistenie môžu výrazne ovplyvniť životnosť komponentov.

Korózia zeme

Pôda je veľmi zložité a heterogénne prostredie. Koróziu podzemných konštrukcií ovplyvňujú faktory, ako je vlhkosť, chemické zloženie pôdy, obsah chloridov a síranov, pH, elektrická vodivosť, dostupnosť kyslíka, mikrobiálna aktivita a prítomnosť bludných prúdov.
Heterogenita pôdy môže viesť k lokálnym rozdielom v elektrochemických podmienkach na povrchu tej istej zložky. Osobitná pozornosť by sa mala venovať potrubiam, nádržiam, podzemným stavbám a prechodovým bodom medzi rôznymi typmi pôdy.
Pre podzemné konštrukcie je výber materiálu len jedným z prvkov ochrany. V závislosti od konštrukcie a podmienok sa používajú aj vhodné nátery, katódová ochrana a regulácia bludných prúdov.

Korózia v sladkej a priemyselnej vode

Pojem „voda“ neopisuje len jedno korozívne prostredie. Pitná voda, riečna voda, studňová voda, chladiaca voda, kotlová voda a procesná voda sa môžu výrazne líšiť v chemickom zložení a agresivite.
Medzi najdôležitejšie parametre patrí obsah chloridov, pH, teplota, okysličenie, tvrdosť, vodivosť, prítomnosť sedimentov a prítomnosť inhibítorov, biocídov a iných technologických prísad. Dôležité sú aj podmienky prúdenia. Stagnácia môže podporovať tvorbu sedimentov, biofilmu a lokálnych rozdielov v okysličení, zatiaľ čo veľmi vysoké prietoky za určitých podmienok môžu zvýšiť riziko erózie a eróznej korózie.
V prípade nehrdzavejúcich ocelí by sa mala venovať osobitná pozornosť chloridom. S rastúcou ich koncentráciou a teplotou sa zvyšuje riziko lokálnej korózie a čoraz dôležitejšia je odolnosť materiálu voči bodkovej a štrbinovej korózii, ako aj parametre ako PREN, CPT a CCT.

Korózia v chloridovom prostredí

Chloridy patria medzi najdôležitejšie faktory obmedzujúce použitie nehrdzavejúcich ocelí. Môžu lokálne destabilizovať pasívnu vrstvu a viesť k vzniku bodkovej a štrbinovej korózie. Za vhodných podmienok môžu chloridy tiež prispievať k praskaniu v dôsledku korózie pod napätím (SCC).
Riziko nemožno posudzovať výlučne na základe koncentrácie chloridov. Dôležitými faktormi sú teplota, pH, elektrochemický potenciál, prítomnosť štrbín a sedimentov a stav povrchu. Preto prípustná koncentrácia chloridov pre daný druh nie je jedinou univerzálnou hodnotou platnou za všetkých podmienok.
Odolnosť nehrdzavejúcich ocelí voči lokalizovanej korózii v chloridovom prostredí sa zvyšuje predovšetkým s vhodným obsahom chrómu, molybdénu a dusíka. Index PREN sa používa na počiatočné porovnanie materiálov, zatiaľ čo laboratórnu odolnosť voči lokalizovanej iniciácii korózie možno dodatočne charakterizovať pomocou CPT a CCT.

Korózia v kyslom prostredí

Kyslé prostredie môže spôsobiť intenzívnu všeobecnú koróziu, ak pasívna vrstva materiálu nie je za daných podmienok stabilná. Neexistuje však jediná univerzálna „odolnosť voči kyselinám“. Správanie materiálu závisí od typu kyseliny, jej koncentrácie, teploty, prítomnosti kyslíka a iných oxidačných látok a kontaminantov vrátane chloridových iónov.
Kyselina sírová, chlorovodíková, fosforečná, dusičná, octová a mravčia vytvárajú rôzne korozívne prostredia. Materiál, ktorý je vysoko odolný voči jednej kyseline, nemusí nevyhnutne vykazovať podobnú odolnosť voči inej. Kyselina chlorovodíková je obzvlášť agresívna voči mnohým nehrdzavejúcim oceliam, pretože kombinuje kyslé prostredie s vysokou aktivitou chloridov.
Pri výbere materiálu na použitie v kyslom prostredí je preto potrebné zvážiť špecifický systém: materiál – kyselina – koncentrácia – teplota – kontaminanty. V praxi sa izokorózne diagramy používajú okrem iného na určenie rýchlosti korózie v závislosti od teploty a koncentrácie daného média.

Korózia v alkalickom prostredí

Mnohé nehrdzavejúce ocele vykazujú dobrú odolnosť voči mierne zásaditému prostrediu, ale vysoko koncentrované zásady, najmä pri zvýšených teplotách, môžu byť agresívne. Dôležitými faktormi sú typ zásady, jej koncentrácia, teplota a prítomnosť ďalších nečistôt.

Príkladom je hydroxid sodný (NaOH), ktorý sa používa v mnohých chemických procesoch. V závislosti od koncentrácie a teploty môže byť nesprávne zvolený materiál náchylný na zrýchlenú koróziu alebo určité formy praskania spôsobeného koróziou v dôsledku napätia. Rovnako ako v prípade kyslého prostredia by sa posúdenie odolnosti malo zakladať na špecifických procesných podmienkach, nie len na pojme „alkalické prostredie“.

Korózia v plynoch a výfukových plynoch

Plynné prostredia a výfukové plyny môžu spôsobiť koróziu kovov v prítomnosti vlhkosti a kondenzátu, ako aj pri zvýšených teplotách. Agresivitu prostredia určujú faktory, ako je teplota, obsah vodnej pary, kyslíka, zlúčenín síry, chlóru a iných plynných zložiek a možnosť ich kondenzácie na povrchu kovu. Obzvlášť nebezpečné môžu byť oblasti, kde teplota povrchu klesne pod rosný bod a tvorí sa kondenzát obsahujúci rozpustené produkty spaľovania. V závislosti od podmienok môže dôjsť k všeobecnej, lokálnej, kondenzačnej a vysokoteplotnej korózii. Výber materiálu si vyžaduje zohľadnenie zloženia plynu, prevádzkovej teploty a povrchovej teploty komponentu.

Korózia v kanalizačných a stokových systémoch

Kanalizácia a kanalizačné systémy vytvárajú komplexné korozívne prostredie, v ktorom môžu koexistovať chloridy, sírany, sulfidy, organické zlúčeniny, premenlivé pH, sedimenty a mikroorganizmy. Obzvlášť dôležitý je potenciál mikrobiálnej korózie (MIC) a tvorby sírovodíka (H₂S) za anaeróbnych podmienok. V priestoroch nad odpadovou vodou môže byť H₂S biologickými procesmi oxidovaný na zlúčeniny, ktoré vytvárajú vysoko kyslé prostredie, čo je obzvlášť významný problém pre betónové a kovové komponenty kanalizačnej infraštruktúry. Stojaté médiá, sedimenty, biofilm a rozdiely v okysličení môžu ďalej podporovať lokálnu koróziu. Výber materiálu by mal zohľadňovať skutočné zloženie odpadovej vody, teplotu, pH, chloridy, zlúčeniny síry, podmienky prúdenia a mikrobiologickú aktivitu.

Korózia v chemickom a petrochemickom prostredí

Chemické a petrochemické zariadenia patria medzi najrozmanitejšie korozívne prostredia. Materiály môžu prísť do kontaktu s kyselinami, zásadami, chloridmi, sírovodíkom (H₂S), oxidom uhličitým (CO₂), zlúčeninami síry, rozpúšťadlami, procesnou vodou a zmesami mnohých chemikálií. Tieto podmienky môžu viesť k všeobecnej a lokalizovanej korózii, praskaniu v dôsledku korózie pod napätím (SCC), korózii pod usadeninami a iným mechanizmom závislým od procesu. Odolnosť materiálu je určená nielen chemickým zložením média, ale aj jeho koncentráciou, teplotou, tlakom, obsahom vody, prietokom, kontaminantmi a napätím v konštrukcii. V agresívnejších prostrediach sa okrem štandardných nehrdzavejúcich ocelí používajú duplexné a superduplexné ocele, vysokolegované austenitické ocele a vhodne vybrané niklové zliatiny. Výber materiálu by mal byť vždy založený na skutočných procesných podmienkach, pretože všeobecné pojmy „chemické prostredie“ alebo „petrochemické“ neumožňujú jednorazové posúdenie rizika korózie.

Najdôležitejšie faktory určujúce agresivitu prostredia

Bez ohľadu na typ prostredia existuje niekoľko parametrov, ktoré majú obzvlášť silný vplyv na priebeh koróznych procesov:

• teplota – zvýšenie teploty často urýchľuje elektrochemické reakcie a môže znížiť odolnosť voči lokálnej korózii,
• pH – ovplyvňuje stabilitu pasívnej vrstvy a priebeh elektrochemických reakcií,
• chloridy a iné halogenidy – patria medzi najdôležitejšie faktory iniciujúce lokálnu koróziu nehrdzavejúcich ocelí,
• kyslík a iné oxidanty – ovplyvňujú elektrochemický potenciál a schopnosť udržiavať pasívnu vrstvu,
• stredný prietok – môže zlepšiť prenos hmoty, ale pri vysokých rýchlostiach a v prítomnosti častíc môže tiež zvýšiť riziko eróznej korózie,
• sedimenty a trhliny – vytvárajú lokálne prostredia, ktoré sa líšia od hlavného média a podporujú koróziu štrbín,
• mikroorganizmy – biofilm a mikrobiologická aktivita môžu ovplyvniť lokálne elektrochemické podmienky a vývoj MIC,
• kontakt rôznych kovov – v prítomnosti elektrolytu môže viesť k vytvoreniu galvanického článku,
• stres – v kombinácii s určitým prostredím môže viesť ku koróznemu praskaniu pod napätím (SCC).

Výber materiálu pre korozívne prostredie

Neexistuje jediný druh nehrdzavejúcej ocele, ktorý by bol najlepší pre všetky prostredia. Populárne nehrdzavejúce ocele 304L a 316L sú vhodné pre širokú škálu aplikácií, ale ich odolnosť môže byť nedostatočná v teplom prostredí s chloridmi, morskej vode, silných kyselinách alebo v konštrukciách obzvlášť náchylných na koróziu v štrbinách.

S rastúcou agresivitou prostredia sa používajú vysokolegované ocele ako 904L, duplexné a superduplexné ocele, austenitické ocele 6Mo ako 1.4547 a 1.4529 a vhodne vybrané niklové zliatiny. Vyššia úroveň legovania však automaticky neznamená, že materiál bude najlepším riešením v každom prostredí.

Pri výbere by sa malo zohľadniť chemické zloženie média, teplota, pH, koncentrácia chloridov, podmienky prúdenia, prítomnosť trhlín a sedimentov, napätia, stavebná technológia a očakávaná doba prevádzky.

Prostredie a materiál musia byť analyzované spoločne

Odolnosť voči korózii nie je vlastnosť, ktorú možno adekvátne opísať jedným pojmom, ako napríklad „oceľ odolná voči korózii“. Materiál je buď odolný, alebo náchylný na koróziu v závislosti od špecifického prostredia a prevádzkových podmienok.

Preto je pri navrhovaní inštalácie potrebné analyzovať celý systém: materiál – prostredie – teplota – návrh – spôsob výstavby – prevádzkové podmienky . Iba tento prístup umožňuje správne posúdenie rizika korózie a výber materiálov s požadovanou trvanlivosťou.

Korózia kovov v rôznych prostrediach

Jednotlivé korozívne prostredia si vyžadujú samostatnú analýzu. Nasledujúce články poskytujú podrobný popis mechanizmov korózie, rizikových faktorov a zásad výberu materiálov pre nasledujúce podmienky:

Morská korózia – korózia ocele a kovov v morskej vode
Atmosférická korozia
Korózia zeme
Korózia v sladkej a priemyselnej vode
Korózia v chloridovom prostredí
Korózia v kyslom prostredí
Korózia v alkalickom prostredí
Korózia v plynoch a výfukových plynoch
Korózia v kanalizačných a stokových systémoch
Korózia v chemickom a petrochemickom prostredí

Prevádzkové prostredie je jedným zo základných faktorov určujúcich trvanlivosť kovov a zliatin. Atmosféra, pôda, morská voda, priemyselná voda, chloridy, kyseliny a zásady môžu vytvárať úplne odlišné korozívne podmienky a spúšťať rôzne mechanizmy degradácie materiálov.
Preto samotná znalosť typu materiálu nestačí na posúdenie jeho trvanlivosti. Správny výber si vyžaduje určenie skutočných prevádzkových podmienok a identifikáciu mechanizmov korózie, ktoré sa môžu vyskytnúť. Iba kombinácia znalostí o materiáli a prostredí umožňuje správne posúdenie odolnosti konštrukcie voči korózii.

Druhy korózie ocele a kovov

Korózia môže vzniknúť rôznymi mechanizmami v závislosti od materiálu, prostredia a prevádzkových podmienok. Pozrite si aj ďalšie typy korózie:
Rovnomerná korózia ocele a kovov
Jamková korózia nehrdzavejúcich ocelí
Štrbinová korózia nehrdzavejúcich ocelí
Medzikryštalická korózia nehrdzavejúcej ocele
Praskanie z korózie napätím v sušom krycom boxe
Galvanická korózia
Erozívna korózia
Kavitačná korózia
Únava z korózie
Korózia trením
Mikrobiologická korózia MIC
Korózia pri vysokých teplotách

Súvisiace témy

CPT – kritická teplota bodkovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin
PREN – index odolnosti voči bodkovej korózii pre nehrdzavejúcu oceľ
CCT – Kritická teplota štrbinovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin