Korozija v različnih okoljih – okoljska korozija kovin in jekla

Okoljska korozija zajema procese razgradnje kovin in zlitin, ki se pojavljajo pod vplivom okoljskih pogojev, kot so atmosfera, morska voda, sladka voda, zemlja ter kloridno, kislo in alkalno okolje. Korozija kovin ni odvisna le od vrste materiala, temveč tudi od okolja, v katerem deluje. Ista vrsta jekla lahko v blagih atmosferskih pogojih ohrani visoko odpornost več let, v okoljih, ki vsebujejo kloride, kisline, povišane temperature ali usedline, pa lahko pride do intenzivne lokalne ali splošne korozije. Korozivno okolje med drugim določa stabilnost pasivne plasti nerjavečega jekla, hitrost elektrokemijskih reakcij in možnost korozije zaradi jamkaste, razpokaste, galvanske, mikrobne (MIC) in napetostne korozije (SCC). Zato pravilna izbira materiala zahteva analizo ne le vrste jekla in njegove kemične sestave, temveč tudi dejanskih obratovalnih pogojev.

Korozivno okolje in mehanizem korozije

Izrazi, kot so morska korozija, atmosferska korozija, korozija tal ali korozija v vodi, opisujejo predvsem korozijsko okoljeNe smemo jih zamenjevati z mehanizmi ali oblikami uničenja, kot so jamkasta, razpokasta, galvanska ali medkristalna korozija.
V enem samem okolju lahko sobiva več korozijskih mehanizmov. Na primer, prisotnost kloridov v morski vodi lahko spodbuja jamkasto in špranjsko korozijo nerjavečega jekla, stik različnih kovin lahko povzroči galvansko korozijo, biofilm lahko prispeva k razvoju mikrobne korozije (MIC), ustrezna kombinacija napetosti, temperature in kloridnega okolja pa lahko povzroči napetostno korozijsko razpokanje (SCC).

Korozija v morskem okolju

Morsko okolje je eno najzahtevnejših obratovalnih okolij za številne konstrukcijske materiale. Morska voda vsebuje znatne količine kloridov, ki lahko destabilizirajo pasivno plast nerjavečega jekla in spodbujajo razvoj jamkaste in špranjske korozije.

Vendar pa korozijski pogoji niso enotni po celotni morski strukturi. Materiali, ki so trajno potopljeni v vodi, se obnašajo različno, saj delujejo v medplimskem območju in v območju pljuskanja ali obalnem ozračju. Vlogo igrajo tudi temperatura, hitrost vode, oksigenacija, biofilm, sedimenti in stik z drugimi kovinami.
V zahtevnejših pomorskih aplikacijah se namesto standardnih avstenitnih jekel, dupleksnih in superdupleksnih jekel uporabljajo visoko legirana avstenitna jekla tipa 6Mo in ustrezno izbrane nikljeve zlitine.

Atmosferska korozija

Atmosferska korozija se pojavlja na kovinskih površinah, ki so izpostavljene atmosferi in plasti vlage, ki se na njih tvori. Intenzivnost procesa je odvisna predvsem od trajanja omočenja površine, vlažnosti, temperature ter prisotnosti soli in onesnaževalcev.
Podeželsko okolje z nizko stopnjo onesnaženosti je običajno veliko manj agresivno kot industrijsko ali obalno okolje. V bližini morja slana meglica prispeva k nastanku kloridov, medtem ko lahko v industrijskem okolju žveplove spojine in druga onesnaževala igrajo dodatno vlogo.
Prah, sol in drugi onesnaževalci lahko zadržujejo vlago in ustvarjajo lokalizirane pogoje, ki spodbujajo korozijo. Zato lahko stanje površine, njena zasnova, ki omogoča naravno izpiranje, in redno čiščenje bistveno vplivajo na vzdržljivost komponent.

Korozija tal

Tla so zelo kompleksno in heterogeno okolje. Na korozijo podzemnih struktur vplivajo dejavniki, kot so vlažnost, kemična sestava tal, vsebnost kloridov in sulfatov, pH, električna prevodnost, razpoložljivost kisika, mikrobna aktivnost in prisotnost zablodelih tokov.
Heterogenost tal lahko povzroči lokalne razlike v elektrokemijskih pogojih na površini iste komponente. Posebno pozornost je treba nameniti cevovodom, rezervoarjem, podzemnim objektom in prehodnim točkam med različnimi vrstami tal.
Pri zakopanih konstrukcijah je izbira materiala le en element zaščite. Glede na konstrukcijo in pogoje se uporabljajo tudi ustrezni premazi, katodna zaščita in nadzor zablodelih tokov.

Korozija v sladki in industrijski vodi

Izraz "voda" ne opisuje enega samega korozivnega okolja. Pitna voda, rečna voda, voda iz vodnjakov, hladilna voda, kotlovska voda in procesna voda se lahko precej razlikujejo po kemični sestavi in ​​agresivnosti.
Najpomembnejši parametri vključujejo vsebnost kloridov, pH, temperaturo, oksigenacijo, trdoto, prevodnost, prisotnost usedlin ter prisotnost inhibitorjev, biocidov in drugih tehnoloških dodatkov. Pomembni so tudi pogoji pretoka. Zastajanje lahko spodbuja nastanek usedlin, biofilma in lokalnih razlik v oksigenaciji, medtem ko lahko zelo visoki pretoki pod določenimi pogoji povečajo tveganje za erozijo in erozijsko korozijo.
Pri nerjavnih jeklih je treba posebno pozornost nameniti kloridom. Z naraščanjem njihove koncentracije in temperature se povečuje tveganje za lokalno korozijo, vse pomembnejša pa postaja odpornost materiala na jamkasto in špranjsko korozijo ter parametri, kot so PREN, CPT in CCT.

Korozija v kloridnih okoljih

Kloridi so med najpomembnejšimi dejavniki, ki omejujejo uporabo nerjavnih jekel. Lokalno lahko destabilizirajo pasivno plast in povzročijo nastanek jamkaste in špranjske korozije. V ustreznih pogojih lahko kloridi prispevajo tudi k napetostnemu korozijskemu razpokanju (SCC).
Tveganja ni mogoče oceniti zgolj na podlagi koncentracije klorida. Pomembni dejavniki so temperatura, pH, elektrokemijski potencial, prisotnost razpok in usedlin ter stanje površine. Zato dovoljena koncentracija klorida za določeno vrsto ni enotna, univerzalna vrednost, ki bi veljala v vseh pogojih.
Odpornost nerjavnih jekel na lokalno korozijo v kloridnem okolju se poveča predvsem z ustrezno vsebnostjo kroma, molibdena in dušika. Za začetno primerjavo materialov se uporablja indeks PREN, laboratorijsko odpornost na lokalno korozijo pa je mogoče dodatno okarakterizirati s CPT in CCT.

Korozija v kislem okolju

Kisla okolja lahko povzročijo intenzivno splošno korozijo, če pasivna plast materiala ni stabilna v danih pogojih. Vendar pa ni ene same, univerzalne "odpornosti na kisline". Obnašanje materiala je odvisno od vrste kisline, njene koncentracije, temperature, prisotnosti kisika in drugih oksidantov ter onesnaževalcev, vključno s kloridnimi ioni.
Žveplova, klorovodikova, fosforjeva, dušikova, ocetna in mravljinčna kislina ustvarjajo različna korozivna okolja. Material, ki je zelo odporen na eno kislino, morda ne kaže nujno podobne odpornosti na drugo. Klorovodikova kislina je še posebej agresivna do mnogih nerjavnih jekel, ker združuje kislo okolje z visoko aktivnostjo kloridov.
Pri izbiri materiala za uporabo v kislem okolju je zato treba upoštevati specifičen sistem: material – kislina – koncentracija – temperatura – onesnaževalci. V praksi se izokorozijski diagrami med drugim uporabljajo za določanje hitrosti korozije glede na temperaturo in koncentracijo danega medija.

Korozija v alkalnih okoljih

Številna nerjavna jekla kažejo dobro odpornost na zmerno alkalna okolja, vendar so lahko visoko koncentrirane alkalije, zlasti pri povišanih temperaturah, agresivne. Vrsta alkalije, njena koncentracija, temperatura in prisotnost dodatnih nečistoč so pomembni dejavniki.

Primer je natrijev hidroksid (NaOH), ki se uporablja v številnih kemijskih procesih. Glede na koncentracijo in temperaturo je lahko nepravilno izbran material dovzeten za pospešeno korozijo ali nekatere oblike napetostno-korozijskih razpok. Tako kot pri kislih okoljih mora ocena odpornosti temeljiti na specifičnih procesnih pogojih, ne le na izrazu "alkalno okolje".

Korozija v plinih in izpušnih plinih

Plinasta okolja in izpušni plini lahko povzročijo korozijo kovin tako v prisotnosti vlage in kondenzata kot tudi pri povišanih temperaturah. Agresivnost okolja je odvisna od dejavnikov, kot so temperatura, vsebnost vodne pare, kisika, žveplovih spojin, klora in drugih plinastih komponent ter možnost njihove kondenzacije na kovinski površini. Območja, kjer temperatura površine pade pod rosišče in nastane kondenzat, ki vsebuje raztopljene produkte zgorevanja, so lahko še posebej nevarna. Glede na pogoje lahko pride do splošne, lokalne, kondenzacijske in visokotemperaturne korozije. Pri izbiri materiala je treba upoštevati tako sestavo plina kot tudi delovno temperaturo in temperaturo površine komponente.

Korozija v kanalizacijskih in kanalizacijskih sistemih

Kanalizacija in kanalizacijski sistemi ustvarjajo kompleksno korozivno okolje, kjer lahko sobivajo kloridi, sulfati, sulfidi, organske spojine, spremenljiv pH, usedline in mikroorganizmi. Posebej pomemben je potencial za mikrobno korozijo (MIC) in nastanek vodikovega sulfida (H₂S) v anaerobnih pogojih. V prostorih nad kanalizacijo se H₂S lahko z biološkimi procesi oksidira v spojine, ki ustvarjajo zelo kislo okolje, kar je še posebej pomemben problem za betonske in kovinske komponente kanalizacijske infrastrukture. Stoječi mediji, usedline, biofilm in razlike v oksigenaciji lahko dodatno spodbujajo lokalno korozijo. Pri izbiri materiala je treba upoštevati dejansko sestavo odpadne vode, temperaturo, pH, kloride, žveplove spojine, pogoje pretoka in mikrobiološko aktivnost.

Korozija v kemičnem in petrokemičnem okolju

Kemični in petrokemični obrati sodijo med najbolj raznolika korozivna okolja. Materiali lahko pridejo v stik s kislinami, bazami, kloridi, vodikovim sulfidom (H₂S), ogljikovim dioksidom (CO₂), žveplovimi spojinami, topili, procesno vodo in mešanicami številnih kemikalij. Ti pogoji lahko vodijo do splošne in lokalizirane korozije, napetostnega korozijskega razpokanja (SCC), korozije pod usedlinami in drugih procesno odvisnih mehanizmov. Odpornost materiala ni odvisna le od kemične sestave medija, temveč tudi od njegove koncentracije, temperature, tlaka, vsebnosti vode, pretoka, onesnaževalcev in napetosti znotraj konstrukcije. V agresivnejših okoljih se poleg standardnih nerjavnih jekel uporabljajo dupleksna in superdupleksna jekla, visoko legirana avstenitna jekla in ustrezno izbrane nikljeve zlitine. Izbira materiala mora vedno temeljiti na dejanskih procesnih pogojih, saj splošni izrazi "kemično okolje" ali "petrokemično" ne omogočajo enotne ocene tveganja korozije.

Najpomembnejši dejavniki, ki določajo agresivnost okolja

Ne glede na vrsto okolja obstaja več parametrov, ki še posebej močno vplivajo na potek korozijskih procesov:

• Temperatura – povišanje temperature pogosto pospeši elektrokemijske reakcije in lahko zmanjša odpornost proti lokalni koroziji,
• pH – vpliva na stabilnost pasivne plasti in potek elektrokemijskih reakcij,
• kloridi in drugi halogenidi – so med najpomembnejšimi dejavniki, ki sprožijo lokalno korozijo nerjavnih jekel,
• kisik in drugi oksidanti – vplivajo na elektrokemijski potencial in sposobnost vzdrževanja pasivne plasti,
• srednji pretok – lahko izboljša prenos mase, vendar pri visokih hitrostih in v prisotnosti delcev lahko poveča tudi tveganje za erozijsko korozijo,
• sedimenti in razpoke – ustvarjajo lokalna okolja, ki se razlikujejo od glavnega medija in spodbujajo korozijo razpok,
• mikroorganizmi – biofilm in mikrobiološka aktivnost lahko vplivata na lokalne elektrokemijske pogoje in razvoj MIC,
• stik različnih kovin – v prisotnosti elektrolita lahko povzroči nastanek galvanske celice,
• stres – v kombinaciji z določenim okoljem lahko povzroči razpoke zaradi napetostne korozije (SCC).

Izbira materiala za korozivna okolja

Ni ene same vrste nerjavečega jekla, ki bi bila najboljša za vsa okolja. Priljubljena nerjavna jekla 304L in 316L so primerna za široko paleto uporabe, vendar je njihova odpornost lahko nezadostna v toplem kloridnem okolju, morski vodi, močnih kislinah ali konstrukcijah, ki so še posebej dovzetne za korozijo zaradi razpok.

Z naraščajočo agresivnostjo okolja se uporabljajo visoko legirana jekla, kot je 904L, dupleks in superdupleks jekla, 6Mo avstenitna jekla, kot sta 1.4547 in 1.4529, ter ustrezno izbrane nikljeve zlitine. Vendar pa višja stopnja legiranja ne pomeni samodejno, da bo material najboljša rešitev v vsakem okolju.

Pri izbiri je treba upoštevati kemično sestavo medija, temperaturo, pH, koncentracijo kloridov, pretočne pogoje, prisotnost razpok in usedlin, napetosti, tehnologijo gradnje in predvideni čas delovanja.

Okolje in material je treba analizirati skupaj

Odpornost proti koroziji ni lastnost, ki bi jo lahko ustrezno opisal en sam izraz, kot je "jeklo, odporno proti koroziji". Material je bodisi odporen bodisi dovzeten za korozijo glede na specifična okolja in obratovalne pogoje.

Zato je pri načrtovanju instalacije potrebno analizirati celoten sistem: material – okolje – temperaturo – zasnovo – način gradnje – obratovalne pogoje . Le ta pristop omogoča pravilno oceno tveganja korozije in izbiro materialov z zahtevano vzdržljivostjo.

Korozija kovin v različnih okoljih

Posamezna korozivna okolja zahtevajo ločeno analizo. Naslednji članki podrobno opisujejo mehanizme korozije, dejavnike tveganja in načela izbire materialov za naslednje pogoje:

Morska korozija – korozija jekla in kovin v morski vodi
Atmosferska korozija
Korozija tal
Korozija v sladki in industrijski vodi
Korozija v kloridnih okoljih
Korozija v kislem okolju
Korozija v alkalnih okoljih
Korozija v plinih in izpušnih plinih
Korozija v kanalizacijskih in kanalizacijskih sistemih
Korozija v kemičnem in petrokemičnem okolju

Delovno okolje je eden temeljnih dejavnikov, ki določajo trajnost kovin in zlitin. Atmosfera, tla, morska voda, industrijska voda, kloridi, kisline in baze lahko ustvarijo popolnoma različne korozivne pogoje in sprožijo različne mehanizme razgradnje materialov.
Zato samo poznavanje vrste materiala ni dovolj za oceno njegove trajnosti. Pravilna izbira zahteva določitev dejanskih obratovalnih pogojev in prepoznavanje korozijskih mehanizmov, ki se lahko pojavijo. Le kombinacija znanja o materialu in okolju omogoča pravilno oceno korozijske odpornosti konstrukcije.

Vrste korozije jekla in kovin

Korozija se lahko pojavi prek različnih mehanizmov, odvisno od materiala, okolja in obratovalnih pogojev. Glejte tudi druge vrste korozije:
Enakomerna korozija jekla in kovin
Jamkasta korozija nerjavnih jekel
Špražna korozija nerjavnih jekel
Medkristalna korozija nerjavečega jekla
Razpoke v SCC-ju zaradi napetostne korozije
Galvanska korozija
Erozijska korozija
Kavitacijska korozija
Korozijska utrujenost
Korozija s trenjem
Mikrobiološka korozija MIC
Visokotemperaturna korozija

Sorodne teme

CPT – kritična temperatura jamkaste korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin
PREN – indeks odpornosti proti koroziji z jamičasto korozijo za nerjaveče jeklo
CCT – Kritična temperatura špranjske korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin