Корозија у различитим срединама – корозија метала и челика у условима животне средине

Корозија у животној средини обухвата процесе деградације метала и легура који се јављају под утицајем услова околине као што су атмосфера, морска вода, слатка вода, земљиште, као и хлоридна, кисела и алкална окружења. Корозија метала зависи не само од врсте материјала већ и од окружења у којем ради. Иста врста челика може да одржи високу отпорност дуги низ година у благим атмосферским условима, али у окружењима која садрже хлориде, киселине, повишене температуре или наслаге, може доживети интензивну локалну или општу корозију. Корозивна средина одређује, између осталог, стабилност пасивног слоја нерђајућег челика, брзину електрохемијских реакција и потенцијал за пуцање услед корозије услед тачкастог, пукотина, галванске, микробне (МИК) и корозије под напоном (СКК). Стога, правилан избор материјала захтева анализу не само врсте челика и његовог хемијског састава већ и стварних услова рада.

Корозивна средина и механизам корозије

Термини као што су морска корозија, атмосферска корозија, корозија тла или корозија у води описују првенствено корозивна срединаНе треба их мешати са механизмима или облицима разарања као што су тачкаста, пукотинска, галванска или интеркристаларна корозија.
Неколико механизама корозије може коегзистирати у једном окружењу. На пример, присуство хлорида у морској води може подстаћи корозију услед тачкасте и пукотинске корозије нерђајућег челика, контакт различитих метала може изазвати галванску корозију, биофилм може допринети развоју микробне корозије (МИК), а одговарајућа комбинација напона, температуре и хлоридног окружења може довести до пуцања услед корозије под напоном (СКК).

околина	Најважнији фактори	Могући облици корозије
Поморски	хлориди, температура, кисеоник, биофилм, седименти, ток	тачкасто кршење, пукотина, галвански, MIC, ерозивно, SCC
Атмосферски	влага, време влажења, соли, нечистоће, температура	општи, локални, тачкасти, пукотински, галвански
Гроунд	влажност, соли, pH, кисеоник, микроорганизми, лутајуће струје	општа, локална, тачкаста, MIC, корозија лутајућим струјама
Свежа и индустријска вода	хлориди, тврдоћа, pH, кисеоник, температура, седименти, хемијски адитиви	тачкасто, пукотинска, галванска, MIC, ерозивна
Хлорид	концентрација Cl⁻, температура, pH, потенцијал, празнине	тачкасто кршење, пукотина, SCC
Кисело	врста киселине, концентрација, температура, нечистоће, редокс потенцијал	општи и, у зависности од услова, локални облици корозије
Алкална	врста базе, концентрација, температура, нечистоће	опште, локално, пуцање од корозије од напона под специфичним условима

Корозија у морској средини

Морска средина је једно од најзахтевнијих радних окружења за многе конструкционе материјале. Морска вода садржи значајне количине хлорида, који могу дестабилизовати пасивни слој нерђајућег челика и подстаћи развој тачкасте и пукотинске корозије.

Међутим, услови корозије нису једнообразни у целој морској структури. Материјали који су трајно потопљени у воду понашају се различито, делујући у међуплимној зони, у зони прскања или приобалној атмосфери. Температура, брзина воде, оксигенација, биофилм, седименти и контакт са другим металима такође играју улогу.
У захтевнијим поморским применама, уместо стандардних аустенитних челика, користе се дуплекс и супердуплекс челици, високолегирани аустенитни челици типа 6Mo и одговарајуће одабране легуре никла.

Атмосферска корозија

Атмосферска корозија се јавља на металним површинама изложеним атмосфери и слоју влаге који се на њима формира. Интензитет процеса зависи првенствено од времена влажења површине, влажности, температуре и присуства соли и загађивача.
Рурална атмосфера са ниским нивоом загађења је обично много мање агресивна од индустријске или приобалне атмосфере. У близини мора, слана спреја доприноси хлоридима, док у индустријским срединама једињења сумпора и други загађивачи могу играти додатну улогу.
Прашина, со и други загађивачи могу задржати влагу и створити локалне услове погодне за корозију. Стога, стање површине, њен дизајн који омогућава природно испирање и периодично чишћење могу значајно утицати на трајност компоненти.

Корозија тла

Тло је веома сложено и хетерогено окружење. На корозију подземних структура утичу фактори као што су влажност, хемијски састав земљишта, садржај хлорида и сулфата, pH вредност, електрична проводљивост, доступност кисеоника, микробна активност и присуство лутајућих струја.
Хетерогеност земљишта може довести до локалних разлика у електрохемијским условима на површини исте компоненте. Посебну пажњу треба обратити на цевоводе, резервоаре, подземне објекте и прелазне тачке између различитих типова земљишта.
За закопане објекте, избор материјала је само један елемент заштите. У зависности од објекта и услова, користе се и одговарајући премази, катодна заштита и контрола лутајућих струја.

Корозија у слаткој и индустријској води

Термин „вода“ не описује само једну корозивну средину. Вода за пиће, речна вода, бунарска вода, расхладна вода, котловска вода и процесна вода могу се значајно разликовати по хемијском саставу и агресивности.
Најважнији параметри укључују садржај хлорида, pH вредност, температуру, оксигенацију, тврдоћу, проводљивост, присуство седимената и присуство инхибитора, биоцида и других технолошких адитива. Услови протока су такође важни. Стагнација може подстаћи стварање седимената, биофилма и локалних разлика у оксигенацији, док веома високе брзине протока под одређеним условима могу повећати ризик од ерозије и ерозивне корозије.
У случају нерђајућих челика, посебну пажњу треба обратити на хлориде. Како се њихова концентрација и температура повећавају, повећава се ризик од локализоване корозије, а отпорност материјала на тачкасту и пукотинску корозију, као и параметри као што су PREN, CPT и CCT, постају све важнији.

Корозија у хлоридним срединама

Хлориди су међу најважнијим факторима који ограничавају употребу нерђајућих челика. Они могу локално дестабилизовати пасивни слој и довести до почетка тачкасте и пукотинске корозије. Под одговарајућим условима, хлориди такође могу допринети пуцању услед напонске корозије.
Ризик се не може проценити искључиво на основу концентрације хлорида. Температура, pH, електрохемијски потенцијал, присуство пукотина и седимената и стање површине су сви важни фактори. Стога, дозвољена концентрација хлорида за дату врсту није јединствена, универзална вредност која се примењује у свим условима.
Отпорност нерђајућих челика на локализовану корозију у хлоридним срединама повећава се првенствено са одговарајућим садржајем хрома, молибдена и азота. PREN индекс се користи за почетно поређење материјала, док се лабораторијска отпорност на локализовану корозију може додатно окарактерисати коришћењем CPT и CCT.

Корозија у киселим срединама

Кисела окружења могу изазвати интензивну општу корозију ако пасивни слој материјала није стабилан под датим условима. Међутим, не постоји јединствена, универзална „отпорност на киселине“. Понашање материјала зависи од врсте киселине, њене концентрације, температуре, присуства кисеоника и других оксиданата, као и загађивача, укључујући хлоридне јоне.
Сумпорна, хлороводонична, фосфорна, азотна, сирћетна и мравља киселина стварају различита корозивна окружења. Материјал који је веома отпоран на једну киселину не мора нужно показати сличну отпорност на другу. Хлороводонична киселина је посебно агресивна према многим нерђајућим челицима јер комбинује кисело окружење са високом активношћу хлорида.
Приликом избора материјала за употребу у киселим срединама, стога је неопходно узети у обзир специфичан систем: материјал – киселина – концентрација – температура – загађивачи. У пракси се дијаграми изокорозије користе, између осталог, за одређивање брзине корозије у зависности од температуре и концентрације дате средине.

Корозија у алкалним срединама

Многи нерђајући челици показују добру отпорност на умерено алкалне средине, али високо концентроване алкалије, посебно на повишеним температурама, могу бити агресивне. Врста алкалије, њена концентрација, температура и присуство додатних нечистоћа су важни фактори.

Пример је натријум хидроксид (NaOH), који се користи у многим хемијским процесима. У зависности од концентрације и температуре, неправилно одабран материјал може бити подложан убрзаној корозији или одређеним облицима пуцања услед корозије под напоном. Као и код киселих средина, процена отпорности треба да се заснива на специфичним условима процеса, а не само на термину „алкална средина“.

Корозија у гасовима и издувним гасовима

Гасовите средине и издувни гасови могу изазвати корозију метала како у присуству влаге и кондензата, тако и на повишеним температурама. Агресивност средине одређена је факторима као што су температура, садржај водене паре, кисеоника, једињења сумпора, хлора и других гасовитих компоненти, као и могућност њихове кондензације на површини метала. Подручја где температура површине падне испод тачке росе и формира се кондензат који садржи растворене производе сагоревања могу бити посебно опасна. У зависности од услова, може доћи до опште, локалне, кондензационе и високотемпературне корозије. Избор материјала захтева разматрање и састава гаса, радне температуре и површинске температуре компоненте.

Корозија у канализационим и одводним системима

Канализација и канализациони системи стварају сложену корозивну средину, где хлориди, сулфати, сулфиди, органска једињења, променљива pH вредност, седименти и микроорганизми могу коегзистирати. Од посебног значаја је потенцијал за микробну корозију (МИК) и стварање водоник-сулфида (H₂S) у анаеробним условима. У просторима изнад канализације, H₂S може бити оксидован биолошким процесима у једињења која стварају веома киселу средину, што је посебно значајан проблем за бетонске и металне компоненте канализационе инфраструктуре. Стагнантне средине, седименти, биофилм и разлике у оксигенацији могу додатно подстаћи локалну корозију. Избор материјала треба да узме у обзир стварни састав отпадних вода, температуру, pH вредност, хлориде, једињења сумпора, услове протока и микробиолошку активност.

Корозија у хемијским и петрохемијским срединама

Хемијска и петрохемијска постројења спадају међу најразноврснија корозивна окружења. Материјали могу доћи у контакт са киселинама, базама, хлоридима, водоник-сулфидом (H₂S), угљен-диоксидом (CO₂), једињењима сумпора, растварачима, процесном водом и смешама многих хемикалија. Ови услови могу довести до опште и локализоване корозије, пуцања услед корозије под напоном (SCC), корозије испод наслага и других механизама зависних од процеса. Отпорност материјала одређује се не само хемијским саставом медијума, већ и његовом концентрацијом, температуром, притиском, садржајем воде, протоком, загађивачима и напонима унутар структуре. У агресивнијим окружењима, поред стандардних нерђајућих челика користе се дуплекс и супердуплекс челици, високолегирани аустенитни челици и одговарајуће одабране легуре никла. Избор материјала увек треба да се заснива на стварним условима процеса, јер општи термини „хемијска средина“ или „петрохемијска“ не дозвољавају јединствену процену ризика од корозије.

Најважнији фактори који одређују агресивност околине

Без обзира на врсту окружења, постоји неколико параметара који имају посебно јак утицај на ток процеса корозије:

температура – повећање температуре често убрзава електрохемијске реакције и може смањити отпорност на локалну корозију,
pH – утиче на стабилност пасивног слоја и ток електрохемијских реакција,
хлориди и други халиди – су међу најважнијим факторима који покрећу локалну корозију нерђајућих челика,
кисеоник и други оксиданси – утичу на електрохемијски потенцијал и способност одржавања пасивног слоја,
средњи проток – може побољшати пренос масе, али при великим брзинама и у присуству честица може повећати и ризик од ерозије и корозије,
седименти и пукотине – стварају локална окружења која се разликују од главног медијума и подстичу корозију пукотина,
микроорганизми – биофилм и микробиолошка активност могу утицати на локалне електрохемијске услове и развој минималне инхибиторне концентрације (МИК),
контакт различитих метала – у присуству електролита може довести до формирања галванске ћелије,
стрес – у комбинацији са одређеним окружењем може довести до пуцања услед корозије под напоном (SCC).

Избор материјала за корозивне средине

Не постоји јединствена врста нерђајућег челика која је најбоља за сва окружења. Популарни нерђајући челици 304L и 316L су погодни за широк спектар примене, али њихова отпорност може бити неадекватна у топлим хлоридним срединама, морској води, јаким киселинама или структурама посебно подложним корозији у пукотинама.

Како се агресивност околине повећава, користе се високолегирани челици као што је 904L, дуплекс и супердуплекс челици, 6Mo аустенитни челици као што су 1.4547 и 1.4529 и одговарајуће одабране легуре никла. Међутим, виши ниво легирања не значи аутоматски да ће материјал бити најбоље решење у сваком окружењу.

Приликом избора треба узети у обзир хемијски састав медијума, температуру, pH вредност, концентрацију хлорида, услове протока, присуство пукотина и седимената, напоне, технологију изградње и очекивано време рада.

Околина и материјал морају се анализирати заједно

Отпорност на корозију није својство које се може адекватно описати једним термином као што је „челик отпоран на корозију“. Материјал је или отпоран или подложан корозији у зависности од специфичних окружења и услова рада.

Стога је приликом пројектовања инсталације неопходно анализирати цео систем: материјал – околину – температуру – дизајн – начин изградње – услове рада . Само овај приступ омогућава правилну процену ризика од корозије и избор материјала са потребном издржљивошћу.

Корозија метала у различитим срединама

Појединачна корозивна окружења захтевају посебну анализу. Следећи радови пружају детаљне описе механизама корозије, фактора ризика и принципа избора материјала за следеће услове:

Радно окружење је један од основних фактора који одређују трајност метала и легура. Атмосфера, земљиште, морска вода, индустријска вода, хлориди, киселине и базе могу створити потпуно различите корозивне услове и покренути различите механизме деградације материјала.
Стога, познавање самог типа материјала није довољно за процену његове трајности. Правилан избор захтева одређивање стварних услова рада и идентификовање механизама корозије који се могу јавити. Само комбинација знања о материјалу и окружењу омогућава правилну процену отпорности конструкције на корозију.

Врсте корозије челика и метала

Корозија може настати путем различитих механизама, у зависности од материјала, окружења и услова рада. Погледајте и друге врсте корозије:
Равномерна корозија челика и метала
Таркаста корозија нерђајућих челика
Пукотинска корозија нерђајућих челика
Интеркристална корозија нерђајућег челика
Пуцање од корозије под напоном, SCC
Галванска корозија
Ерозивна корозија
Кавитациона корозија
Замор од корозије
Корозија од трења
Микробиолошка корозија MIC
Корозија на високим температурама

Повезане теме

CPT – критична температура тачкасте корозије нерђајућих челика и легура никла
PREN – индекс отпорности на тачкасту корозију за нерђајући челик
CCT – Критична температура пукотинске корозије нерђајућих челика и легура никла