Çeşitli ortamlarda korozyon – metallerin ve çeliğin çevresel korozyonu

Çevresel korozyon, atmosfer, deniz suyu, tatlı su, toprak ve klorür, asit ve alkali ortamlar gibi çevresel koşulların etkisi altında meydana gelen metal ve alaşımların bozulma süreçlerini kapsar. Metal korozyonu sadece malzemenin türüne değil, aynı zamanda çalıştığı ortama da bağlıdır. Aynı çelik kalitesi, hafif atmosferik koşullarda uzun yıllar yüksek direnci koruyabilirken, klorür, asit, yüksek sıcaklık veya tortu içeren ortamlarda yoğun yerel veya genel korozyona maruz kalabilir. Aşındırıcı ortam, diğer şeylerin yanı sıra, paslanmaz çeliğin pasif tabakasının stabilitesini, elektrokimyasal reaksiyonların hızını ve çukurlaşma, çatlak, galvanik, mikrobiyal (MIC) ve gerilim korozyonu çatlaması (SCC) potansiyelini belirler. Bu nedenle, doğru malzeme seçimi, sadece çelik kalitesinin ve kimyasal bileşiminin değil, aynı zamanda gerçek çalışma koşullarının da analizini gerektirir.

Aşındırıcı ortam ve korozyon mekanizması

Deniz korozyonu, atmosferik korozyon, toprak korozyonu veya su korozyonu gibi terimler öncelikle şunları tanımlar: korozyon ortamıBunlar, çukurlaşma, çatlak korozyonu, galvanik korozyon veya taneler arası korozyon gibi mekanizmalar veya tahribat biçimleriyle karıştırılmamalıdır.
Tek bir ortamda çeşitli korozyon mekanizmaları bir arada bulunabilir. Örneğin, deniz suyundaki klorürlerin varlığı paslanmaz çeliğin çukur ve çatlak korozyonunu teşvik edebilir, farklı metallerin teması galvanik korozyona neden olabilir, biyofilm mikrobiyal korozyonun (MIC) gelişimine katkıda bulunabilir ve stres, sıcaklık ve klorür ortamının uygun kombinasyonu stres korozyonu çatlamasına (SCC) yol açabilir.

Deniz ortamında korozyon

Deniz ortamı, birçok yapı malzemesi için en zorlu çalışma ortamlarından biridir. Deniz suyu, paslanmaz çeliğin pasif tabakasını destabilize edebilen ve çukurlaşma ve çatlak korozyonunun gelişimini teşvik edebilen önemli miktarda klorür içerir.

Ancak, korozyon koşulları deniz yapılarının tamamında aynı değildir. Suya sürekli batırılmış malzemeler, gelgit bölgesinde ve sıçrama bölgesinde veya kıyı atmosferinde farklı davranırlar. Sıcaklık, su hızı, oksijenlenme, biyofilm, tortular ve diğer metallerle temas da rol oynar.
Daha zorlu denizcilik uygulamalarında, standart östenitik çelikler, dubleks ve süperdubleks çelikler yerine, 6Mo tipi yüksek alaşımlı östenitik çelikler ve uygun şekilde seçilmiş nikel alaşımları kullanılır.

Korozja atmosferyczna

Atmosferik korozyon, atmosfere maruz kalan ve üzerlerinde nem tabakası oluşan metal yüzeylerde meydana gelir. Bu sürecin şiddeti, esas olarak yüzeyin ıslanma süresine, neme, sıcaklığa ve tuzların ve kirleticilerin varlığına bağlıdır.
Düşük kirlilik seviyelerine sahip kırsal bir atmosfer, genellikle endüstriyel veya kıyı atmosferine göre çok daha az zararlıdır. Denize yakın yerlerde tuzlu su spreyi klorürlere katkıda bulunurken, endüstriyel ortamlarda kükürt bileşikleri ve diğer kirleticiler ek bir rol oynayabilir.
Toz, tuz ve diğer kirleticiler nemi tutarak korozyona elverişli yerel koşullar yaratabilir. Bu nedenle, yüzeyin durumu, doğal temizliğe olanak sağlayan tasarımı ve periyodik temizliği, bileşenlerin dayanıklılığını önemli ölçüde etkileyebilir.

Toprak korozyonu

Yeraltı ortamı oldukça karmaşık ve heterojendir. Yeraltı yapılarının korozyonu, nem, toprak kimyasal bileşimi, klorür ve sülfat içeriği, pH, elektriksel iletkenlik, oksijen mevcudiyeti, mikrobiyal aktivite ve kaçak akımların varlığı gibi faktörlerden etkilenir.
Toprak heterojenliği, aynı bileşenin yüzeyinde elektrokimyasal koşullarda yerel farklılıklara yol açabilir. Özellikle boru hatlarına, tanklara, yer altı yapılarına ve farklı toprak tipleri arasındaki geçiş noktalarına dikkat edilmelidir.
Toprak altına gömülü yapılar için malzeme seçimi, korumanın yalnızca bir unsurudur. Yapıya ve koşullara bağlı olarak, uygun kaplamalar, katodik koruma ve kaçak akım kontrolü de kullanılır.

Tatlı ve endüstriyel suda korozyon

"Su" terimi tek bir aşındırıcı ortamı tanımlamaz. İçme suyu, nehir suyu, kuyu suyu, soğutma suyu, kazan suyu ve proses suyu, kimyasal bileşim ve aşındırıcılık açısından önemli ölçüde farklılık gösterebilir.
En önemli parametreler arasında klorür içeriği, pH, sıcaklık, oksijenlenme, sertlik, iletkenlik, tortu varlığı ve inhibitörler, biyositler ve diğer teknolojik katkı maddelerinin varlığı yer almaktadır. Akış koşulları da önemlidir. Durgunluk, tortu oluşumunu, biyofilm oluşumunu ve yerel oksijenlenme farklılıklarını teşvik edebilirken, belirli koşullar altında çok yüksek akış hızları erozyon ve aşındırıcı korozyon riskini artırabilir.
Paslanmaz çeliklerde klorürlere özellikle dikkat edilmelidir. Konsantrasyonları ve sıcaklıkları arttıkça, lokal korozyon riski artar ve malzemenin çukurlaşma ve çatlak korozyonuna karşı direnci ile PREN, CPT ve CCT gibi parametreler giderek daha önemli hale gelir.

Klorürlü ortamlarda korozyon

Klorürler, paslanmaz çeliklerin kullanımını sınırlayan en önemli faktörler arasındadır. Pasif tabakayı yerel olarak destabilize edebilir ve çukurlaşma ve aralık korozyonunun başlamasına yol açabilirler. Uygun koşullar altında, klorürler ayrıca gerilim korozyonu çatlamasına (SCC) da katkıda bulunabilirler.
Risk, yalnızca klorür konsantrasyonuna göre değerlendirilemez. Sıcaklık, pH, elektrokimyasal potansiyel, çatlak ve tortu varlığı ve yüzey koşulları önemli faktörlerdir. Bu nedenle, belirli bir tür için izin verilen klorür konsantrasyonu, tüm koşullar altında geçerli tek bir evrensel değer değildir.
Paslanmaz çeliklerin klorür ortamlarında lokal korozyona karşı direnci, öncelikle uygun krom, molibden ve azot içeriğiyle artar. PREN indeksi, başlangıç ​​malzeme karşılaştırması için kullanılırken, lokal korozyon başlangıcına karşı laboratuvar direnci ayrıca CPT ve CCT kullanılarak da karakterize edilebilir.

Asidik ortamlarda korozyon

Asidik ortamlar, malzemenin pasif tabakası belirli koşullar altında kararlı değilse, yoğun genel korozyona neden olabilir. Bununla birlikte, tek ve evrensel bir "asit direnci" yoktur. Malzeme davranışı, asidin türüne, konsantrasyonuna, sıcaklığa, oksijen ve diğer oksitleyicilerin varlığına ve klorür iyonları da dahil olmak üzere kirleticilere bağlıdır.
Sülfürik, hidroklorik, fosforik, nitrik, asetik ve formik asitler farklı aşındırıcı ortamlar oluşturur. Bir aside karşı yüksek direnç gösteren bir malzeme, başka bir aside karşı benzer direnç göstermeyebilir. Hidroklorik asit, asidik bir ortamı yüksek klorür aktivitesiyle birleştirdiği için birçok paslanmaz çelik için özellikle agresiftir.
Asidik ortamlarda kullanılacak bir malzeme seçilirken, malzeme – asit – konsantrasyon – sıcaklık – kirleticiler gibi belirli sistemlerin dikkate alınması gereklidir. Uygulamada, diğer şeylerin yanı sıra, verilen ortamın sıcaklığına ve konsantrasyonuna bağlı olarak korozyon oranını belirlemek için izokorozyon diyagramları kullanılır.

Alkali ortamlarda korozyon

Birçok paslanmaz çelik, orta derecede alkali ortamlara karşı iyi direnç gösterir, ancak özellikle yüksek sıcaklıklarda yüksek konsantrasyonlu alkaliler aşındırıcı olabilir. Alkalinin türü, konsantrasyonu, sıcaklığı ve ilave safsızlıkların varlığı önemli faktörlerdir.

Örnek olarak, birçok kimyasal işlemde kullanılan sodyum hidroksit (NaOH) verilebilir. Konsantrasyona ve sıcaklığa bağlı olarak, yanlış seçilmiş bir malzeme hızlandırılmış korozyona veya belirli gerilme korozyonu çatlama türlerine karşı hassas olabilir. Asidik ortamlarda olduğu gibi, direnç değerlendirmesi sadece "alkali ortam" terimine değil, belirli işlem koşullarına dayanmalıdır.

Gazlarda ve egzoz gazlarında korozyon

Gazlı ortamlar ve egzoz gazları, hem nem ve yoğuşma varlığında hem de yüksek sıcaklıklarda metallerde korozyona neden olabilir. Ortamın aşındırıcılığı, sıcaklık, su buharı, oksijen, kükürt bileşikleri, klor ve diğer gaz halindeki bileşenlerin içeriği ve bunların metal yüzeyinde yoğuşma potansiyeli gibi faktörlere bağlıdır. Yüzey sıcaklığının çiğlenme noktasının altına düştüğü ve çözünmüş yanma ürünleri içeren yoğuşmanın oluştuğu alanlar özellikle tehlikeli olabilir. Koşullara bağlı olarak, genel, yerel, yoğuşma ve yüksek sıcaklık korozyonu meydana gelebilir. Malzeme seçimi, hem gaz bileşimini, hem çalışma sıcaklığını hem de bileşenin yüzey sıcaklığını dikkate almayı gerektirir.

Atıksu ve kanalizasyon sistemlerinde korozyon

Kanalizasyon ve atıksu sistemleri, klorürler, sülfatlar, sülfürler, organik bileşikler, değişken pH, tortular ve mikroorganizmaların bir arada bulunabileceği karmaşık bir aşındırıcı ortam oluşturur. Özellikle mikrobiyal korozyon (MIC) ve anaerobik koşullar altında hidrojen sülfür (H₂S) oluşumu potansiyeli önemlidir. Kanalizasyonun üzerindeki boşluklarda, H₂S biyolojik süreçlerle oksitlenerek oldukça asidik bir ortam oluşturan bileşiklere dönüşebilir; bu da özellikle kanalizasyon altyapısının beton ve metal bileşenleri için önemli bir sorundur. Durgun ortamlar, tortular, biyofilm ve oksijenlenmedeki farklılıklar yerel korozyonu daha da artırabilir. Malzeme seçimi, atıksu bileşimini, sıcaklığı, pH'ı, klorürleri, kükürt bileşiklerini, akış koşullarını ve mikrobiyolojik aktiviteyi dikkate almalıdır.

Kimyasal ve petrokimyasal ortamlarda korozyon

Kimyasal ve petrokimya tesisleri, en çeşitli aşındırıcı ortamlardan bazılarıdır. Malzemeler asitler, bazlar, klorürler, hidrojen sülfür (H₂S), karbondioksit (CO₂), kükürt bileşikleri, çözücüler, proses suyu ve birçok kimyasalın karışımıyla temas edebilir. Bu koşullar genel ve lokal korozyona, gerilim korozyonu çatlamasına (SCC), tortu altındaki korozyona ve diğer prosese bağlı mekanizmalara yol açabilir. Malzeme direnci sadece ortamın kimyasal bileşimine değil, aynı zamanda konsantrasyonuna, sıcaklığına, basıncına, su içeriğine, akışına, kirleticilerine ve yapı içindeki gerilimlere de bağlıdır. Daha agresif ortamlarda, standart paslanmaz çeliklere ek olarak, dubleks ve süper dubleks çelikler, yüksek alaşımlı östenitik çelikler ve uygun şekilde seçilmiş nikel alaşımları kullanılır. Malzeme seçimi her zaman gerçek proses koşullarına dayanmalıdır, çünkü "kimyasal ortam" veya "petrokimya" gibi genel terimler korozyon riskinin tek bir değerlendirmesine izin vermez.

Çevrenin saldırganlığını belirleyen en önemli faktörler

Ortam türünden bağımsız olarak, korozyon süreçlerinin seyrini özellikle güçlü bir şekilde etkileyen birkaç parametre vardır:

• sıcaklık Sıcaklık artışı genellikle elektrokimyasal reaksiyonları hızlandırır ve yerel korozyona karşı direnci azaltabilir.
• pH – pasif tabakanın stabilitesini ve elektrokimyasal reaksiyonların seyrini etkiler,
• klorürler ve diğer halojenürler Paslanmaz çeliklerin yerel korozyonunu başlatan en önemli faktörler arasındadırlar.
• oksijen ve diğer oksitleyiciler – elektrokimyasal potansiyeli ve pasif tabakayı koruma yeteneğini etkiler,
• orta akış – Kütle transferini iyileştirebilir, ancak yüksek hızlarda ve parçacıkların varlığında erozyon korozyonu riskini de artırabilir.
• tortular ve çatlaklar – Ana ortamdan farklı yerel ortamlar oluşturmak ve çatlak korozyonunu teşvik etmek,
• mikroorganizmalar – Biyofilm ve mikrobiyolojik aktivite, yerel elektrokimyasal koşulları ve MIC gelişimini etkileyebilir.
• farklı metallerin teması – bir elektrolitin varlığında galvanik hücre oluşumuna yol açabilir.
• stres – belirli bir ortamla birleştiğinde, gerilim korozyonu çatlamasına (SCC) yol açabilir.

Aşındırıcı ortamlara uygun malzeme seçimi

Tüm ortamlar için en iyi olan tek bir paslanmaz çelik kalitesi yoktur. Popüler 304L ve 316L paslanmaz çelikler geniş bir uygulama yelpazesi için uygundur, ancak sıcak klorür ortamlarında, deniz suyunda, güçlü asitlerde veya özellikle çatlak korozyonuna duyarlı yapılarda dirençleri yetersiz olabilir.

Çevresel etkilerin artmasıyla birlikte, 904L gibi yüksek alaşımlı çelikler, dubleks ve süperdubleks çelikler, 1.4547 ve 1.4529 gibi 6Mo östenitik çelikler ve uygun şekilde seçilmiş nikel alaşımları kullanılmaktadır. Bununla birlikte, daha yüksek alaşım seviyesi, bir malzemenin her ortamda en iyi çözüm olacağı anlamına gelmez.

Seçim yapılırken ortamın kimyasal bileşimi, sıcaklık, pH, klorür konsantrasyonu, akış koşulları, çatlak ve tortu varlığı, gerilimler, yapım teknolojisi ve beklenen çalışma süresi dikkate alınmalıdır.

Çevre ve malzeme birlikte analiz edilmelidir.

Korozyon direnci, "korozyona dayanıklı çelik" gibi tek bir terimle yeterince tanımlanabilecek bir özellik değildir. Bir malzeme, belirli bir ortam ve çalışma koşullarına bağlı olarak korozyona karşı ya dirençlidir ya da hassastır.

Bu nedenle, bir tesisat tasarlanırken tüm sistemin analiz edilmesi gereklidir: malzeme – çevre – sıcaklık – tasarım – yapım yöntemi – işletme koşulları . Sadece bu yaklaşım, korozyon riskinin doğru bir şekilde değerlendirilmesine ve gerekli dayanıklılığa sahip malzemelerin seçilmesine olanak tanır.

Çeşitli ortamlarda metallerin korozyonu

Her bir aşındırıcı ortam ayrı ayrı analiz gerektirir. Aşağıdaki makaleler, aşağıdaki koşullar için korozyon mekanizmaları, risk faktörleri ve malzeme seçimi prensipleri hakkında ayrıntılı açıklamalar sunmaktadır:

Deniz korozyonu – çelik ve metallerin deniz suyunda korozyona uğraması
Korozja atmosferyczna
Toprak korozyonu
Tatlı ve endüstriyel suda korozyon
Klorürlü ortamlarda korozyon
Asidik ortamlarda korozyon
Alkali ortamlarda korozyon
Gazlarda ve egzoz gazlarında korozyon
Atıksu ve kanalizasyon sistemlerinde korozyon
Kimyasal ve petrokimyasal ortamlarda korozyon

Çalışma ortamı, metallerin ve alaşımların dayanıklılığını belirleyen temel faktörlerden biridir. Atmosfer, toprak, deniz suyu, endüstriyel su, klorürler, asitler ve bazlar tamamen farklı aşındırıcı koşullar yaratabilir ve farklı malzeme bozulma mekanizmalarını tetikleyebilir.
Bu nedenle, yalnızca malzeme türü bilgisi, dayanıklılığını değerlendirmek için yeterli değildir. Doğru seçim, gerçek çalışma koşullarının belirlenmesini ve oluşabilecek korozyon mekanizmalarının tanımlanmasını gerektirir. Bir yapının korozyon direncini doğru bir şekilde değerlendirmek için yalnızca malzeme ve çevre hakkındaki bilgilerin birleşimi gereklidir.

Çelik ve metallerin korozyon türleri

Korozyon, malzeme, ortam ve çalışma koşullarına bağlı olarak çeşitli mekanizmalarla meydana gelebilir. Ayrıca diğer korozyon türlerine de bakınız:
Çelik ve metallerin homojen korozyonu
Paslanmaz çeliklerde çukur korozyonu
Paslanmaz çeliklerde çatlak korozyonu
Paslanmaz çeliğin taneler arası korozyonu
Gerilim korozyonu çatlaması (SCC)
Galvanik korozyon
Aşındırıcı korozyon
Kavitasyon korozyonu
Korozyon yorgunluğu
Sürtünme korozyonu
Mikrobiyolojik korozyon (MIC)
Yüksek sıcaklık korozyonu

İlgili konular

CPT – Paslanmaz çeliklerin ve nikel alaşımlarının kritik çukur korozyon sıcaklığı
PREN – Paslanmaz çelik için çukur korozyon direnci indeksi
CCT – Paslanmaz çeliklerin ve nikel alaşımlarının kritik aralık korozyon sıcaklığı