в чем измеряется скорость коррозии
Скорость коррозии
Скорость коррозии – скорость изменения свойств строительного материала в изделии или в конструкции в единицу времени вследствие воздействия агрессивной среды.
[Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.]
Скорость коррозии – коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени.
Полезное
Смотреть что такое «Скорость коррозии» в других словарях:
Скорость коррозии — коррозионные потери с единицы поверхности в единицу времени. Источник: snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи 6. Скорость … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скорость коррозии — Коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени. Применение Применим для терминов: коррозия металлов, сплошная коррозия, разномерная коррозия, неравномерная коррозия, местная коррозия и подповерхностная коррозия. [ГОСТ 5272 68]… … Справочник технического переводчика
Скорость коррозии — Corrosion rate Скорость коррозии. Результат воздействия коррозии на металл за единицу времени. Используемая характеристика скорости коррозии зависит от технической системы и вида коррозии. Скорость коррозии может быть выражена как увеличение… … Словарь металлургических терминов
Скорость коррозии строительного материала — – скорость изменения свойств строительного материала в изделии или конструкции в единицу времени, вследствие воздействия агрессивной среды. [СТ СЭВ 4419 83] Рубрика термина: Общие, коррозия Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
скорость коррозии строительного материала — Скорость изменения свойств строительного материала в изделии или конструкции в единицу времени, вследствие воздействия агрессивной среды. [СТ СЭВ 4419 83] Тематики защита от коррозии в строительстве … Справочник технического переводчика
Скорость коррозии арматуры — коррозионные потери единицы поверхности арматуры в единицу времени. Источник: Распоряжение Росавтодора от 30.11.2010 N 773 р Об издании и применении ОДМ 218.3.001 2010 Рекомендации по диагностике активной коррозии арматуры в железобетонных… … Официальная терминология
Скорость коррозии строительного материала — 8. Скорость коррозии строительного материала Скорость изменения свойств строительного материала в изделии или конструкции в единицу времени, вследствие воздействия агрессивной среды Источник: СТ СЭВ 4419 83: Защита от коррозии в строительстве.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скорость коррозии арматуры — 3.3 скорость коррозии арматуры: Коррозионные потери единицы поверхности арматуры в единицу времени. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скорость коррозии строительного материала — скорость изменения свойств строительного материала в изделии или конструкции в единицу времени вследствие воздействия агрессивной среды. (Смотри: СТ СЭВ 4419 83. Защита от коррозии в строительстве. Конструкции строительные. Термины и… … Строительный словарь
Скорость коррозии рутения в растворах HCl различной концентрации (продолжительность опыта 15 ч.) — Концентрация HCl, н Анодный потенциал, мВ Плотность тока, А/м2 Выход по току на растворение Ru, % общая на растворение Ru … Химический справочник
Способы снижения интенсивности и скорости коррозии металлических изделий
Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлических поверхностей под влиянием взаимодействия металла с окружающей средой. Особенно сильно проявляя себя при повышенных механических и температурных напряжениях, коррозионные процессы наносят большой ущерб стальным конструкциям. Правильно оценить скорость коррозии означает повысить долговечность изделия.
Классификация видов ржавчины
Коррозия классифицируется по следующим признакам:
Интенсивность коррозии значительно увеличивается, если кроме неблагоприятных изменений/колебаний температуры и влажности на контактную поверхность металла дополнительно влияют напряжения растяжения, а также химически агрессивная среда.
Интенсивность коррозии многократно возрастает из-за растрескивания между смежными кристаллитами и их блоками. Еще агрессивнее на сталь воздействуют внешние растягивающе-сжимающие напряжения.
Механизмы возникновения и развития коррозионных явлений
Поскольку большинство стальных поверхностей работают в среде определенной влажности, а также в воде, водных растворах солей, кислот и щелочей, то преобладающим механизмом появления ржавчины является электролитический. Исключение составляет лишь печная коррозия, которая возникает в металлических конструкциях нагревательных устройств: там поверхностное разрушение происходит за счет образования высокотемпературной ржавчины – окалины.
Электролитическая
При электролитической коррозии в присутствии кислорода происходит реакция гидратации железа стали, конечным продуктом которой является гидрат окиси железа Fe(OH)2. Такое явление называют коррозией анодного типа. Но на этом процесс не заканчивается. Гидрат окиси железа – вещество нестабильное и в присутствии воды (или водных паров) довольно быстро распадается на различные окислы железа:
В любом случае поверхность стали ржавеет, только индикаторы данного явления могут быть либо красновато-коричневыми, либо серовато-желтыми.
В присутствии кислот
Несколько иной механизм образования ржавчины происходит в присутствии кислот, кислых растворов либо жидких сред, которые не содержат кислорода. Здесь происходит анодное растворение стали с образованием гидридов – соединений железа с водородом. Но последние являются химически нестойкими веществами, быстро окисляются в воздушной и влажной среде и также образуют ржавчину, только более рыхлую. Особенно быстро распадаются гидриды железа тогда, когда в атмосфере или окружающей среде присутствуют соединения серы.
В присутствии нагрузок
По третьей схеме происходит коррозия при наложении внешних нагрузок на контактные поверхности. Здесь, помимо двух традиционных составляющих, обязательно присутствует третий компонент – смазка. Поскольку все органические соединения всегда содержат кислород и водород, то при повышении температуры на контакте начинают протекать механохимические реакции окисления смазки. Они заканчиваются тем, что вместо снижения трения отработанная и частично уже разрушенная смазка начинает активно окислять поверхности, образуя ржавчины.
Методы оценки коррозионных процессов
Интенсивность коррозии относительно стали определяется в зависимости от характера коррозионных явлений. Начинают обычно с визуального выявления наличия ржавчины на поверхности.
С помощью обычного микроскопа или даже лупы можно довольно точно оценить интенсивность коррозионных процессов и степень повреждения поверхности металла.
Более точно определяют степень повреждения так называемые показатели коррозии. С их помощью можно выяснить:
Кроме количественной оценки наличия ржавчины, возможна и качественная. Ее индикаторами являются выявленные изменения микроструктуры стали. Так, выявляют межкристаллитную или избирательную коррозию. Гораздо реже интенсивность и скорость коррозии определяется по изменению химического состава окружающей металл среды или по количеству выделенного водорода.
Конкретные показатели коррозии, которые влияют на скорость коррозии, включают в себя:
Какую величину лучше использовать? Если есть возможность точно взвесить деталь до и после ее эксплуатации либо оценить изменения в химическом составе раствора, в котором эта деталь функционировала, то предпочтительнее интегральная оценка коррозионных процессов. В частности, оценивают работоспособность контактной смазки. Если деталь проверяется лишь несколько раз за год либо оценку интенсивности коррозионных явлений необходимо выполнить оперативно, то лучше использовать второй параметр.
Определение быстроты процессов коррозии
Показатели коррозии помогают определить и интенсивность неблагоприятных изменений. Для этого используют понятие «скорость коррозии металла». Ее можно оценить двумя различными характеристиками, изменяющимися во времени.
Индикаторы коррозии можно установить по следующим количественным характеристикам:
При этом количественными критериями для оценки характера коррозии стали в течение определенного периода времени могут быть:
На практике применение того или иного критерия зависит от способа защиты металлической поверхности. Ее можно окрасить атмосферостойкими красками, а можно использовать металл с защитными покрытиями. Если коррозия протекает равномерно, тогда эффективность защиты может быть оценена более точно.
Если же интенсивность образования ржавчины в разных местах изделия различна, то выбрать наиболее целесообразный способ защиты можно только тогда, когда деталь нагружается внешними растягивающими напряжениями. Тогда со временем изменяется не только внешний вид поверхности, но и некоторые ее физические характеристики, в частности, теплопроводность и электросопротивление.
Практика коррозионных испытаний металлов
Индикаторами коррозии являются климатические факторы – температура, состав и относительная влажность окружающей среды, характер распределения внешних нагрузок. Во внимание необходимо принимать также изменение освещенности по времени суток, количество осадков, возможное загрязнение воздуха. Например, в зонах выбросов дымовых отходов вблизи химических комбинатов и металлургических производств, сопровождающихся резким увеличением процентного содержания SO2, коррозионные процессы резко активизируются.
В качестве индикаторов коррозионной активности можно использовать количественные зависимости коррозии от времени:
Интенсивность образования ржавчины при таких условиях снижают:
При слабом ветре или его отсутствии нет условий для перемешивания потока, омывающего контактную поверхность стали. При длительных фазах пониженной и повышенной влажности в течение года пленка поверхностной ржавчины успевает сформироваться, набухнуть и отделиться от основного металла. Толщина поверхности снизится, зато коррозионные процессы вынуждены «запуститься» сначала, а для этого требуется не только время, но и подходящие условия – ветер или изменения в химическом составе воздуха, что бывает далеко не всегда.
Влага, кислота или щелочь могут попадать на поверхность стали в виде капель либо струйным путем. Первый способ характерен для зон с повышенным количеством осадков, а второй – для неблагоприятной окружающей среды, в которой функционирует деталь или металлическая конструкция.
Способы снижения коррозии: механизм и эффективность
Способность окрашенной поверхности противостоять коррозионным процессам зависит от того, какой механизм коррозии преобладает. Например, при постоянном во времени воздействии химически активной среды существенно изменяется разность потенциалов внешней поверхности металлического изделия и его внутренних объемов. При этом возникают коррозионные токи, усиливающие процесс коррозии (явление, часто вызывающее разрушение стальных труб в подземных трубопроводах). Здесь окрашивание не дает никакого эффекта, поскольку химический состав поверхности, покрытой слоем краски, со временем не меняется.
Покрытие металлами
Иное дело, когда поверхность покрыта металлом, имеющим отрицательный электролитический потенциал по отношению к окислительно-восстановительным процессам. При преобладании окислительных реакций сталь эффективнее защитить путем нанесения поверхностного покрытия, содержащего в себе алюминий и цинк, – металлы, которые по своей кислородной активности стоят «левее» железа.
Такие процессы – цинкование и алюминирование – широко применяются в практике антикоррозионной защиты стальных узлов и отдельных деталей, находящихся в окислительной среде. Окрашивание в данных ситуациях носит вспомогательный характер, для повышения декоративных характеристик поверхности.
В восстановительной среде процесс образования гидридов железа может быть эффективно блокирован созданием поверхностных покрытий из металлов, находящихся «правее» водорода: это медь и все благородные металлы. Меднение, хоть и используется на практике, обычно выполняется для относительно небольших по площади поверхностей, поскольку является весьма затратным процессом в плане финансов. Именно для таких ситуаций можно и нужно применять окрашивание.
Окрашивание
Защитная роль красок состоит в том, что в их составе всегда присутствуют ингибиторы коррозии – компоненты, замедляющие во времени скорость протекания процессов окалинообразования. Химические формулы веществ-ингибиторов разработаны таким образом, что в результате приостанавливается появление ржавчины. Эластичность современных окрашивающих составов позволяет покрытиям успешно противостоять также и поверхностным напряжениям, которые провоцируют начало коррозионных процессов.
Антикоррозионные свойства красок увеличиваются, если в их составе находятся кремнийорганические полимеры, которые повышают способность окрашенной поверхности противостоять перепадам влажности и температуры независимо от времени года. Однако такие краски обладают двумя существенными недостатками:
Таким образом, правильно подобранные красящие составы могут достаточно эффективно блокировать коррозионные процессы. Для этого они должны содержать в себе ингибиторы коррозии, иметь достаточную эластичность и механическую прочность, незначительно изменяющуюся со временем.
Показатели коррозии. Способы выражения скорости коррозии
Для количественной оценки скорости коррозии используют нижеследую-щие показатели.
Массометрический показатель скорости коррозии. Он определяется как отношение убыли массы металла в результате коррозии к его поверхности и времени испытания:
где mo, m – соответственно масса образца до и после испытания;
S – площадь поверхности образца;
t – время испытания.
Данный показатель используется при оценке равномерной коррозии. Он непригоден для оценки неравномерной коррозии, межкристаллитной коррозии.
Объемный показатель коррозии. Он определяется отношением объема выделенного или поглощенного газа в процессе коррозии к поверхности образца и времени испытания:
где V – объем поглощенного или выделенного газа.
Переход металла в продукты коррозии в кислых средах сопровождается выделением эквивалентного количества водорода. В нейтральных кислородосодержащих средах при образовании продуктов коррозии поглощается эквивалентное количество кислорода.
Глубинный показатель скорости. Он определяется как отношение глубины, образовавшейся в результате коррозии каверны, к времени испытания:
где l – глубина каверны.
Сопоставление этого показателя с массометрическим позволяет оценить степень неравномерности коррозии.
Механический показатель коррозии. Он характеризует изменение механических свойств металла в % за время испытаний. Например, показатель изменения предела прочности
где Gв1, Gв – соответственно предел прочности металла до и после испытаний.
Токовый показатель коррозии. С его помощью оценивается количество прокорродировавшего металла по известной силе коррозионного тока:
где I – ток коррозии;
F – константа Фарадея;
А – атомная масса металла;
n – валентность металла в данном коррозионном процессе.
В соответствии с ГОСТ 13819-68 коррозионную стойкость металлов (стойкость их сопротивляться коррозионному воздействию среды) рекомендуется определять в зависимости от скорости коррозии, которая оценивается по десятибалльной шкале (табл. 1.3).
Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов
| Группа стойкости | Скорость коррозии металла, мм/год | Балл |
| Совершенно стойкие | Менее 0,001 | |
| Весьма стойкие | Свыше 0,001 до 0,05 Свыше 0,005 до 0,01 | |
| Стойкие | Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1 | |
| Пониженно-стойкие | Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0 | |
| Малостойкие | Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5 до 10,0 | |
| Нестойкие | Свыше 10 |
Под скоростью коррозии в десятибалльной шкале понимают проникновение коррозии в глубину металла, которая рассчитывается по потере массы после удаления продуктов коррозии:
где DМ – убыль массы металла;
Коррозионную стойкость металлов при скорости коррозии 0,5 мм/год и выше оценивают по группам стойкости при скорости коррозии ниже 0,5 мм/год по баллам.
Периодичность оценки скорости коррозии оборудования рекомендуется следующая:
при скорости коррозии более 0,1 мм/год – 1,5…2 мес.;
при скорости коррозии менее 0,1 мм/год – 12 мес.
Следует отметить, что приведенная ниже шкала оценки коррозионной стойкости получила достаточно широкое распространение, однако она не универсальна в силу того, что понятие стойкости относительно и связано с назначением оборудования и свойствами коррозионной среды. В качестве примера в табл. 1.4 приведены данные о скорости коррозии стали нефтяного оборудования при контакте с типичной для него коррозионной средой.
2. Взаимодействие между частицами веществ*
Виды взаимодействий
При сближении молекул появляется притяжение, что обусловливает их взаимодействие. К основным видам взаимодействия молекул относятся ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи и донорно-акцепторное взаимодействие.
Ван-дер-ваальсовы силы включают в себя три составляющие: диполь-дипольное, индукционное и дисперсное взаимодействие (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия
а – диполь-дипольное (ориентационное);
При сближении полярных молекул они ориентируются таким образом, чтобы положительная сторона одного диполя была ориентирована к отрицательной стороне другого диполя. Возникающее взаимодействие называется диполь-дипольным. Энергия этого взаимодействия пропорциональна электрическому моменту диполя и обратно пропорциональна расстоянию между центрами диполей.
Диполи могут воздействовать на неполярные молекулы, превращая их в индуцированные (наведенные) диполи. Между постоянными и наведенными диполями возникает притяжение, энергия которого пропорциональна электрическому моменту диполя и обратно пропорциональна расстоянию между центрами молекул.
Энергия индукционного взаимодействия значительно меньше энергии диполь-дипольного взаимодействия.
В любой молекуле возникают флуктуации электрической плотности, в результате чего появляются мгновенные диполи, которые, в свою очередь, индуцируют мгновенные диполи у соседних молекул. Их появление и распад происходят синхронно. Энергия дисперсионного взаимодействия пропорциональна поляризуемости молекул и обратно пропорциональна расстоянию между центрами частиц.
Суммарная энергия ван-дер-ваальсовского взаимодействия молекул на 1-2 порядка ниже энергии химических связей.
Водородная связь
Энергия водородной связи возрастает с увеличением электро-отрицательности и уменьшением размеров атомов В, поэтому наиболее прочные водородные связи возникают, когда в качестве атомов В выступают F, О или N.
В жидком состоянии молекулы, вступающие в водородные связи, ассоциированы, а в твердом состоянии образуют сложные кристаллические структуры.
Образование межмолекулярных водородных связей приводит к существенному изменению свойств веществ: повышению вязкости, диэлектрической постоянной, температур кипения и плавления, теплот плавления и парообразования.
Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и ван-дер-ваальсовых сил.
Показатели коррозии. Способы выражения скорости коррозии
Скорость коррозии – многофакторный параметр, который зависит как от внешних условий среды, так и от внутренних свойств материала. В нормативно-технической документации существуют определенные ограничения по допустимым значениям разрушения металла при эксплуатации оборудования и строительных конструкций для обеспечения их безаварийной работы. В проектировании не существует универсального метода определения скорости коррозии. Это связано со сложностью учета всех факторов. Наиболее надежным методом является изучение истории эксплуатации объекта.
Критерии
Вам будет интересно:Процессы изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный для идеального газа
В настоящее время в проектировании техники используют несколько показателей скорости коррозии:
Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА
Жизнь программиста и интересные обзоры всего. Подпишись, чтобы не пропустить новые видео.
Первый показатель по прямому методу оценки является наиболее распространенным.
Показатели коррозии. Способы выражения скорости коррозии
Для количественной оценки скорости коррозии используют нижеследую-щие показатели.
Массометрический показатель скорости коррозии. Он определяется как отношение убыли массы металла в результате коррозии к его поверхности и времени испытания:
,
m
– соответственно масса образца до и после испытания;
– площадь поверхности образца;
Данный показатель используется при оценке равномерной коррозии. Он непригоден для оценки неравномерной коррозии, межкристаллитной коррозии.
Объемный показатель коррозии. Он определяется отношением объема выделенного или поглощенного газа в процессе коррозии к поверхности образца и времени испытания:
– объем поглощенного или выделенного газа.
Переход металла в продукты коррозии в кислых средах сопровождается выделением эквивалентного количества водорода. В нейтральных кислородосодержащих средах при образовании продуктов коррозии поглощается эквивалентное количество кислорода.
Глубинный показатель скорости. Он определяется как отношение глубины, образовавшейся в результате коррозии каверны, к времени испытания:
Сопоставление этого показателя с массометрическим позволяет оценить степень неравномерности коррозии.
Механический показатель коррозии. Он характеризует изменение механических свойств металла в % за время испытаний. Например, показатель изменения предела прочности
– соответственно предел прочности металла до и после испытаний.
Токовый показатель коррозии. С его помощью оценивается количество прокорродировавшего металла по известной силе коррозионного тока:
– атомная масса металла;
– валентность металла в данном коррозионном процессе.
В соответствии с ГОСТ 13819-68 коррозионную стойкость металлов (стойкость их сопротивляться коррозионному воздействию среды) рекомендуется определять в зависимости от скорости коррозии, которая оценивается по десятибалльной шкале (табл. 1.3).
Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов
| Группа стойкости | Скорость коррозии металла, мм/год | Балл |
| Совершенно стойкие | Менее 0,001 | |
| Весьма стойкие | Свыше 0,001 до 0,05 Свыше 0,005 до 0,01 | |
| Стойкие | Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1 | |
| Пониженно-стойкие | Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0 | |
| Малостойкие | Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5 до 10,0 | |
| Нестойкие | Свыше 10 |
Под скоростью коррозии в десятибалльной шкале понимают проникновение коррозии в глубину металла, которая рассчитывается по потере массы после удаления продуктов коррозии:
– убыль массы металла;
Коррозионную стойкость металлов при скорости коррозии 0,5 мм/год и выше оценивают по группам стойкости при скорости коррозии ниже 0,5 мм/год по баллам.
Периодичность оценки скорости коррозии оборудования рекомендуется следующая:
при скорости коррозии более 0,1 мм/год – 1,5…2 мес.;
при скорости коррозии менее 0,1 мм/год – 12 мес.
Следует отметить, что приведенная ниже шкала оценки коррозионной стойкости получила достаточно широкое распространение, однако она не универсальна в силу того, что понятие стойкости относительно и связано с назначением оборудования и свойствами коррозионной среды. В качестве примера в табл. 1.4 приведены данные о скорости коррозии стали нефтяного оборудования при контакте с типичной для него коррозионной средой.
| Углеводород | Скорость коррозии, г×(м2×ч) | Углеводород | Скорость коррозии, г×(м2×ч) | ||
| без Н2S | 800 мг/л Н2S | без Н2S | 800 мг/л Н2S | ||
| 0,5 н. раствор NaCl Гексан Бензол Циклогексан | 3,0 2,4 2,6 2,1 | 4,5 4,6 4,9 4,3 | Октан Этилбензол Гексадекан Додекан | 2,2 2,7 1,5 0,5 | 4,7 4,8 3,5 — |
2. Взаимодействие между частицами веществ*
Виды взаимодействий
При сближении молекул появляется притяжение, что обусловливает их взаимодействие. К основным видам взаимодействия молекул относятся ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи и донорно-акцепторное взаимодействие.
Ван-дер-ваальсовы силы включают в себя три составляющие: диполь-дипольное, индукционное и дисперсное взаимодействие (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия
При сближении полярных молекул они ориентируются таким образом, чтобы положительная сторона одного диполя была ориентирована к отрицательной стороне другого диполя. Возникающее взаимодействие называется диполь-дипольным. Энергия этого взаимодействия пропорциональна электрическому моменту диполя и обратно пропорциональна расстоянию между центрами диполей.
Диполи могут воздействовать на неполярные молекулы, превращая их в индуцированные (наведенные) диполи. Между постоянными и наведенными диполями возникает притяжение, энергия которого пропорциональна электрическому моменту диполя и обратно пропорциональна расстоянию между центрами молекул.
Энергия индукционного взаимодействия значительно меньше энергии диполь-дипольного взаимодействия.
В любой молекуле возникают флуктуации электрической плотности, в результате чего появляются мгновенные диполи, которые, в свою очередь, индуцируют мгновенные диполи у соседних молекул. Их появление и распад происходят синхронно. Энергия дисперсионного взаимодействия пропорциональна поляризуемости молекул и обратно пропорциональна расстоянию между центрами частиц.
Суммарная энергия ван-дер-ваальсовского взаимодействия молекул на 1-2 порядка ниже энергии химических связей.
Водородная связь
Энергия водородной связи возрастает с увеличением электро-отрицательности и уменьшением размеров атомов В, поэтому наиболее прочные водородные связи возникают, когда в качестве атомов В выступают F, О или N.
В жидком состоянии молекулы, вступающие в водородные связи, ассоциированы, а в твердом состоянии образуют сложные кристаллические структуры.
Образование межмолекулярных водородных связей приводит к существенному изменению свойств веществ: повышению вязкости, диэлектрической постоянной, температур кипения и плавления, теплот плавления и парообразования.
Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и ван-дер-ваальсовых сил.
Расчетные формулы
В общем случае весовые потери, определяющие скорость коррозии металла, находят по следующей формуле:
где q – уменьшение массы металла, г;
S – площадь поверхности, с которой произошел перенос материала, м2;
t – период времени, ч.
Для листового проката и изготовленных из него обечаек определяют глубинный показатель (мм/год):
m – глубина проникновения коррозии в металл.
Между первым и вторым показателями, описанными выше, существует следующая зависимость:
где ρ – плотность материала.
Снижение скорости коррозии металла
Вред, причиняемый коррозией, не сводится только к разрушению самих изделий или деталей из металлов. Кроме того, что при ее воздействии приходят в негодность уже изготовленные предметы, пропадают усилия и труд людей, потраченные на производство. Основная причина расходов — это замена или ремонт деталей, вышедших из строя под влиянием этого процесса.
От того, где и как используются изделия, и от нахождения металла в грунте, на воздухе, при создании подводных трубопроводов или судов, различают два вида воздействия этого процесса:
В случае равномерной коррозии скорость может быть определена по формуле:
v — скорость коррозии, которую обычно выражают в таких единицах: г/(м2•ч) или мг/(см2•сут);
Δm — убыль (увеличение) массы;
S — площадь поверхности;
Снижение скорости и уменьшение глубины коррозии является главной целью защиты железа и его сплавов от разрушения, вызванного этим процессом. Уменьшение поражения ржавчиной металлических деталей и конструкций достигается несколькими способами:
Изменение окружающей среды, вызывающей ржавчину, достигается внесением в нее различных ингибиторов коррозии. Этот способ находит все большее применение для снижения коррозии стали.
Сталь — наиболее распространенный вид металлических сплавов, используемых человеком, который производится путем выплавки и смешивания с различными элементами, создающими необходимые качества получаемого материала. За счет этого коррозия стали может снижаться.
Добавляют химические элементы на стадии получения, причем эти добавки не влияют на общие показатели металла. Этим способом получают легированные, нержавеющие стали.
Покрытия, предотвращающие явление ржавления или замедляющие его, называются антикоррозийными.
Слои могут наноситься лакокрасочным и гальваническим способами. Иногда их совмещают, получая покрытие, при котором коррозия стали снижается до минимума, что расширяет область применения материала.
Электрохимическим предохранением от коррозии является то, которое непосредственно влияет на смену потенциала железной детали в зависимости от области использования. Такая реакция проводится, когда заведомо известно место применения изделия. Она может быть анодной или катодной.
Самое неприятное в происходящем явлении, что ржавление (коррозия стали) является причиной разрушения или снижения прочности уже готовых изделий, которые непосредственно влияют на жизнь человека.
К примеру, аварии на различных трубопроводах, осуществляющих подачу газа, нефти; поломки или крушение разводных мостов, металлических конструкций, подъемных кранов.
Коррозии стали постоянно изучаются, и все новые способы предохранения от этого процесса разрабатываются с появлением новых технологий и развитием науки.
Основные факторы, влияющие на скорость коррозии
На скорость разрушения металла влияют следующие группы факторов:
Физико-химические свойства
Вам будет интересно:Такие обычные люди, или значение «почему бы и нет»
Наибольшее значение среди внутренних факторов коррозии имеют следующие:
О долговечности металла в грунте
В наше время имеется целый комплекс определенных стандартов, который устанавливает общие нормы, требования, правила и методы защиты, касаемо конструкций из металла от коррозии, старения и различного рода биоповреждений, на всех этапах срока службы изделия. (Стандарты ЕСЗКС – Единая система защиты от коррозии и старения материалов и изделий).
Кроме стандартов ЕСЗКС, существуют требования касаемые коррозионной стойкости. Они также устанавливаются нормативами на отдельные виды той или иной конструкции и ее деталей в зависимости от действующих коррозионных факторов.
Рассмотрим критерии опасности коррозии для подземных сооружений (фундаментов):
Исходя из этих критериев, следует, что скорость коррозии металла в грунте зависит от:
Также следует учесть наличие антикоррозионного покрытия, препятствующего коррозии.
Исследования по определению электрического сопротивления грунта с учетом возможного повышения влажности и изменения температуры проводились Американским Федеральным дорожным агентством (Federal Highway Administration – FHWA) и отражены в руководстве для инженеров транспорта.
Определение pH грунтов возможно на основе исследований Американского института стали и сплавов (American Iron and Steel Institute – AISI), согласно которым значение pH грунтов составляет от 6,5 до 8.
Завод Свайных Конструкций, привлекая к совместной работе ведущии НИИ, оказывает услуги по исследованию грута на месте застройки для определения всех вышеперечисленных свойств, а так же полный спект геодезических исследований.
Узнать больше о методах исследования, а так же самостоятельно провести первичные исследования грунта и определить рН на Вашем участке, Вы можете руководствуясь статьей — Определение кислотности почвы
Влияние кислотности среды
Вам будет интересно:Шуточные номинации для учителей на выпускной
В процессе химической коррозии концентрация ионов водорода оказывает влияние на следующие моменты:
При рН в интервале значений 4-10 единиц (кислый раствор) коррозия железа зависит от интенсивности проникновения кислорода к поверхности объекта. В щелочных растворах скорость коррозии сначала уменьшается из-за пассивации поверхности, а затем, при рН>13 увеличивается в результате растворения защитной оксидной пленки.
Для каждого вида металла существует своя зависимость интенсивности разрушения от кислотности раствора. Благородные металлы (Pt, Ag, Au) устойчивы к коррозии в кислой среде. Zn, Al быстро разрушаются как в кислотах, так и в щелочах. Ni и Cd устойчивы к щелочам, но легко корродируют в кислотах.
Результаты коррозии металла. Методы определения скорости коррозии.
По какому бы типу ни протекала коррозия, в результате ее металл разрушается. Прежде всего страдает внешний вид изделия: гладкая отполированная поверхность становится тусклой, затем шероховатой и, наконец, покрывается различными химическими соединениями — продуктами коррозии. Она проникает и в глубь металлических изделий, окончательно разрушая их.
Метод определения потери веса металла. Потери от коррозии.
Для определения величин коррозийной устойчивости разных металлов, используют несколько шкал оценок. Самый распространенный метод оценки по потере веса металла.
Метод заключается в взвешивании детали до того, как она подвергается коррозии, а затем после удаления коррозии с поверхности детали, по разности веса вычисляют потерю металла.
Принято, например, считать металл вполне стойким, если потери в весе вещества не более 0,1 г с 1 м2/ч поверхности. При потере металла от 3 до 10 г · м2/ч металл считают малостойким, при большей потере — нестойким.
Определение скорости коррозии металла.
Иногда коррозионную стойкость определяют по количеству выделившегося водорода, например, при растворении металла в кислотах.
Образец металла, предварительно обработанный соответствующим образом, погружают в раствор электролита, например кислоты, накрывают воронкой, на которую одета бюретка. Бюретку наполняют тем же раствором кислоты. Выделяющийся газ (обычно водород) через воронку попадает в бюретку и вытесняет из нее раствор кислоты.
По количеству выделившегося водорода, а также по скорости его выделения судят о коррозионной стойкости металла.
Этот метод часто используют для определения скорости протекания химического взаимодействия металла с такими кислотами, как серная, соляная, а также иногда для определения характеристики растворения алюминия и цинка в растворах щелочей и кислот.
Результаты коррозии металла.
Однако методы оценки коррозионных разрушений по потере веса или по выделению водорода не всегда дают представление как о характере самого процесса коррозии, так и о возможных ее последствиях.
Состав и концентрация нейтральных растворов
Скорость коррозии в нейтральных растворах зависит в большей степени от свойств соли и ее концентрации:
Некоторые виды солей способны образовывать труднорастворимую пленку (например, фосфорнокислое железо). Это способствует защите металла от дальнейшего разрушения. Данное свойство используется при применении нейтрализаторов ржавчины.
Классификация видов коррозии и способы защиты от нее
Коррозия представляет собой опасный процесс деградации(то есть разрушения) верхнего слоя металлов под влиянием разнообразных сред. Обычно коррозию провоцирует химическая среда, которая окружает металл.
Вне зависимости от вида конструкции и ее работы, самым простым и понятным методом для ведения борьбы с таким явлением, для «защиты от коррозии» используются защитные краски и специальные лаки.
Основные типы коррозии
Говоря о механизме коррозийного процесса можно заметить 2 главных типа коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая — это явственный итог прохождения реакций, во время которых, после уничтожения металлической связи, части металла и все атомы, которые входят в окислители, создают собой крепкую связь.
Электроток между различными частями поверхности металл не может возникнуть. Данная разновидность коррозии может быть присуща химическим средам, которые не в состоянии передавать электроток.
Замедлители коррозии
Замедлители (или ингибиторы) коррозии различаются по механизму действия на окислительно-восстановительный процесс:
К последней группе относятся нейтрализаторы ржавчины, которые используются также для очистки от окислов. В их состав, как правило, входит ортофосфорная кислота. Под ее влиянием происходит фосфатирование металла – образование прочного защитного слоя нерастворимых фосфатов. Нейтрализаторы наносят пульверизатором или валиком. Через 25-30 минут поверхность приобретает бело-серый цвет. После высыхания состава наносят лакокрасочные материалы.
Влияние различных факторов на почвенную коррозию
Влияние влажности грунта на почвенную коррозию металла.
Влага в почве присутствует почти везде. Где-то ее больше, а где-то меньше. Именно влажность грунта очень сильно влияет на скорость почвенной коррозии, превращая почву в электролит. Она же вызывает электрохимическую коррозию находящихся в грунте металлоконструкций. Вода в грунте может быть: капиллярной, гравитационной, связанной. Капиллярная влага собирается в порах грунта. Высота подъема ее по капилляру зависит от диаметра пор. Капиллярная влага сильно влияет на скорость почвенной коррозии. Связанная влага на скорость почвенной коррозии не влияет, т.к. находится в виде гидратированных химических соединений. Под действием силы тяжести в грунтах и почвах постоянно перемещается вода, которая оказывает, как и капиллярная, значительное влияние на скорость почвенной коррозии.
Максимальная скорость почвенной коррозии наблюдается при влажности грунта 15 – 25%. Это объясняется уменьшением омического сопротивления коррозионных элементов. С повышением влажности почвы анодный процесс проходит легче (за счет затруднения пассивации поверхности металла), а катодный – труднее (грунт насыщается влагой, затрудняется его аэрация). Влажность, при которой наблюдается наибольшая скорость коррозии, называют критическим показателем влаги для грунта. Для глинистых грунтов он составляет около 12 – 25%, для песчаных 10 – 20%.
Пористость (воздухопроницаемость) грунта
Пористость (воздухопроницаемость) грунта влияет на способность длительное время сохранять влагу и аэрацию. Воздухопроницаемость зависит от состава грунта, его плотности, влажности. Грунты, хорошо пропускающие воздух (песчаные), более агрессивны. В песчаных грунтах катодный процесс протекает с облегчением. На практике бывают случаи, когда подземный трубопровод большой протяженности проходит через разного вида грунты.
Если он проходит последовательно в песчаной, а потом глинистой почве, где условия аэрации металлической поверхности очень различаются, то возникают аэрационные микрогальванические коррозионные зоны. Поверхность трубопровода в песчаной зоне будет играть роль катода, а глинистой – анода. Разрушение металла будет происходить на анодных участках, где затруднен доступ кислорода к поверхности. Интересно, что катодная и анодная зоны могут находится на расстоянии больше сотни метров. При этом коррозионный процесс будет отличаться омическим торможением.
Кислотность грунта.
Для большинства грунтов значение рН составляет 6,0 – 7,5. Высококоррозионными являются почвы, рН которых сильно отличается от данного значения. К ним относятся торфяные, болотистые грунты, значение рН которых составляет 3 – 6. А также щелочные солончаки и суглинки, с рН почвы 7,5 – 9,5. Очень агрессивной средой по отношению к сталям, свинцу, меди, цинку является чернозем, содержащий органические кислоты.
Одна из самых агрессивных почв – подзол. Сталь в подзоле корродирует в 5 раз быстрее, чем в других грунтах.
Кислотность грунтов ускоряет почвенную коррозию, т.к. вторичные продукты коррозии становятся более растворимы, существует возможность дополнительной катодной деполяризации ионами водорода.
Электропроводность грунта.
Электропроводность грунта зависит от его минералогического состава, количества влаги и солей в почве. Каждый вид грунта имеет свое определенное значение электропроводности, оно может колебаться от нескольких единиц до нескольких сотен Ом на метр. Соленость грунта оказывает огромное влияние на его электропроводность. С увеличением содержания солей легче протекают анодный и катодный электродные процессы, что снижает электросопротивление. Почти всегда определив электропроводность грунта можно судить о его степени коррозионной агрессивности (для стали, чугуна). Исключение составляют водонасыщенные почвы.
Минералогический состав и неоднородность грунта.
Минералогический состав и неоднородность грунта оказывают большое влияние (как и влажность) на омическое сопротивление. В глинисто-песчаном влажном грунте удельное сопротивление почвы составляет около 900 Ом•см, а в таком же грунте, только сухом – 240000 Ом•см. С уменьшением удельного сопротивления грунта его агрессивность увеличивается.
Минерализация почвы может колебаться в пределах 10 – 300 мг/л.
Неоднородность грунта приводит к возникновению гальванопар, которые только усиливают почвенную коррозию, делают разрушение неравномерным.
Влияние температуры грунта на почвенную коррозию металлов. Температура может колебаться в очень больших пределах. Зимой, когда свободная вода, заполняющая капилляры в почве замерзает — скорость почвенной коррозии немного уменьшается. Это также связано с плохой аэрацией поверхности металла. В летнее время, когда на улице стоит жара, скорость почвенной коррозии может замедлятся также, что объясняется высыханием почвы. Самый большой ущерб почвенная коррозия наносит в межсезонье, когда грунт достаточно влажный, созданы оптимальные условия для протекания коррозионного процесса. Температура грунта зависит от времени года, географической широты, времени суток, погоды.
Значительное различие температур на конструкции, имеющей большую протяженность (подземный трубопровод) может быть причиной образования термогальванических коррозионных пар, которые обеспечивают усиление местной почвенной коррозии.
Влияние микроорганизмов на почвенную коррозию металлов.
В почве живут и развиваются два вида микроорганизмов: аэробные (могут существовать только при наличии кислорода), анаэробные (для обеспечения их жизнедеятельности кислород не требуется). Они оказывают огромное влияние на почвенную коррозию металлов. Почвенная коррозия металлических сооружений, вызванная жизнедеятельностью живых микроорганизмов носит название биологическая (биокоррозия) либо биохимическая.
Аэробные микроорганизмы (почвенные) существуют двух видов: одни принимают непосредственное участие в осаждении железа, другие – окисляют серу. Оптимальными условиями для существования анаэробных серобактерий является кислая среда (3 – 6 рН). Серобактерии окисляют сероводород в серу, а потом — серную кислоту по следующим уравнениям:
2H2S + O2 = 2H2O + S2;
S2 + 2H2O + 3O2 = 2H2SO4.
В местах наибольшего количества серобактерий концентрация серной кислоты может достигать 10%. Это очень сильно ускоряет почвенную коррозию, особенно стали.
При рН грунта около 4 – 10 развиваются бактерии, перерабатывающие железо. Эти бактерии в процессе своей жизнедеятельности поглощают ионы железа, а выделяют нерастворимые соединения, содержащие Fe. В местах скопления железобактерий наблюдается большое количество нерастворимых железистых соединений, которые увеличивают гетерогенность поверхности. Это явление также оказывает большое влияние на скорость почвенной коррозии.
Анаэробные микроорганизмы могут вырабатывать углеводороды, сероводород, угольную кислоту и множество других химических соединений. Они могут разрушать защитные покрытия, воздействовать на ход анодной и катодной реакции, менять характеристики почвы.
Среди анаэробных микроорганизмов самыми опасными можно считать сульфатредуцирующие бактерии. Оптимальные условия для их существования, почва со значением рН 5,5 – 8 (болотные, глинистые, илистые грунты). Бактерии восстанавливают сульфаты, содержащиеся в почве. Этот процесс можно описать следующим уравнением:
MgSO4 + 4H = Mg(OH)2 + H2S + O2.
Выделившийся кислород обеспечивает протекание реакции на катоде. Сероводород и сульфиды в почве являются причиной появления на поверхности эксплуатируемой конструкции рыхлого слоя сульфида железа.
Коррозия носит питтинговый характер.
Механическое воздействие
Повышению коррозии в агрессивной среде способствуют такие типы механического воздействия, как:
Конструктивные факторы
Вам будет интересно:Копать или капать? Как правильно написать?
При конструировании элементов, работающих в агрессивных условиях, необходимо учитывать, что скорость коррозии возрастает в следующих случаях:
Статья про коррозию нержавеющей стали
Вы только что установили новую, полностью нержавеющую систему циркуляции воды – чистую, серебристую и красивую. Вы запустили свой технологический процесс, будучи уверенными, в том, что проблемы контаминации полностью решены. Но, по истечении нескольких месяцев, проба воды содержит бурую, желеобразную субстанцию в отобранной пробе. Вы открываете систему и обнаруживаете, что резервуар содержит внутри по всей поверхности бурые отложения. Вы открываете насос и обнаруживаете, что лопасти также с красным налетом, спиральная камера и выпускные отверстия также с красным налетом. Вы заглядываете в теплообменник и видите еще больше этого цвета. Золотники клапанов имеют все тот же буроватый налет у отверстий подачи. Что идет не так? Почему хорошая нержавеющая сталь поржавела? Чтобы понять, что происходит, необходимо еще раз проанализировать основные сведения о нержавеющей стали и процессе коррозии. Что такое нержавеющая сталь? Нержавеющая сталь является железом с добавкой хрома, чтобы придать железу свойство сопротивления окислению. Другие вещества добавляются для придания особых свойств или свойств нержавения для особых сред использования. Главное помнить, что нержавеющая сталь в основе своей представляет железо (около 70% для типа 304L и 69% для типа 316L). Как корродирует нержавеющая сталь? Есть пять основных процесса, приводящих к коррозии нержавеющей стали: Однородная коррозия; Межкристаллитная коррозия; Гальваническая или обычная коррозия, включающая изъязвление и коррозию в трещинах; Коррозия в трещинах от механического воздействия; а также Коррозию, вызванную микробиологическими факторами (МИК). В дополнение, ряд механических процессов усиливает пять основных процессов образования ржавчины. Эти процессы включают эрозию, порообразование, истирание ( отслаивание), образование коррозионных элементов, а также изменения поверхности под термическим или электрическим воздействием. Все эти процессы имеют одну общую черту: слой пассивации оксидом хрома нарушается, и незащищенная железная составляющая окисляется. Для понимания явления ржавления рассмотрим только два процесса: Однородная или обычная коррозия и Изъязвляющая коррозия вместе с эрозией, изъязвлением и образованием коррозионных элементов. Где возникает коррозия Коррозия может возникать в чистой воде, сверхчистой воде, паре, очищенной питьевой воде или неочищенной технической воде. На сегодняшний день выявлено пять процессов. 1. Контаминация железом Соединение нержавеющей стали с углеродистой сталью приведет к вытяжке железа на поверхности, которые будут подвержены ржавчине при пуске в эксплуатацию. Приваривание временных крепежей из углеродистой стали к нержавеющей стали с последующей шлифовкой швов приводит к истиранию хромированного слоя, который будет корродировать при эксплуатации системы. Использование проволочных щеток из углеродистой стали или шлифовальных кругов, загрязненных углеродистой сталью, приведут к образованию ржавчины. Механизм образования ржавчины весьма прост: ЖЕЛЕЗО + ВОДА + РЖАВЧИНА, Лучшее средство предупреждения образования ржавчины диктуется здравым смыслом: всегда покрывать все поверхности из углеродистого железа деревом, пластмассой или картоном во избежание контакта с нержавеющей сталью; никогда не приваривать углеродистую сталь к нержавеющей стали; всегда использовать щетки из исключительно нержавеющей стали и шлифовальные круги « предназначенные исключительно для нержавеющей стали»; всегда производить химическую пассивацию азотной или лимонной кислотой перед вводом в эксплуатацию. Ржавчина может вызвать изъязвление или точечное образование ржавчины на нержавеющей стали под воздействием окислителя, поэтому она должна быть удалена. Поэтому необходима пассивация, которая не только увеличивает коэффициент наличия хрома (по отношению к железу на поверхности), но и предотвращает любую контаминацию железом. Используются два основных технических регламента для чистки и пассивации: «ASTM A 380 «Стандартные условия чистки, 2 удаления накипи и пассивации частей, оборудования и систем из нержавеющей стали»» и «ASTM A 967 «Стандартные условия обработки химической пассивации частей из нержавеющей стали». Как обработанная, так и не обработанная вода могут приводить к ржавлению (даже умягченная вода). Причиной является содержание воды – в первую очередь, бикарбонаты железа. Умягчение не удаляет анионы, такие как карбонаты, бикарбонаты, сульфаты, хлориды и т.п., а только обеспечивает обмен с катионами, такими как кальций и магний с содой и калием. В отличие от карбоната железа, бикарбонат железа полностью растворим, но легко окисляется до карбоната железа. Карбонат железа нерастворим и имеет буро-коричневый цвет. Он растворяется в сильных кислотах. Обработанная или питьевая ( пригодная для питья) вода обычно очищается для удаления взвешенных твердых частиц, фильтруется для удаления мельчайших частиц и, уничтоженных хлором или диоксидом хлора, бактерий. Данный процесс имеет незначительные последствия или не имеет последствий для ионов бикарбоната постольку, поскольку он уравнивается низким содержанием углеродистого железа в трубопроводе и содержанием кислорода. При попадании воды во внутреннюю среду, такую как нержавеющая сталь или фарфор, бикарбонаты начинают окисляться: 2Fe(HCO3)2 + Ca(HCO3)2 + Cl ® 2Fe(OH)3_ + CaCl2 + 4CO2 2Fe(OH)3 ® Fe203 + H2 Окись железа Fe203 становится бурым, и, когда это происходит, это называется появлением красного железняка. Сварной шов начинает корродировать, в связи с бурыми отложениями, по причине образования коррозионных элементов под воздействием ржавчины и хлорида кальция. В необработанной воде происходит подобная реакция, за исключением присутствия хлора, и кислорода, растворенного в воде, являющегося активным реагентом. 6Fe(HCO3)2 O2®2Fe2(CO)3_ +2Fe (OH)2 + 4H2O Карбонат железа начинает присутствовать и гидроксид железа образовывает желеобразную субстанцию, которая выявляется как окислы железа. Присутствует незначительное отклонение цвета, т.к. гидроксид железа желтого цвета. В больших резервуарах наиболее бурые отложения обычно сверху и уменьшаются ко дну. Весьма обычно наблюдать относительно чистое состояние большого резервуара. 2. Чистая и высоко очищенная вода Чистая и высоко очищенная вода обычно используется в отраслях промышленности, где результат недостаточной очищенности может иметь существенные последствия: в таких как производство фармацевтической продукции или полупроводников. В фармацевтике она называется ВДИ или вода для инъекций. Типичная обработка предусматривает фильтрацию, умягчение, катионообмен и ионообмен, обратный осмос, обработку ультрафиолетом и, при необходимости, ионизацию. Процесс дистилляции может использоваться в качестве окончательной очистки. В результате получаем воду с чрезвычайно низкой проводимостью. Нержавеющая сталь типа 316L — обычный материал конструкции оборудования. Некоторые из этих комплексов остаются чистыми, но некоторые другие – ржавеют. Даже системы, которые прошли электрополировку, имеющие шероховатость поверхности менее 10 микродюймов ( 7 имеет обеспечивает меньшую возможность образования ржавчины, нежели жесткость рН
Существует несколько способов оценки скорости разрушения металлов в агрессивных средах: