Что такое коррозионная стойкость металлов


Коррозионная стойкость металлов. Виды коррозий

Коррозионная стойкость — способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях.

Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии.

Для количественной оценки можно использовать:

  • число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени;
  • время, истекшее до появления первого коррозионного очага;
  • изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени;
  • уменьшение толщины материала в единицу времени;
  • плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;
  • объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени;
  • изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления, отражательной способности материала, механических свойств)

Разные материалы имеют различную коррозионную стойкость, для повышения которой используются специальные методы. Повышение коррозионной стойкости возможно при помощи легирования (например, нержавеющие стали), нанесением защитных покрытий (хромирование, никелирование, алитирование, цинкование, окраска изделий), пассивацией и др. Устойчивость материалов к воздействию коррозии, характерной для морских условий, исследуется в камерах солевого тумана.

Наиболее лёгкой формой коррозионного воздействия является изменение цвета и потеря блеска, что в принципе мало заметно издалека. При помощи санации поверхности обычно можно вернуть стали прежний привлекательный вид.

Оспенная коррозия

Оспенная коррозия (питтинговая коррозия) — это вид коррозионного воздействия, вызываемого хлоридами.

Обычно сначала появляются маленькие точки тёмно-рыжего цвета и лишь в очень сложных случаях они могут разрастаться до такой степени, что коррозия переходит в новую стадию, сплошную поверхностную коррозию. Риск возникновения коррозии усиливается, если на поверхности после сваривания остаются инородные материалы (лак и т.п.), если на поверхность попадают частицы другого корродировавшего металла, если после термообработки не был удалён цвет побежалости.

Коррозионное растрескивание

Коррозионное растрескивание — это разрушение металла вследствие возникновения и развития трещин при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды. Оно характеризуется почти полным отсутствием пластической деформации металла.

Такой вид коррозии появляется в средах с повышенным содержанием хлоридов, например, в бассейнах.

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия — возникает в местах стыка, обусловленных конструктивными или эксплуатационными требованиями.

На степень коррозионного воздействия будет оказывать влияние геометрия стыка и тип соприкасающихся материалов. Наиболее опасны узкие стыки с малыми зазорами и соединение стали с пластиками. Если же избежать стыков не возможно, то рекомендуем использовать нержавеющие стали, легированные молибденом.

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия — этот вид коррозии возникает в настоящее время на сталях после сенсибилизации в сочетании с использованием в кислых средах.

Во время сенсибилизации выделяются карбиды хрома, которые накапливаются по границам зёрен. Соответственно возникают области с пониженным содержанием хрома и более подверженные коррозии. Подобное происходит, например, во время сваривания в зоне теплового воздействия.

Все аустенитные стали обладают стойкостью к межкристаллитной коррозии. Их можно подвергать свариванию (лист до 6 мм, пруток до 40 мм) без риска возникновения МКК.

Биметаллическая или гальваническая коррозия

Биметаллическая коррозия — возникает при работе биметаллического коррозионного элемента, т.е. гальванического элемента, в котором электроды состоят из разных материалов.

Очень часто необходимо использовать неоднородные материалы, чьё сопряжение при определённых условиях может приводить к коррозии. При сопряжении двух металлов биметаллическая коррозия имеет гальваническое происхождение. При этом виде коррозии страдает менее легированный металл, который в обычных условиях, не находясь в контакте с более легированным металлом, не подвержен коррозии. Следствием биметаллической коррозии является как минимум изменение цвета и, например, потеря герметичности трубопроводов или отказ крепежа. В конечном итоге указанные проблемы могут приводить к резкому сокращению срока службы строения и необходимости преждевременного капитального ремонта. В случае с нержавеющими сталями биметаллической коррозии подвергается сопрягаемый с ними менее легированный металл.

Металлы и коррозионная стойкость

Основной проблемой обрабатывающей промышленности является коррозия металлов в трубах, клапанах и других частях конструкций. Допустимые комбинации более или менее агрессивных жидкостей и обычно используемых материалов указаны ниже.

Примечание! Помните, что коррозия - это сложная проблема, которая зависит от сочетания материалов и жидкостей, температуры жидкости, окружающей среды и гальванических токов в конструкциях.Приведенную ниже таблицу необходимо использовать с осторожностью. Всегда уточняйте у производителя материала.

Для полного стола с дюриметом, монелем, хастелоем, титаном, сплавом на основе кобальта и нержавеющей сталью 416 - поверните экран!

900 70 900 64 Ацетат натрия
Коррозионная стойкость 1) Хорошо 2) Будьте осторожны 3) Не используется
Жидкость Металл
Углеродистая сталь Чугун Нержавеющая сталь 302 и 304 Сталь Нержавеющая сталь 316 Бронза Durimet Монель Hasteloy B Hasteloy C Титан Сплав на основе кобальта 6 416 Нержавеющая сталь
Ацетальдегид 1 1 1 1 1 1 1 na 1 na na 1
Уксусная кислота, без воздуха 3 3 2 2 2 1 2 1 1 1 1 3
Уксусная кислота, газированная 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3
Уксусная кислота, пары 3 3 1 1 2 2 2 na 1 1 1 3
Ацетон 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Ацетилен 90 065 1 1 1 1 1 1 1 1 na 1 1
Спирты 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Сульфат алюминия 3 3 1 1 2 1 2 1 1 1 na 3
Аммиак 1 1 1 1 3 1 3 1 1 1 90 065 1 1
Хлорид аммония 3 3 2 2 2 1 2 1 1 1 2 3
Нитрат аммония 1 3 1 1 3 1 3 1 1 1 1 3
Фосфат аммония 4 3 1 1 2 2 2 1 1 1 1 2
Сульфат аммония 3 3 2 1 2 1 1 1 1 1 1 3
Сульфит аммония 3 3 1 1 3 1 3 na 1 1 1 2
Анилин 3 3 1 1 3 1 2 1 1 1 1 3
Асфальт 1 1 1 1 1 1 1 1 1 na 1 1
Пиво 900 65 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2
Бензол (бензол) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Бензойная кислота 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1
Борная кислота 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2
Бутан 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Хлорид кальция (щелочной) 2 2 3 2 3 1 1 1 1 1 na 3
Гипохлорит кальция 3 3 2 2 2 1 2 3 1 1 na 3
Карболовая кислота 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Углекислый газ, сухой 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Двуокись углерода, влажный 3 3 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1
Дисульфид углерода 1 1 1 1 3 1 2 1 1 1 1 2
Карбон n тетрахлорид 2 2 2 2 1 1 1 2 1 1 na 3
Угольная кислота 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1
Хлорсодержащий газ 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 2 3
Хлор, влажный 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 2 3
Хлор жидкий 3 3 3 3 2 2 3 3 1 1 2 3
Хромовая кислота 3 3 3 2 3 3 1 3 1 1 2 3
Лимонная кислота 3 3 2 1 1 1 2 1 1 1 2
Коксовый газ 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1
Сульфат меди 3 3 2 2 2 1 3 na 1 1 na 1
Хлопковое масло 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Креозот 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1
Этан 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Эфир 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Этилхлорид 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2
Этилен 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9006 5 1 1
Этиленгликоль 1 1 1 1 1 1 1 na na na 1 1
Хлорид железа 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 2 3
Формальдегид 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Муравьиная кислота 3 3 2 2 1 1 1 1 1 3 2 3
R-12 дихлордифторметан влажный 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 нет данных
Дихлордифторметан R-12 сухой 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 na
Furfural 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2
Бензин 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Глюкоза 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Кислота соляная, газированная 3 3 3 3 3 3 3 1 2 1/2 2 3
Соляная кислота, воздух бесплатно 3 3 3 3 3 3 3 1 2 1/2 2 3
Плавиковая кислота, аэрированная 2 3 3 2 3 2 3 1 1 3 2 3
Плавиковая кислота, без воздуха 1 3 3 2 3 2 1 1 1 3 na 3
Водород 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Пероксид водорода 2 1 1 3 1 3 2 2 1 na 2
Сероводород жидкий 3 3 1 1 3 2 3 1 1 1 1 3
Гидроксид магния 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1
Меркурий 1 1 1 1 3 1 2 1 1 1 1 1
Метанол 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Метилэтилкетон 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Молоко 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3
Природный газ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Азотная кислота 3 3 1 2 3 1 3 3 2 1 3 3
Олеиновая кислота 3 3 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1
Щавелевая кислота 3 3 2 2 2 1 2 1 1 2 2 2
Кислород 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Нефтяные масла 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Кислота фосфорная, газированная 3 3 1 1 3 1 3 1 1 2 1 3
Фосфорная кислота, без воздуха 3 3 1 1 3 1 2 1 1 2 1 3
Пары фосфорной кислоты 3 3 2 2 3 1 3 1 2 3 3
Пикриновая кислота 3 3 1 1 3 1 3 1 1 na na 2
Хлорид калия 2 2 1 1 2 1 2 1 1 1 na 3
Гидроксид калия 2 2 1900 65 1 2 1 1 1 1 1 na 2
Пропан 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Канифоль 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Нитрат серебра 3 3 1 1 3 1 3 1 1 1 2 2
1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Карбонат натрия 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2
Хлорид натрия 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2
Хромат натрия 1 1 1 1 1 1 1 1 9 0065 1 1 1 1
Гидроксид натрия 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 2
Гипохлорит натрия 3 3 3 3 3 2 3 3 1 1 na 3
Тиосульфат натрия 3 3 1 1 3 1 3 1 1 1 na 2
Хлорид олова 2 2 3 1 3 1 2 1 1 1 na 3
Стеариновая кислота 1 3 1 1 2 1 2 1 1 1 2 2
Сульфатный щелок 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1
Сера 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1
Диоксид серы, сухой 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2
Трехокись серы, сухая 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2
Серная кислота, газированная 3 3 3 3 3 1 3 1 1 2 2 3
Серная кислота, без воздуха 3 3 3 3 2 1 2 1 1 2 2 3
Сернистая кислота 3 3 2 2 2 1 3 1 1 1 2 3
Tar 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Трихлорэтилен 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2
Скипидар 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
Уксус 3 3 1 1 2 1 1 1 1 na 1 3
Система питания паровых котлов 2 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1 2
Вода дистиллированная 1 1 1 1 1 1 1 1 9006 4 1 1 1 2
Вода, море 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 3
Виски 3 3 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3
Вино 3 3 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3
Хлорид цинка 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 2 3
Сульфат цинка 3 3 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2
.

металлургия | Определение и история

Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.

Ранняя разработка

Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь - нет, и важным шагом к эпохе металлов стало открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать формы путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа - медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры. Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании.Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах, превышающих 700 ° C (1300 ° F), в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной. Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.

Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Сначала это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и продуктами выветривания таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Содержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, в основном не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова - другими словами, настоящая бронза - появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Открытие ценности олова могло произойти благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.

Несмотря на то, что бронза могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не препятствовал существенной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, в конечном итоге предпочтение отдали оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении содержащих мышьяк минералов.

По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высоких металлургических навыков, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.

Невозможно провести резкую границу между бронзовым и железным веками.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи могли бы создать более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание оксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до нашей эры, датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. В Анатолии, с другой стороны, железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Иногда встречаются упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал был метеорного происхождения.

После того, как была установлена ​​связь между новым металлом, обнаруженным в медных расплавах, и рудой, добавленной в качестве флюса, естественно последовала работа печей для производства железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. В довольно больших масштабах превратилось в оружие, первоначально лезвие кинжала.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н.

Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) была недостижима в то время, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных глобул металла, смешанных с полужидкостью. шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо, гораздо более качественный продукт.

На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах - около 1200 ° C (2200 ° F) - восстановление с помощью древесного угля дает почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение для оружия и инструментов, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это привело к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затрудняет определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.

Углеродсодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура для восстановления прочности.То, что, кажется, было установлено на раннем этапе, было практикой многократной холодной ковки и отжига при 600–700 ° C (1100–1300 ° F), температуре, которая достигается естественным путем при простом огне. Эта практика распространена в некоторых частях Африки даже сегодня.

К 1000 г. до н. Э. Железо стало известно в Центральной Европе. Его использование медленно распространилось на запад. Производство железа было довольно широко распространено в Великобритании во время римского вторжения в 55 г. до н. Э. В Азии железо было известно еще в древности, в Китае около 700 г. до н. Э.

.

Коррозия металлов

Теория коррозии металлов

Коррозия определяется как повреждение материала в результате химическая, часто электрохимическая реакция с окружающей средой. Согласно этому определению термин «коррозия» может применяться ко всем материалы, в том числе неметаллы. Но на практике слово коррозия в основном используется в в сочетании с металлическими материалами.

Почему металлы корродируют? Помимо золота, платины и некоторых других, в чистом виде металлы в природе не встречаются. Они обычно химически связаны с другими веществами в рудах, такими как сульфиды, оксиды и т. д. Энергия должна быть затрачена (например, в доменной печи) для извлечения металлов из сульфиды, оксиды и т. д. для получения чистых металлов.

Чистые металлы содержат больше связанной энергии, представляя собой более высокое энергетическое состояние, чем в природе в виде сульфидов или оксидов.


Энергетическое состояние металла в различных формах

Поскольку весь материал во Вселенной стремится вернуться к своему низкому уровню энергетическое состояние, чистые металлы также стремятся вернуться к своему самому низкому энергетическому состоянию которые у них были в виде сульфидов или оксидов. Один из способов, которыми металлы могут возврат к низкому уровню энергии происходит за счет коррозии. Продукты коррозии металлы часто представляют собой сульфиды или оксиды.

Химическая и электрохимическая коррозия

Химическая коррозия может рассматриваться как окисление и происходит под действием сухих газов, часто при высоких температурах. С другой стороны, имеет место электрохимическая коррозия. электродными реакциями, часто во влажной среде, например, влажной коррозией.

Все металлы в сухом воздухе покрыты очень тонким слоем оксида, мощностью около 100 (10 -2 м).Этот слой создан химическим коррозия кислородом воздуха. При очень высоких температурах реакция с кислородом в воздухе может продолжаться без ограничений, и металл будет быстро превращаться в оксид.


Окисление металла при разных температурах

При комнатной температуре реакция останавливается, когда слой становится тонким.Эти тонкие слои оксида могут защитить металл от продолжительного воздействия, например в водный раствор. На самом деле именно эти слои оксида и / или продукты коррозии, образующиеся на поверхности металла, защищающие металл от продолжающегося нападения в гораздо большей степени, чем коррозия сопротивление самого металла.

Эти слои оксида могут быть более или менее прочными в вода, например.Мы знаем, что обычная углеродистая сталь быстрее корродирует в воде. чем нержавеющая сталь. Разница зависит от состава и проницаемость их соответственно оксидных слоев. Следующее описание явление коррозии касается только электрохимической коррозии, т.е. влажная коррозия.

Ячейки коррозии

Как металлы корродируют в жидкостях? Проиллюстрируем это, используя явление коррозии, называемое биметаллической коррозией или гальванической коррозией.Биметаллическая коррозионная ячейка может, например, состоят из стальной пластины и медной пластины в электрическом контакте друг с другом и погружены в водный раствор (электролит).

Электролит содержит растворенный кислород из воздуха. и растворенная соль. Если лампа подключена между стальной пластиной и медная пластина, она загорится. Это означает, что ток течет между металлические пластины.Медь будет положительным электродом, а сталь - быть отрицательным электродом.


Ток течет через лампу от медной пластины к стальной пластине

Движущей силой тока является разница в электрическом потенциал между медью и сталью. Цепь должна быть замкнута и следовательно, ток будет течь в жидкости (электролите) от стального листа к медной пластине.Ток протекает через положительно заряженный атомы железа (ионы железа) покидают стальную пластину, и стальная пластина корродирует.

Корродирующая металлическая поверхность называется анодом. Кислород и вода расходуются на поверхности медной пластины и гидроксильных ионов (ОН-), которые имеют отрицательный заряд, образуются. Отрицательные ионы гидроксила «нейтрализовать» положительно заряженные атомы железа.Ионы железа и гидроксила образуют гидроксид железа (ржавчина).

В описанной выше коррозионной ячейке металлическая медь называется катодом. Обе металлические пластины называются электродами, а определение анода и катода дано ниже.

Анод : Электрод, от которого течет положительный ток. в электролит.
Катод : Электрод, через который проходит положительный электрический ток. ток уходит из электролита.

Когда положительные атомы железа переходят в раствор из стальной пластины, электроны остаются в металле и переносятся в обратном направлении, в сторону положительный ток.

Предпосылки для К формированию биметаллической ячейки относятся:
1.Электролит
2. Анод
3. Катод
4. Окислительная среда, например растворенный кислород (O 2 ) или ионы водорода. (H + ).

Электродный потенциал - гальваническая серия

В приведенном выше примере было показано, что движущая сила для протекания тока и, следовательно, Коррозия - это разность электродных потенциалов.Электродный потенциал металл - это показатель склонности металла к растворению и коррозии в определенном электролите.

Упоминается также «благородство» металла. Более благородный металл, чем выше потенциал, тем меньше у него тенденция к раствориться в электролите.

Электродные потенциалы различных металлов могут быть указаны в отношение друг к другу в гальваническом ряду для разных электролитов.В гальванический ряд различных металлов в морской воде показан ниже.

Золото +0,42
Серебро +0,19

Нержавеющая сталь (AISI 304), пассивное состояние

+0.09
Медь +0.02
Олово -0,26

Нержавеющая сталь (AISI 304), активное состояние

-0,29
Свинец -0,31
Сталь -0.46
Кадмий -0,49
Алюминий -0,51
Сталь оцинкованная -0,81
Цинк -0,86
Магний -1,36

Учитывая сталь-медь Например, из приведенной выше таблицы будет отмечено, что медь имеет более высокий потенциал ( благороднее), чем обычная углеродистая сталь.Сталь будет анодом и корродирует, тогда как медь будет катодом и не подвергнется коррозии.

Коррозия в микроячейках

Сталь-медь пример показал, как происходит коррозия, когда два разных материала соединен в водном растворе. Как происходит коррозия на поверхности из цельного металла? Когда поверхность металла исследуется под микроскопом, будет видно, что это не один однородный металл.Различия в структура и размер зерна возникают на поверхности. Химический состав может варьируются, и могут присутствовать различные примеси.

Если потенциал электрода измеряется через явно однородной поверхности, будет обнаружено, что она значительно варьируется в пределах только доли квадратного миллиметра. Катоды и аноды, возможно, маленькие, но достаточно большие, чтобы вызвать коррозию, могут образовываться на той же металлической поверхности.В результате анодной и катодной реакций образовалась коррозионная микроячейка. описано ниже.


Анодная часть поверхности корродирована

В случае низкого pH катодная реакция будет: 2e - + 2H + → H 2 . Поверхность катода может быть примеси, такие как оксидные включения, прирост графита или более благородная фаза.

.

Коррозионная стойкость | Оутокумпу

Коррозия - это постепенное разложение металла в результате химической, часто электрохимической реакции с окружающей средой. Это влияет на свойства материала, такие как механическая прочность, внешний вид и непроницаемость для жидкостей и газов.

Хотя нержавеющие стали часто выбирают из-за их устойчивости к коррозии, они не защищены от нее. Устойчивость нержавеющей стали к коррозии в конкретной среде зависит от сочетания ее химического состава и агрессивности окружающей среды.

Как возникает коррозия

Коррозионная стойкость нержавеющей стали объясняется тонкой пассивной пленкой, которая самопроизвольно образуется на ее поверхности в окислительной среде, если в стали минимальное содержание хрома составляет приблизительно 10,5%.

Поскольку пленка прочно прилегает к металлической подложке и защищает ее от контакта с окружающей средой, электрохимические реакции, вызывающие коррозию, эффективно прекращаются. При локальном разрушении, например, в результате царапин, пленка может «зажить» путем спонтанной репассивации в окислительной среде.

Все типы коррозии нержавеющей стали связаны с необратимым повреждением пассивной пленки в результате полного или местного разрушения. Такие факторы, как химическая среда, pH, температура, обработка поверхности, конструкция продукта, метод изготовления, загрязнение и процедуры технического обслуживания могут влиять на коррозионное поведение стали и тип коррозии, которая может возникнуть.

Коррозию можно разделить на две категории: влажная коррозия и высокотемпературная коррозия.

Влажная коррозия

Влажная коррозия относится к коррозии в жидкостях или влажных средах и включает атмосферную коррозию. Это электрохимический процесс, в котором анод и катод соединены электролитом. Металл окисляется (корродирует) на аноде, образуя ржавчину или другие продукты коррозии. На катоде происходит реакция восстановления - обычно это восстановление кислорода или выделение водорода. Предотвращение коррозии включает в себя прекращение этих реакций.

Обычно нержавеющая сталь не подвержена коррозии так же, как углеродистая или низколегированная сталь, которая ржавеет из-за постоянной замены анодов и катодов по всей поверхности. Чтобы этот процесс происходил на нержавеющей стали, пассивная пленка должна быть полностью разрушена в таких средах, как неокисляющие кислоты, такие как соляная кислота. Чаще всего пассивная пленка поражается в определенных точках, вызывая различные типы локальной коррозии.

Влажные формы коррозии

Существует несколько различных форм влажной коррозии, в том числе:

  • Питтинговая коррозия
  • Щелевая коррозия
  • Равномерная коррозия
  • Растрескивание с учетом окружающей среды
  • Коррозионное растрескивание под напряжением
  • Сульфидное растрескивание под напряжением
  • Водородное растрескивание под напряжением
  • Коррозионная усталость
  • Атмосферная коррозия
  • Межкристаллитная коррозия
  • Гальваническая коррозия

Распространенные причины точечной и щелевой коррозии

Точечная и щелевая коррозия имеют очень схожие причинные факторы.Нержавеющие стали особенно подвержены точечной и щелевой коррозии в средах, содержащих галогенид-ионы, такие как хлориды. Поэтому среды с высоким риском для точечной и щелевой коррозии включают морскую воду и технологические растворы, содержащие высокие концентрации хлоридов.

Другими факторами, повышающими вероятность точечной и щелевой коррозии, являются повышенная температура, низкий pH и добавление окислительных химикатов, например, путем хлорирования. Как точечная, так и щелевая коррозия могут иметь серьезные последствия, поэтому ее следует избегать.

Питтинговая коррозия

Этот тип коррозии сильно локализован, с отдельными ямками на свободной поверхности нержавеющих сталей. Если пассивный слой поврежден или локально ослаблен, то может начаться точечная коррозия, и небольшая область, которая не защищена пассивной пленкой, станет анодом. Поскольку эта анодная площадь очень мала по сравнению с большой площадью катода неповрежденной пассивной пленки, скорость коррозии высока, и образуется ямка.

Щелевая коррозия

Как следует из названия, этот тип коррозии возникает в щелях и замкнутых пространствах.Трещины могут возникать из-за конструкции компонентов или соединений, таких как фланцы и резьбовые соединения, а также из-за отложений, образующихся на поверхности во время обслуживания.

Поскольку содержание кислорода внутри плотной щели ограничено, пассивный слой ослабевает и, как и в случае точечной коррозии, растворенные ионы металлов в щели снижают pH и позволяют ионам хлорида мигрировать в щель. В конце концов пассивный слой разрушается, и агрессивная среда способствует коррозии. По сравнению с точечной коррозией щелевая коррозия вызывает более крупные, но более мелкие атаки.

Устойчивость к питтинговой и щелевой коррозии

Хорошо известно, что увеличение содержания хрома и добавление молибдена и азота в качестве легирующих элементов увеличивает стойкость нержавеющих сталей к точечной и щелевой коррозии.

Эквивалент сопротивления питтингу (PRE), часто также обозначаемый как PREN для обозначения влияния азота в стали, можно использовать для ранжирования и сравнения сопротивления различных нержавеющих сталей с точки зрения их устойчивости к питтинговой коррозии.Учитывает влияние важнейших легирующих элементов. Одно часто используемое уравнение для нержавеющих сталей: PRE =% Cr + 3,3 ×% Mo + 16 ×% N.

Важно помнить, что расчетное значение PRE дает только представление об устойчивости нержавеющих сталей и не дает информации об их поведении в реальных условиях. Поэтому его следует использовать только для приблизительного сравнения стойкости к питтинговой коррозии различных марок.

Предотвращение точечной и щелевой коррозии

Существует ряд мер, которые можно предпринять, чтобы избежать точечной и щелевой коррозии.К ним относятся:

  • Выбор марки высоколегированной нержавеющей стали
  • Снижение содержания хлоридов в агрессивной среде
  • Повышение pH
  • Уменьшить содержание кислорода и других окислителей в окружающей среде или полностью исключить их
  • Используйте конструкцию, которая исключает необходимость в узких щелях и препятствует застойным условиям и образованию отложений.
  • Применяйте надлежащие производственные методы, обеспечивающие получение гладких и чистых поверхностей, а также удаление оксидов сварных швов.

Равномерная коррозия

Равномерная коррозия возникает, когда пассивный слой разрушается полностью или на большей части стальной поверхности.Это означает, что анодная и катодная реакции происходят на одной и той же поверхности в постоянно меняющихся местах, подобно коррозии углеродистой стали. В результате получается более-менее равномерное удаление металла с незащищенной поверхности. Равномерная коррозия нержавеющих сталей может происходить в кислотах или горячих щелочных растворах.

В среде с постоянной температурой и химическим составом равномерная коррозия происходит с довольно постоянной скоростью. В результате, в отличие от точечной и щелевой коррозии, скорость коррозии может быть измерена.Эта скорость часто выражается как потеря толщины с течением времени, например мм / год. Обычно считается, что нержавеющая сталь устойчива к равномерной коррозии в определенных условиях, если скорость коррозии не превышает 0,1 мм / год.

Стойкость к равномерной коррозии обычно повышается с увеличением содержания хрома, никеля и молибдена. Однако в сильно окисляющих средах молибден оказывает вредное влияние на коррозионную стойкость.

Считается, что равномерную коррозию легче предсказать, чем локальную коррозию.Хотя следует приложить все усилия, чтобы полностью избежать точечной и щелевой коррозии, некоторая степень потери металла из-за равномерного загрязнения часто допустима. Исключение составляют случаи, когда загрязнение недопустимо, например, по гигиеническим причинам в оборудовании для обработки пищевых продуктов.

Растрескивание с участием окружающей среды

Это явление вызвано комбинированным действием механического напряжения и коррозионной среды. После начала распространение трещины может быть очень быстрым и привести к критическому отказу.Растрескивание с помощью окружающей среды может быть вызвано рядом веществ [CR2] в окружающей среде, включая хлориды, водород и гидроксиды. Для возникновения трещин механические растягивающие напряжения должны превышать критический уровень. Они не обязательно должны быть приложены к напряжениям, но также могут быть остаточными напряжениями от производственных операций, таких как формовка и сварка.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Подобно точечной и щелевой коррозии, коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) чаще всего возникает в хлоридсодержащих средах.Повышенные температуры (> 60 ° C для хлоридных сред и> 100 ° C для щелочных сред) обычно требуются для возникновения SCC в нержавеющей стали. Тем не менее, есть случаи, когда растрескивание может происходить при температуре до 30 ° C, например, в бассейне.

Распространенной причиной SCC является испарение с горячих поверхностей из нержавеющей стали. Жидкости с низким содержанием хлоридов, которые обычно считаются безвредными, могут вызывать достаточно высокие концентрации хлоридов, чтобы вызвать SCC.Одним из примеров того, где это может происходить, является под теплоизоляцией на трубопроводе.

Стандартные аустенитные марки, такие как 4307 и 4404, обычно чувствительны к коррозионному растрескиванию под напряжением, вызванному хлоридом. Высокое содержание никеля и молибдена увеличивает стойкость аустенитных нержавеющих сталей, поэтому высоколегированные аустенитные марки 904L, 254 SMO® и 654 SMO® демонстрируют отличную стойкость к хлоридно-индуцированному SCC. Нержавеющие стали с дуплексной микроструктурой, как и ферритные стали, обычно обладают высокой стойкостью к SCC.

Сульфидное растрескивание под напряжением

Сульфидное растрескивание под напряжением (SSC), форма растрескивания, вызванного водородом, представляет собой растрескивание материала под совместным действием механического напряжения растяжения и коррозии в присутствии воды и сероводорода (h3S). Это особенно важно в нефтяной и газовой промышленности, поскольку природный газ и сырая нефть могут содержать значительные количества сероводорода (часто называемого кислой средой).

Для оценки коррозионной активности технологических жидкостей, содержащих сероводород, необходимо учитывать парциальное давление сероводорода, а также pH, температуру, содержание хлоридов, двуокиси углерода и кислорода.

Восприимчивость к водородному охрупчиванию наиболее высока при температуре окружающей среды или ниже, тогда как SCC, вызванный хлоридом, наиболее выражен при высоких температурах. Следовательно, совокупный риск растрескивания из-за сероводорода и хлоридов имеет тенденцию быть наиболее серьезным для аустенитных и особенно дуплексных марок нержавеющей стали в диапазоне 80–100 ° C.

Водородное растрескивание под напряжением

Другой вид отказа из-за водородного охрупчивания, который может быть проблемой в нефтегазовой промышленности, - это водородное растрескивание под напряжением (HISC), когда водород вводится, когда материал находится под катодной защитой в морской воде.Водород является результатом усиленной катодной реакции восстановления ионов водорода на поверхности нержавеющей стали.

Даже высоколегированные нержавеющие стали могут подвергаться полной катодной защите в морских установках, поскольку эти стали обычно связаны с углеродистой сталью и другими низколегированными сталями, уже находящимися под защитой. Ферритные, мартенситные и дуплексные нержавеющие стали обычно более подвержены водородному охрупчиванию, чем аустенитные марки.

Коррозионная усталость

Материал, который подвергается циклической нагрузке, может разрушиться из-за усталости при нагрузках, значительно меньших предела прочности на разрыв.Если материал одновременно подвергается воздействию агрессивной среды, отказ может произойти даже при более низких уровнях нагрузки - и даже быстрее.

Отказ, возникающий в результате сочетания циклической нагрузки и коррозионной среды, известен как коррозионная усталость. Во многих случаях не существует четко выраженного предела усталости, как это наблюдается на воздухе, но наблюдается постепенное снижение усталостной прочности с увеличением числа циклов нагрузки.

Трещины от коррозионной усталости обычно менее разветвлены, чем трещины от коррозии под напряжением, хотя обе формы коррозии вызывают хрупкие разрушения.Коррозионная усталость может возникать при температуре окружающей среды и в средах, которые могут считаться безвредными в отношении других форм коррозии.

Как и в случае коррозионного растрескивания под напряжением, остаточные напряжения производственных процессов могут отрицательно влиять на сопротивление коррозионной усталости. Повышение механической прочности нержавеющих сталей также увеличивает их сопротивление коррозионной усталости, поэтому дуплексные нержавеющие стали часто превосходят обычные аустенитные марки.

Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия - это собирательный термин для описания коррозии металлических поверхностей в атмосфере.Атмосфера может быть как внутри помещения, так и снаружи, и может быть задействовано множество различных форм коррозии.

Нержавеющая сталь, подвергающаяся воздействию агрессивной атмосферной среды, в первую очередь подвержена окрашиванию, иногда называемому окрашиванием чая. Однако не все изменения цвета обязательно являются результатом коррозии. Это также может быть изменение цвета из-за грязи или посторонней ржавчины, вызванной, например, частицами железа на поверхности. Однако, если уровень хлоридов достаточно высок, нержавеющая сталь может со временем подвергнуться воздействию локальной коррозии, такой как точечная и щелевая коррозия.

В соответствии со стандартом ISO 9223 коррозионная активность окружающей среды классифицируется от C1 до CX, где C1 является наименее коррозийным, а CX - наиболее агрессивным. Классы коррозионной активности - хороший инструмент для выбора материалов, которые подвержены равномерной коррозии в атмосферных условиях, таких как углеродистая сталь или цинк.

Однако нержавеющие стали с их пассивным слоем демонстрируют совершенно другой механизм коррозии. Это означает, что нелегко применить классы коррозионной активности в ISO 9223 к нержавеющим сталям, и поэтому они не являются лучшим инструментом для выбора нержавеющих сталей для атмосферных условий.Чем выше класс коррозии, тем выше необходимо использовать более легированную нержавеющую сталь, от ферритных до супераустенитных и супердуплексных марок.

То, как нержавеющая сталь подвергается воздействию атмосферы, также имеет большое значение. В районах с дождями защищенные от влаги условия предотвращают ополаскивание и повышают коррозионную активность. В засушливых районах с небольшим количеством осадков или без них укрытие защитит сталь от агрессивных загрязнителей и, таким образом, снизит коррозионную активность.

Состояние и шероховатость поверхности могут влиять на характеристики нержавеющих сталей.На грубой поверхности легко задерживаются грязь, частицы и коррозионные химические вещества, повышая подверженность атмосферной коррозии. Гладкая поверхность облегчит смывание и, следовательно, менее восприимчива. Смывание также облегчается, если шлифованная или полированная поверхность расположена вертикально. Чем ниже уровень легирования нержавеющей стали, тем больше влияние обработки поверхности на стойкость к атмосферной коррозии.

Межкристаллитная коррозия

Этот тип коррозии ранее представлял потенциальную опасность для нержавеющей стали из-за высокого содержания углерода (0.05–0,15%). Современные методы выплавки стали, и особенно использование AOD (обезуглероживание кислородом аргона), позволили снизить содержание углерода, а это означает, что межкристаллитная коррозия сегодня редко является проблемой.

Тем не менее, это может произойти, если нержавеющая сталь подвергается воздействию температур в диапазоне 550–850 ° C. Карбиды хрома с очень высоким содержанием хрома могут затем осаждаться по границам зерен, в результате чего близлежащий материал обедняется хромом и, таким образом, становится менее устойчивым к коррозии.Нержавеющая сталь, прошедшая термообработку таким образом, чтобы образовались такие выделения на границах зерен и прилегающие обедненные хромом зоны, называется сенсибилизированной.

Сенсибилизация может быть результатом сварки или горячей штамповки при несоответствующей температуре. Сенсибилизация может также повысить чувствительность к другим формам коррозии, таким как точечная коррозия, щелевая коррозия и коррозионное растрескивание под напряжением.

Меры против межкристаллитной коррозии путем предотвращения осаждения карбидов включают:

  • Использование низкоуглеродистой нержавеющей стали (<0.05%)
  • Использование стали, стабилизированной, например, титан или ниобий (которые связывают углерод в виде карбидов титана или ниобия и предотвращают образование карбидов хрома)
  • Обеспечение максимально короткого времени выдержки в диапазоне температур 550–850 ° C
  • Отжиг в растворе при 1000–1200 ° C, при температуре растворения карбидов хрома с последующим быстрым охлаждением в воде или на воздухе

Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия может иметь место, если два разнородных металла электрически соединены и подвергаются коррозионной среде.Гальваническая коррозия обычно не является проблемой для нержавеющих сталей, но может повлиять на другие металлы, контактирующие с ними.

В пассивном состоянии нержавеющая сталь лучше большинства других металлических конструкционных материалов в большинстве сред. Следовательно, гальваническое соединение с такими металлами, как углеродистая сталь, гальванизированная сталь, медь и латунь, может повысить скорость коррозии этих металлов. Гальваническая коррозия между различными марками нержавеющей стали, как правило, не является проблемой при условии, что каждая марка остается пассивной в рассматриваемой среде.

Если поверхность менее благородного металла мала по сравнению с более благородным металлом, скорость коррозии может стать очень высокой. Это тот случай, если для крепления листов нержавеющей стали используются болты из углеродистой стали, что может привести к сильной гальванической коррозии на болтах. Точно так же дефекты покрытия или краски на менее благородном материале могут привести к небольшой анодной площади и привести к высокой скорости коррозии. Поэтому предпочтительно покрывать или красить более благородный металл в гальванической паре, чтобы снизить риск гальванической коррозии.

Проблем с гальванической коррозией часто можно избежать за счет правильной конструкции и электрической изоляции разнородных металлов.

Высокотемпературная коррозия

Помимо мокрой коррозии на электрохимической основе, нержавеющие стали могут подвергаться высокотемпературной коррозии и окислению. Это может произойти, когда металл подвергается воздействию горячей атмосферы, содержащей кислород, серу, галогены или другие соединения, способные реагировать с материалом.

Как и в случае влажной коррозии, нержавеющая сталь, используемая для высокотемпературных применений, должна полагаться на образование защитного оксидного слоя на поверхности.Окружающая среда должна быть окислительной, чтобы образовался защитный слой, состоящий из оксидов одного или нескольких легирующих элементов. Окружающую среду часто называют окислительной или восстановительной, что означает «по отношению к железу», поскольку так называемая восстановительная атмосфера может окислять такие элементы, как алюминий и кремний, и часто даже хром.

Окисление

Когда нержавеющая сталь подвергается воздействию окислительной среды при повышенных температурах, на поверхности образуется оксидный слой, действующий как барьер между металлом и газом.Хром повышает стойкость нержавеющих сталей к окислению за счет образования накипи хрома (Cr2O3) на поверхности.

Когда содержание хрома увеличивается с 0 до 27%, максимальная рабочая температура увеличивается примерно с 500 ° C до 1150 ° C. При температуре выше 1000 ° C оксиды алюминия обладают большей защитой, чем оксиды хрома. Однако количество алюминия, необходимое для образования защитного слоя, сделает сплав довольно хрупким, и, следовательно, изготовление будет трудным и дорогостоящим.

Чувствительность к колебаниям температуры можно снизить добавлением небольших количеств так называемых реактивных элементов, таких как иттрий, гафний, и редкоземельных металлов (РЗМ), таких как церий и лантан. Небольшие добавки РЗМ приведут к образованию более жесткого и адгезионного оксидного слоя, улучшая стойкость к циклическому окислению, эрозионно-коррозионную стойкость и стойкость оксида к растрескиванию. Это важные свойства, когда компонент подвергается температурным изменениям или механической деформации.

Хотя оксиды, как правило, полезны, есть несколько элементов, которые имеют тенденцию образовывать жидкие или газообразные оксиды, что приводит к так называемому катастрофическому окислению. Катастрофическое окисление обычно происходит в диапазоне температур 640–950 ° C, и по этой причине следует избегать использования молибдена, который образует оксиды с низкой температурой плавления и оксидно-оксидные эвтектики, в материалах, предназначенных для работы при температурах выше 750 ° C.

Сульфидирование

Различные соединения серы часто присутствуют в качестве загрязнителей в дымовых газах и некоторых технологических газах.Химически сульфидирование похоже на окисление. Однако сульфиды имеют более низкую температуру плавления, чем соответствующий оксид, поэтому существует риск образования расплавленных продуктов коррозии.

Никель, в частности, может образовывать никель-серные соединения с низкой температурой плавления, что приводит к быстрому разрушению сплава. Кроме того, сульфидные окалины, как правило, гораздо менее защитны, чем соответствующие окалины, что приводит к более высокой скорости коррозии. Во избежание соединений серы и никеля следует выбирать не содержащие никель материалы, такие как ферритные высокотемпературные сорта, в средах с пониженным содержанием серы.

В условиях, когда сложно сформировать защитный оксидный слой (восстановительная среда), коррозионная стойкость значительно ниже и напрямую зависит от объемного химического состава сплавов. В этих условиях лучше стали стали с высоким содержанием хрома и небольшим содержанием никеля или без него.

Науглероживание и азотирование

Науглероживание нержавеющих сталей может происходить в оксиде углерода, диоксиде углерода, метане и других углеводородных газах при высокой температуре.Степень науглероживания зависит от содержания углерода и кислорода в газе, температуры и состава стали. Чрезмерное поглощение углерода или азота отрицательно сказывается на свойствах материала. Осаждение карбидов и нитридов приводит к охрупчиванию - снижению вязкости и пластичности - особенно при комнатной температуре.

Устойчивость к науглероживанию и азотированию

.

Смотрите также