Химсопрмат

значительно удалены друг от друга. Расстояние между ними может составлять несколько сотен метров.

В большинстве почв процесс коррозии протекает с катодным торможением из-за трудности транспорта кислорода (рис. 4.6, а) [1]. В рыхлых, хорошо аэрируемых почвах наблюдается анодное торможение (рис. 4.6, б). При возникновении коррозионных пар, в которых анодные и катодные участки значительно удалены друг от друга, процесс характеризуется омическим торможением (рис. 4.6, в).

Рис. 4.6. Случаи контроля коррозионного процесса для различных условий почвенной коррозии:

а– коррозия в большинстве почв с превалирующим катодным контролем;

б– коррозия в рыхлых, сухих почвах (анодный контроль);

в– коррозия при большой протяженности (превалирующий омический контроль)

Подземную коррозию принято подразделять на грунтовую, обусловленную электрохимическим взаимодействием подземных металлических сооружений с коррозионно-активным грунтом, и электрокоррозию, которая во много раз более опасна, чем грунтовая коррозия, поскольку связана с наличием подземных металлических сооружений в зоне действия блуждающих токов, что приводит к дополнительному усилению разрушения этих конструкций.

169

Для грунтовой коррозии металлов характерен преимущественно язвенный характер разрушения. Скорость коррозии металлов в грунте зависит от состава грунта, его влагоемкости, воздухопроницаемости. Основным фактором, определяющим скорость коррозии, является наличие влаги, которая делает грунт электролитом и вызывает электрохимическую коррозию находящихся в нем металлических конструкций. Увеличение влажности грунта облегчает протекание анодного процесса, уменьшает электросопротивление грунта, но затрудняет протекание катодного процесса при значительном насыщении водой пор грунта, уменьшая скорость диффузии кислорода. Поэтому зависимость скорости коррозии металлов от влажности грунта имеет вид кривой с экстремумом (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Влияние влажности на скорость коррозии стали:

1 – в песке; 2 – в глине

Помимо равномерной коррозии подземные металлические со-

оружения подвержены питтинговой коррозии и коррозионному растрескиванию (КР). Питтинг возникает чаще всего на нижней части трубопроводов, где имеется постоянный контакт с грунтом. Разно-

видность питтинговой коррозии можно наблюдать в так называемой ручейковой (канавочной) коррозии, основные стадии развития этого процесса представлены на рис. 4.8 [24]. Первоначально в результате

170

коррозионного процесса на внутренней поверхности трубопровода образуется осадок из оксидов и солей железа. Часть осадка уносится потоком жидкости, и поверхность трубы обнажается. Образуется гальваническая пара, происходит разрушение поверхности трубы и появляются трещины. Коррозионное растрескивание обнаруживают в катодно-поляризованных трубопроводах в местах нарушения защит-

ных покрытий.

Для защиты изделий от подземной коррозии используют электрохимические методы, а также нанесение изолирующих (битумных,

полимерных) многослойных покрытий [24].

Рис. 4.8. Основные стадии канавочной коррозии:

I – формирование осадка; II – эрозионный износ осадка в области нижней образующей трубы; III – образование гальванопары; IV – разрушение металла, образование трещины

171

Подземная коррозия может интенсифицироваться микроорганиз-

мами. В почве обитают два вида микроорганизмов: аэробные, жизне-

деятельность которых протекает только при наличии кислорода, и анаэробные, развивающиеся при отсутствии кислорода. Коррозия ме-

таллов, вызванная или усиленная воздействием микроорганизмов, носит название биологической, или биохимической [1].

Аэробные бактерии могут быть двух видов: одни окисляют серу,

другие осаждают железо. Первый вид бактерий лучше всего развива-

ется в кислой среде (рН = 3 6). Они окисляют серу до серной кисло-

ты. При этом на отдельных участках концентрация серной кислоты может доходить до 10%. Такое подкисление среды вызывает резкое увеличение скорости коррозии.

Таблица 4.2

Влияние изменений условий на скорость и стадии коррозии металлов

	Характер измене-	Анодный	Катодный	Протекание	Общая
	ния условий грун-				скорость
		процесс	процесс	тока
	товой коррозии				коррозии
	Увеличение	Облегчается	Затрудняется	Облегчается	Проходит через
	влажности				максимум
	Увеличение возду-	Затрудняется	Облегчается	Затрудняется	Проходит через
	хопроницаемости				максимум
	Увеличение	Облегчается	Незначительно	Облегчается	Увеличивается
	засоленности		затрудняется
	Увеличение	Облегчается	Облегчается	Облегчается	Увеличивается
	температуры
	Повышение	Облегчается	Облегчается	Облегчается	Увеличивается
	кислотности
	Повышение со-	Облегчается	Облегчается	Облегчается	Увеличивается
	держания H2S
	Жизнедеятельность
	бактерий, восста-	Облегчается	Облегчается	Мало	Увеличивается
	навливающих			изменяется
	SO42
	Жизнедеятельность
	бактерий окис-	Облегчается	Облегчается	Облегчается	Увеличивается
	ляющих H2S

Аэробные бактерии, перерабатывающие железо, развиваются в

интервале рН = 4 10. Сущность их деятельности заключается в том,

172

что они поглощают железо в ионном состоянии, а выделяют его в ви-

де нерастворимых соединений. Неравномерное отложение этих со-

единений приводит к увеличению гетерогенности поверхности, что усиливает коррозию [13, 24].

Анаэробные бактерии в основном восстанавливают серу из сульфатов, находящихся в почве. Этот тип бактерий развивается при

рН = 5 8. В результате их жизнедеятельности ионы SO42 восстанав-

ливаются до S2 с выделением O2 . Последний начинает принимать активное участие в катодном процессе. Присутствие в коррозионной среде сульфидов и сероводорода приводит к образованию на поверх-

ности изделия рыхлого слоя сульфида железа. Коррозия имеет питтинговый характер [1].

В табл. 4.2 представлены сводные данные о влиянии различных факторов на скорость грунтовой коррозии.

4.3. Морская коррозия металлов

Морская вода является хорошо аэрированным (8,0 мг/л O2) ней-

тральным (pH=7,2 8,6) электролитом с высокой электропроводно-

стью (2,5 3,0 сим/м) и депассивирующей способностью благодаря большому содержанию в ней хлоридов [24].

Морская коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму преимущественно с кислородной деполяризацией. При коррозии в морской воде имеет место смешанный диффузионно-

кинетический катодный контроль (рис. 4.9), который в зависимости от условий может переходить в преимущественно диффузионный

(неподвижная морская вода, наличие на металле большого количест-

ва вторичных продуктов коррозии) или преимущественно кинетиче-

ский (при быстром движении морской воды). Катодный процесс кор-

розии при этом проходит на поверхности металла с защитной оксид-

ной пленкой, в то время как анодный процесс протекает в порах,

трещинах и других дефектах этой пленки.

173

Рис. 4.9. Поляризационные коррозионные диаграммы для основных случаев контроля коррозии металлов в морской воде:

а– катодный диффузионно-кинетический контроль;

б– катодный контроль при основной роли диффузии кислорода;

в– катодный контроль при основной роли перенапряжения ионизации кислорода

Особенностями морской коррозии металлов являются [24]:

1)большая агрессивность морской воды и морской атмосферы;

2)наличие дополнительного влияния механического фактора (эрозии и кавитации);

3)сильное проявление контактной коррозии металлов;

4)значительное влияние биологического фактора.

Повышенное содержание кислорода в поверхностных слоях воды вызывает усиленную коррозию в области ватерлинии, на участках гидросооружений, находящихся близко к поверхности или периодически омываемых водой (рис. 4.10) [24].

На погруженных в воду конструкциях закрепляются или развиваются многие растительные и животные организмы. Это явление называется обрастанием. Микроорганизмы ускоряют разрушение противокоррозионных покрытий. Появляются локальные очаги оголенной металлической поверхности, которые провоцируют интенсивное разрушение металла.

174

Рис. 4.10. Схема коррозии железа, погруженного в морскую воду

Основным видом защиты от морской коррозии являются удаление прокатной окалины со стального листа (рис. 4.11), противокоррозионные и противообрастающие лакокрасочные и металлизационные покрытия и электрохимическая защита [1].

Рис. 4.11. Влияние степени удаления прокатной окалины на коррозию стального листа в морской воде

Среди лакокрасочных покрытий наиболее эффективны толстослойные покрытия на эпоксидной основе с ограниченным содержанием растворителя или без растворителя.

В защитные композиции добавляют вещества (биоциды), обладающие противообрастающим действием.

175

4.4 Локальные виды коррозии

Такие коррозионные процессы протекают на сравнительно небольших по площади участках поверхности металла и развиваются с высокой скоростью. Повышенная опасность локальных коррозионных процессов связана с тем, что из-за малых размеров пораженных ими площадей поверхности и высокой скорости растворения металла существование очага коррозии обнаруживается только в момент выхода оборудования из строя [1, 24].

К основным видам локальной коррозии относятся питтинговая, язвенная, щелевая, межкристаллитная коррозия, селективное вытравливание и контактная коррозия.

Питтинговая коррозия (ПК) является одним из наиболее опасных видов локальной коррозии. Ей подвержены многие пассивирующиеся металлы и сплавы.

Язвенная коррозия по характеру своего развития очень напоминает питтинговую, однако локализация коррозионного процесса при этом менее острая, и очаги язвенной коррозии имеют гораздо больший диаметр, чем питтинговой. Диаметр язв, как правило, существенно больше их глубины. Язвенная коррозия протекает как на пассивных, так и на активно растворяющихся металлах. Повышенной склонностью к язвенной коррозии обладают углеродистые и низколегированные стали.

Щелевая коррозия проявляется в условиях, когда из-за близости расположения двух поверхностей (в местах застоя раствора) возникают узкие зазоры или щели. При этом не имеет большого значения, что явилось причиной образования щели – особенности металлической конструкции или свойства структуры металла. Щелевой коррозии подвержены многие металлы и металлические изделия.

Межкристаллитная коррозия (МКК) возникает в поликристал-

лических материалах, преимущественно сплавах железа, алюминия и меди, протекает на границах зерен и является следствием различия химического состава тела зерна и его зернограничных областей.

176

Контактная коррозия развивается при возникновении контакта между двумя или более разнородными металлами.

Отличительной особенностью процессов локальной коррозии яв-

ляется поражение малых участков поверхности металлических конст-

рукций, скорость растворения металла в которых существенно пре-

вышает скорость растворения основной доли поверхности [1].

В процессе развития локальных коррозионных процессов часто происходит переход одного вида коррозии в другой. Так, например,

начальной стадией развития язвенной, межкристаллитной и щелевой коррозии, а также ряда коррозионно-механических повреждений при коррозионно-усталостных процессах или при статической коррозии под напряжением часто является питтинговая коррозия. Коррозия,

подобная питтинговой, развивается в местах несплошности и отслое-

ния покрытий различного типа.

4.4.1.Питтинговая коррозия

Кпиттинговой коррозии склонно подавляющее большинство ме-

таллов (Fе, Ni, Со, Мn, Cr ,Тi, Аl, Мg, Та, Cu, Zn и др.) и конструкци-

онных материалов на их основе. Питтинговая коррозия возникает в морской воде, растворах солей, в охлаждающих системах холодиль-

ных машин, в системах оборотного водоснабжения химических пред-

приятий. Термин «питтинг» применяют для описания как точечной коррозии, так и специфических коррозионных поражений (рис. 4.12) [1, 24].

В зависимости от температуры, кислотности, химического соста-

ва раствора форма питтингов может быть различной: полусфериче-

ской, цилиндрической, полиэдрической, открытой, закрытой и т.д.

Крупные питтинги возникают в результате слияния множества более мелких кристаллографических (см. рис. 4.12).

Различают два основных типа питтингов:

177

1) питтинги, вызываемые работой элементов дифференциальной

аэрации (подобной щелевой коррозии), которому подвержены многие

металлы;

Рис. 4.12. Крупный питтинг на поверхности нержавеющей стали 03Х18Н11:

а– х300; б – х1000; в – х8000

2)питтинги, образуемые из-за поражения пассивированных или покрытых оксидами высокого сопротивления металлов, при котором любые повреждения пленок в незащищенном состоянии становятся местами интенсивного разъедания.

Точечные повреждения (питтинги) зарождаются в дефектах (не-

сплошностях) оксидной пленки в тех местах конструкций, где име-

ются различные переходы, выступы и т. п., и при наиболее подходя-

щих для этого локальных условиях внешней агрессивной среды. Та-

кими местами конструкций могут быть выступающие болты и голов-

ки заклепок, а также направляющие и острые ребра. Кроме того, пит-

тинг может вызываться внешними элементами, оседающими на кон-

струкцию, например, когда какие-либо вещества оседают на ее по-

верхность. На возникновение питтингов также оказывает влияние структура металлической поверхности, даже защищенной оксидной пленкой. Так, они могут возникать в местах выхода на поверхность гетерогенных составляющих сплава, в границах его фаз и зерен.

Твердые неметаллические включения, возникающие в сталях и спла-

178