Зачем об этом знать? Скорость коррозии металла является важным параметром, который следует учитывать при строительстве разных объектов. Понимание процесса разрушения, учет всех условий эксплуатации позволят лучше защитить конструкцию, продлить срок службы и снизить вероятность аварии.
Какие виды различают? На скорость коррозии влияет не только внешняя среда, но и свойства самого материала. Разрушение металла может быть сплошным или избирательным. Во втором случае механические напряжения скапливаются локально, что дополнительно ускоряет коррозию и износ.
СОДЕРЖАНИЕ
- Показатели коррозии металла
- Способы оценки скорости коррозии металла
- Расчет скорости коррозии металла
- Основные факторы, влияющие на скорость коррозии
- Влияние механического воздействия на скорость коррозии
- Замедлители коррозии металла
Показатели коррозии металла
Образование ржавчины – это самопроизвольный процесс, при котором изделие из металла разрушается из-за взаимодействия с веществами окружающей среды на границе раздела фаз. Появление коррозии приводит к тому, что функциональные свойства изделия теряются. Происходит окисление металла, а также образование продуктов, состав которых зависит от условий коррозии.
Возникают серьезные потери из-за образования ржавчины: разрушаются трубопроводы, цистерны, металлические элементы автомобилей, корпуса судов и морских сооружений. В результате высокой скорости коррозии металла достаточно большие и экономические потери.
Металлические изделия подвержены образованию ржавчины, поскольку они термодинамически неустойчивы в коррозионной среде. Единицей измерения термодинамической неустойчивости выступает энергия Гиббса (ΔG), которая наблюдается, когда металл взаимодействует с веществами окружающей среды.
По законам термодинамики, коррозия образуется только при ΔG < 0.
Следующие явные признаки указывают на то, что начался процесс образования ржавчины:
- убыль или увеличение массы относительно единицы поверхности металла;
- глубина коррозии;
- доля поверхности, на которой образуется ржавчина;
- количество коррозионных язв или точек, то есть очагов ржавчины на единице поверхности;
- объем выделившегося с единицы поверхности водорода (либо поглощенного кислорода);
- время до появления первого очага коррозии;
- время до образования коррозионной трещины либо полного разрушения образца;
- сила тока коррозии.
Читайте также: «Организация сварочных работ»
Косвенные показатели образования ржавчины:
- изменяются физико-механические параметры металла, снижается предел прочности при испытаниях на сжатие и разрыв, меняется относительное удлинение, отражательная способность;
- меняется сопротивление.
Первый показатель по прямому методу оценки встречается чаще всего.
Способы оценки скорости коррозии металла
Есть три основных способа для определения скоростей коррозии металлов в агрессивных средах:
- В лабораторных условиях. Испытания образцов происходят в искусственно созданных условиях, которые близки к реальным. Главное достоинство таких способов – высокая скорость проведения исследований.
- В полевой обстановке. В этом случае выявление показателей скорости коррозии металлов происходит в реальных условиях. Недостаток таких способов – потребуется много времени на проведение исследований. Главный плюс – данные о свойствах металлов будут получены в условиях их эксплуатации.
- Натурные способы – исследования проводятся в естественной среде.
Расчет скорости коррозии металла
Для листового проката и сделанных из него обечаек используется нижеуказанная формула скорости коррозии металла (мм/год): H = m / t.
Расшифровывается она следующим образом:
- m – глубина проникновения ржавчины в металл;
- t – время.
Но более общей формулой, характеризующей потерю веса металлической конструкцией, является следующая: Vkp = q / (S × t).
Здесь:
- q – уменьшение массы металла, г;
- S – площадь поверхности, с которой произошел перенос материала, м2;
- t – период времени, ч.
Между первым и вторым показателями есть определенная зависимость: H = 8,76 Vkp / ρ.
Здесь ρ – плотность материала.
Читайте также: «Сварочный стол своими руками»
Когда ржавчина образуется равномерно, чтобы определить скорость коррозии металла, используется данная формула: V = Δm / S × t.
Ее расшифровка приведена ниже:
- v — скорость коррозии, которую обычно выражают в таких единицах: г/(м2×ч) или мг/(см2×сут);
- Δm — убыль (увеличение) массы;
- S — площадь поверхности;
- t — время.
Важно понимать, что не во всех ситуациях удобно использовать весовой показатель, к примеру когда нужно сравнить коррозию металлов, плотность которых отличается. В этом случае следует учитывать показатель глубины коррозии, то есть среднюю глубину проникновения ржавчины в металл.
Читайте также: «Контактная сварка»
Помимо скоростных характеристик, зачастую используется глубинный показатель коррозии: ∏ = 8,76 × v / ρ,
- 8,76 — коэффициент для перехода от измерения весового показателя скорости образования ржавчины (в расчете на 1 ч) к глубинному показателю (в расчете на 1 год) 24 ч × 360 = 8760 ч;
- v — скорость образования ржавчины, г/(м2×ч);
- ρ — плотность, г/см3;
Когда ржавчина образуется местно, ее скорость невозможно точно определить по весовым или глубинным показателям. Если коррозия питтинговая, следует выяснить наибольшую величину по глубине.
Читайте также: «Контроль сварных швов: разбираемся в методах оценки»
Что касается межкристаллитной коррозии, а также коррозионного растрескивания, скорость образования ржавчины количественно можно характеризовать механическим показателем коррозии, к примеру, определив потерю прочности по следующей формуле: Kσ = (σ0 – σ1 / σ0) × 100 %.
Ее расшифровка приведена ниже:
- σ0 — предел прочности до коррозии;
- σ1 — предел прочности после образования ржавчины, рассчитывается относительно первоначальной площади сечения образца из металла.
Шкала грубой оценки устойчивости металлов к образованию ржавчины:
|
Уровень коррозионной устойчивости |
Скорость коррозии металла в грунте, мм год |
Балл |
|
Абсолютно стойкие |
0,001 |
1 |
|
Достаточно стойкие |
0,001 … 0,005 |
2 |
|
0,005 … 0,010 |
3 |
|
|
Стойкие |
0,01 … 0,05 |
4 |
|
0,05 … 0,10 |
5 |
|
|
С пониженной стойкостью |
0,1 … 0,5 |
6 |
|
0,5 … 1,0 |
7 |
|
|
С малой стойкостью |
1,0 … 5,0 |
8 |
|
5,0 … 10,0 |
9 |
|
|
Неустойчивые к коррозии |
10,0 |
10 |
Основные факторы, влияющие на скорость коррозии
Скорость коррозии металла в морской воде или на воздухе будет отличаться. Данный показатель зависит от множества факторов:
- внутренние, они определяются физическими и химическими свойствами металла, его фазовой структурой, составом, шероховатостью поверхности, остаточными и рабочими напряжениями в материале;
- внешние, сюда относятся условия окружающей коррозионно-активной среды, ее скорость движения, температурный режим, состав атмосферы, применение ингибиторов либо стимуляторов;
- механические, в этом случае коррозионное растрескивание и порча металла происходит в результате циклических нагрузок, это, прежде всего, кавитационная и фреттинг-коррозия;
- специфика конструкции: марка металла, зазоры между элементами, шероховатости.
Скорость коррозии металла в земле или в воде зависит от ключевых внутренних факторов:
- Термодинамическая устойчивость. Чтобы определить этот параметр в водных растворах, используют справочные диаграммы Пурбе, по оси абсцисс которых нужно отложить pH среды, по оси ординат – окислительно-восстановительный потенциал. Если потенциал сдвигается в положительную сторону, значит, материал достаточно устойчив. Приблизительно термодинамическая устойчивость определяется как нормальный равновесный потенциал металла. Но на практике образование коррозии происходит с разной скоростью.
- Положение атома в периодической таблице Менделеева. Скорость коррозии металла на воздухе или в воде будет выше у таких групп химических элементов, как щелочные и щелочноземельные. При увеличении атомного номера данный параметр снижается.
- Кристаллическая структура. Она своеобразно влияет на протекание разрушительного процесса. Непосредственно крупнозернистая структура не провоцирует увеличение образования ржавчины, однако является благоприятной для межкристаллитного избирательного разрушения границ зерна. Металлы и сплавы с однородным распределением фаз ржавеют равномерно, с неоднородным – коррозируют очагами. Взаимное расположение фаз играет роль анода и катода в агрессивной среде.
- Энергетическая неоднородность атомов в кристаллической решетке. Атомы с максимальной энергией находятся в углах граней микронеровностей, они – активные центры растворения при химическом образовании ржавчины. Чтобы повысить устойчивость деталей к коррозии, следует обрабатывать их: шлифовать, полировать, выполнять доводку. Также защитить металл получится, если на поверхности будет плотная и сплошная оксидная пленка.
Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»
При химической коррозии концентрация ионов водорода влияет на то:
- как растворяются продукты коррозии;
- как формируются защитные оксидные пленки;
- с какой скоростью будет разрушаться металл.
Если рН находится в промежутке 4-8 единиц (то есть кислая или нейтральная среда), то коррозия металла определяется тем, насколько интенсивно проникает кислород к поверхности детали.
Если среда щелочная, коррозия сначала будет протекать медленнее благодаря пассивации поверхности, но затем, при рН > 13 этот показатель увеличится, поскольку оксидная пленка растворится.
Каждый вид металла будет иметь определенную зависимость скорости коррозии от кислотности раствора. Благородные металлы (Pt, Ag, Au) не подвержены образованию ржавчины в кислой среде.
Однако происходит быстрое разрушения Zn, Al, причем не только в кислой, но и щелочной среде.
На Ni и Cd не образуется ржавчина в щелочной среде, однако коррозия на них может появиться в кислом растворе.
То, насколько быстро будет появляться ржавчина на металле в нейтральной среде, зависит от свойств соли и ее концентрации:
- При гидролизе солей в коррозионной среде происходит образование ионов, они выполняют функцию активаторов либо замедлителей, то есть препятствуют появлению коррозии.
- Соединения, увеличивающие pH, ускоряют процесс образования ржавчины, к примеру это кальцинированная сода. Соединения, снижающие кислотность, например хлористый аммоний, замедляют разрушительные процессы.
- Если в растворе есть хлориды и сульфаты, происходит активация разрушения до того момента, когда соли достигнут определенной концентрации. По этой причине анодный процесс усиливается под действием ионов хлора и серы. После этого скорость его снижается, поскольку кислород хуже растворяется в среде.
- Ряд солей могут образовывать пленку, которая практически не растворяется, к примеру фосфорнокислое железо. В результате этого металл будет защищен от образования ржавчины. Это свойство успешно используют в нейтрализаторах коррозии.
Конструируя детали, предназначенные для работы в агрессивной среде, важно понимать, когда скорость коррозии металла увеличивается:
- после взаимодействия металлов разного состава, с увеличением разницы электродного потенциала между ними, будет повышаться скорость образования ржавчины;
- если обрабатываемая поверхность загрязнена, поскольку в этом случае образуются локальные короткозамкнутые гальванические пары;
- когда температура частей аппарата существенно отличается, в результате этого происходит образование термогальванических элементов;
- если есть застойные области, щели, зазоры;
- когда формируются остаточные напряжения, поэтому в сварных швах проводят специальную термообработку – отжиг.
Влияние механического воздействия на скорость коррозии
Процесс образования ржавчины на металле протекает быстрее в результате механических воздействий:
- Внутренние (во время формования и термической обработки) и внешние (в результате воздействия нагрузки извне) напряжения. Это приводит к электрохимической неоднородности, снижается термодинамическая устойчивость материала, формируется коррозионное растрескивание. Выше всего скорость образования коррозии при растягивающих нагрузках. В этом случае трещины появляются в перпендикулярных плоскостях, когда есть анионы окислителей, например NaCl. Подобное разрушение можно наблюдать на элементах паровых котлов.
- Знакопеременное динамическое воздействие, вибрации. Когда снижается предел коррозионной усталости, возникают мельчайшие трещинки, превращающиеся со временем в большое разрушение. Количество циклов до критической поломки определяется химическим и фазовым составом металлов и сплавов. Данный вид коррозии встречается на осях насосов, рессор, лопатках турбин и прочих деталях оборудования.
Читайте также: «Брызги металла при сварке»
- Трение элементов. Ржавчина образуется достаточно быстро из-за того, что защитные пленки изнашиваются, в результате поверхность металла начинает химически взаимодействовать с агрессивной средой. Причем корродирование происходит быстрее в жидкости, чем на воздухе.
- Кавитационное ударное разрушение. Кавитация появляется, если нарушена сплошность потока жидкости из-за появления вакуумных пузырьков. Они схлопываются, это приводит к тому, что создается пульсирующее воздействие. Как следствие данного процесса, появляются глубокие локальные повреждения. Подобный вид коррозии можно увидеть в химических аппаратах.
Замедлители коррозии металла
Замедлители, другое название которых «ингибиторы», образования ржавчины могут отличаться в зависимости от принципа воздействия на окислительно-восстановительный процесс:
- Анодные. За счет их использования происходит образование пассивной пленки. К анодным ингибиторам можно отнести соединения на основе хроматов и бихроматов, нитратов и нитритов. Последний вид замедлителей коррозии подходит для межоперационной защиты элементов. Если используются анодные ингибиторы, следует рассчитать их минимально возможную концентрацию. Дело в том, что при добавлении большого количества скорость образования ржавчины, наоборот, увеличится.
- Катодные. Действуют по принципу снижения концентрации кислорода, поэтому замедляется катодный процесс.
- Экранирующие. Эти замедлители способны изолировать поверхность металла, так как они образуют нерастворимые соединения. Они отлагаются в виде защитной пленки.
К последней группе ингибиторов можно отнести нейтрализаторы, они подходят для того, чтобы очищать поверхность от окислов. Состоят такие замедлители из ортофосфорной кислоты.
Она влияет на процесс фосфатирования металла, на поверхности образуется защитная пленка из нерастворимых фосфатов. Нейтрализаторы необходимо наносить с помощью пульверизатора либо валика. Спустя 25-30 минут оттенок металлической поверхности изменится на бело-серый. Когда ингибитор высохнет, можно покрасить поверхность.
Скорость образования коррозии зависит от множества факторов, условий среды, а также свойств металла.
Читайте также: «Сварочная ванна»
В нормативно-технических документах прописаны строгие ограничения по допустимым значениям коррозии во время использования оборудования, строительных конструкций. Только при соблюдении этих требований можно обеспечить безопасность работы.
В проектировании есть множество способов, с помощью которых можно определить скорость образования ржавчины. Важно учитывать особенности конкретной ситуации и все воздействующие на металл факторы.
Скорость коррозии металла
В случае равномерной коррозии скорость может быть определена по формуле:
v=Δm / S•t, где
- v — скорость коррозии, которую обычно выражают в таких единицах: г/(м2•ч) или мг/(см2•сут);
- Δm — убыль (увеличение) массы;
- S — площадь поверхности;
- t — время;
Отметим, что весовой показатель не всегда удобен, особенно если сравнивается коррозия металлов разной плотности. В таких случаях лучше пользоваться глубинным показателем коррозии, т.е. средней глубиной проникновения коррозионного разрушения в металл.
Кроме скорости коррозии металла, к часто используемым показателям (критериям) коррозии относят:
Прямые показатели коррозии
- убыль или увеличение массы, отнесенные к единице поверхности металла;
- глубина коррозии;
- доля поверхности, занятая продуктами коррозии;
- количество коррозионных язв или точек (очагов коррозии) на единице поверхности;
- объем выделившегося с единицы поверхности водорода или поглощенного кислорода;
- время до появления первого очага коррозии;
- время до появления коррозионной трещины или полного разрушения образца;
- сила тока коррозии;
Косвенные показатели коррозии
- изменение физико-механических свойств металла (предела прочности при испытаниях на сжатие и разрыв, относительного удлинения, отражательной способности и др.);
- изменение сопротивления;
Глубинный показатель коррозии
∏=8,76•v/ρ, где
8,76 — коэффициент для перехода от измерения весового показателя скорости коррозии в расчете на 1 ч к глубинному показателю в расчете на 1 год (24 ч • 360=8760 ч);
v — скорость коррозии, г/(м2•ч);
ρ — плотность, г/см3;
В том случае, если коррозия имеет местный характер, скорость ее не может быть точно охарактеризована весовым или глубинным показателем. При питтинговой коррозии необходимо определять максимальный глубинный показатель. При межкристаллитной коррозии и коррозионном растрескивании скорость коррозии количественно характеризуется механическим показателем коррозии, например, по потере прочности:
Kσ=(σ0–σ1/σ0)•100%, где
σ0 — предел прочности до коррозии;
σ1 — предел прочности после коррозии, рассчитанный по отношению к первоначальной площади сечения металлического образца;
Шкала грубой оценки коррозионной стойкости металлов
| Группа стойкости | Глубинный показатель коррозии, мм/год | Балл |
|---|---|---|
| Совершенно стойкие | 0,001 | 1 |
| Весьма стойкие | 0,001 … 0,005 | 2 |
| 0,005 … 0,010 | 3 | |
| Стойкие | 0,01 … 0,05 | 4 |
| 0,05 … 0,10 | 5 | |
| Пониженно стойкие | 0,1 … 0,5 | 6 |
| 0,5 … 1,0 | 7 | |
| Малостойкие | 1,0 … 5,0 | 8 |
| 5,0 … 10,0 | 9 | |
| Нестойкие | 10,0 | 10 |
Вопросы, рассмотренные в материале:
- Понятие и виды коррозии металла
- Расчет скорости коррозии металла
- Факторы, влияющие на скорость коррозии металла
- Способы защиты от коррозии металла
Понятие и виды коррозии металла
Коррозией принято называть химическое разрушение металлов при взаимодействии с различными факторами окружающей среды. Этот процесс не следует путать с эрозией, которая происходит вследствие только физических причин.
Среды, под действием которых разрушается материал, принято называть коррозионными. В ходе самопроизвольного разрушения металла образуются продукты коррозии. Коррозионная стойкость, соответственно, определяется способностью противостоять воздействию разрушающих факторов окружающей среды.
Существует ряд разновидностей этого процесса, которые отличаются механизмом и характером. Механизм, по которому протекает разъедание материала, зависит от особенностей коррозионной среды и ряда других немаловажных факторов. Коррозия может быть химической или электрохимической.
В сухой газовой или жидкой среде, не проводящей электричество (спирт, метилбензол, бензин), коррозия происходит по механизму, для которого характерна гетерогенная химическая реакция с параллельным окислением металла и восстановлением окисленных компонентов среды или деполяризаторов. Такой вид взаимодействия материала с коррозионной средой называют химической коррозией.
Условия, в которых протекают процессы, легли в основу их разделения на:
- газовую коррозию, при которой металл окисляется в газовой среде, где высокая температура не дает влаге возможности конденсироваться на его поверхности;
- коррозию в жидких средах, которые не проводят электричество.
Электрохимический механизм коррозионного разрушения материалов имеет место в средах с ионной проводимостью. Такой вид коррозии отличается параллельным течением двух реакций, когда отдельные участки поверхности деталей становятся местом окисления металла и восстановления окисленных компонентов коррозионной среды (деполяризаторов).
Электрохимическая коррозия – это процесс, в ходе которого при растворении материала появляется электрический ток, приходят в движение ионы из электролитного раствора и электроны в структуре металла.
Средой для электрохимической коррозии служат водные растворы активного вещества (кислота, щелочь или соли). Чаще всего по этому механизму металлы корродируют в таких средах, как морская вода, земля или газ с небольшим количеством жидкости.
В зависимости от вида среды выделяют:
- Газовую коррозию, когда разрушение металла протекает химическим путем в газе.
- Атмосферную, протекающую в атмосфере влажных газов или на воздухе. Для такого разрушения типичен равномерный поверхностный характер.
- Коррозию в электролитных растворах.
- Почвенную или подземную коррозию металлоконструкций.
- Биологическую коррозию, вызванную воздействием, оказываемым на поверхность металлического изделия продуктами жизнедеятельности микробов.
Электрохимическая коррозия металла может быть двух видов:
- Подземная электрокоррозия, происходящая из-за блуждающих токов от внешних источников.
- Контактная коррозия металлов, когда металл разрушается при взаимодействии с другим металлическим предметом с более высоким положительным электродным потенциалом.
Расчет скорости коррозии металла
Для определения скорости равномерного корродирования материала пользуются формулой:
V = Δm / S × t, где
V – скорость процесса, измеряемая в граммах на метр квадратный в час или миллиграммах на сантиметр квадратный в сутки;
m – изменение массы;
S – площадь;
t – время.
Расчет интенсивности по весовому показателю может быть нецелесообразным при необходимости сравнительного анализа коррозии двух металлов различной плотности. Для подобных случаев следует определять среднюю глубину, на которую проникли изменения.
Помимо скорости коррозии металла, нередко пользуются другими показателями:
- изменение массы, соотнесенное с показателем площади;
- глубина проникновения;
- соотношение чистой поверхности с той, что уже затронута процессом;
- число очагов коррозионного разрушения на единицу площади;
- количество выделяемого водорода или поглощаемого кислорода в пересчете на площадь;
- время, потребовавшееся на формирование первого очага изменений;
- период, потребовавшийся на коррозионное растрескивание или полное разрушение изделия;
- сила коррозионного тока.
Скорость коррозии металла в год можно рассчитать по формуле:
∏ = 8,76 × v/ρ, где
8,76 – коэффициент для перерасчета весового показателя на глубинный за 1 год (24 ч × 360 = 8 760 ч);
v – скорость коррозии, г/м2 ч;
ρ – плотность, г/см3;
Если разрушение происходит неравномерно, то нецелесообразно определение его скорости при помощи весового коэффициента и показателя глубинности процесса. Скорость коррозионного изъязвления определяется по максимальной глубине. Межкристаллитное разъедание и появление трещин требуют количественной оценки по косвенным показателям, таким как потеря прочности:
Kσ = (σ0 – σ1 / σ0) × 100 %, где
σ0 – предел прочности до коррозии;
σ1 – предел прочности после коррозии, отнесенный к первоначальному поперечному сечению детали.
Факторы, влияющие на скорость коррозии металла
Интенсивность разъедания материала деталей при их эксплуатации может зависеть от разных факторов:
- внутренних, на которые влияют как физика и химия объекта, так и его внутреннее строение, качество механической обработки поверхности, внутренние напряжения и т. д.;
- внешних, то есть окружающих условий, интенсивности движения окружающего вещества, химических особенностей, нагрева, присутствия субстанций, угнетающих или стимулирующих реакции и многих других;
- механических, заключающихся в появлении трещин, циклических нагрузках, разрушающих материал, кавитационной и появляющейся при разрушении оксидной пленки от трения коррозии и пр.;
- конструктива металлических изделий.
Среди наиболее важных показателей, оказывающих влияние на темпы коррозионного разрушения материала, следует назвать:
- Термодинамическую устойчивость, которая в водном растворе определяется по справочным диаграммам Пурбе. Для этого нужно отложить по оси абсцисс pH коррозионной среды, а по оси ординат значение окислительно-восстановительного потенциала, сдвиг которого в сторону увеличения говорит о большей устойчивости металла. В среднем, она может быть определена как нормальный равновесный потенциал.
- Атомный номер, уменьшение которого связано с возрастанием скорости процесса. Наименьшая коррозионная стойкость свойственна щелочным и щелочноземельным металлам.
- Кристаллическую структуру, которая сказывается на коррозионной стойкости по-разному. От равномерности распределения фаз в целом зависит равномерность коррозионного разрушения металлов. Так, при неоднородном распределении коррозия образует очаги. В агрессивных средах на переходах от одной фазы к другой образуется разность потенциалов. Крупное зерно в структуре металла не способствует его более быстрому разрушению, но является фактором, благоприятствующим избирательной коррозии.
- Различную энергию атомов в структуре металла. Расположенные по углам граней микроскопических неровностей частицы с более высоким энергетическим потенциалом активно участвуют в химическом разрушении, становясь его центрами. С учетом сказанного, особое внимание следует уделять механической обработке изделий, их шлифовке, доводке и полировке. Повышенная коррозионная устойчивость при этом объясняется, в том числе и тем, что на гладкой поверхности формируется более равномерная и плотная оксидная пленка.
При химическом коррозионном разрушении металла многое зависит от концентрации электрически заряженных атомов водорода, которые сказываются на:
- растворимости продуктов коррозии;
- формировании защитной пленки из окислов;
- скорости коррозии.
В кислых растворах с рН в диапазоне от 4 до 10 на скорость коррозии металла в значительной степени влияет то, насколько интенсивно атомарный кислород достигает его верхних слоев. По мере увеличения щелочности среды на первых порах происходит пассивация поверхности материала, снижающая темпы разрушения. Далее при значениях pH от 13 и более скорость коррозии нарастает за счет разъедания защитного слоя из оксидов.
Различные металлы и сплавы по-разному меняют свою коррозионную стойкость при изменении pH-среды. Наибольшую устойчивость к разрушению в кислых растворах проявляют платина, золото и серебро. Цинк и алюминий интенсивно корродируют как в кислой, так и в щелочной среде, а никель и кадмий быстро разрушаются в кислотных растворах, но проявляют стойкость к действию щелочных.
Если среда нейтральна, на скорость разрушения главным образом влияют химические свойства солей и их процентное содержание:
- гидролиз соли в коррозионной среде сопровождается образованием ионов, активирующих или замедляющих процесс коррозии;
- скорость разрушения можно увеличить, внося в раствор добавки, повышающие кислотность типа кальцинированной соды, или уменьшить, повышая щелочность добавлением, например, хлористого аммония;
- хлориды и сульфаты, вносимые в раствор, активируют процесс коррозии до определенного процентного содержания, по достижении которого начинают ингибировать его, снижая растворимость кислорода.
Соли вроде фосфорнокислого железа способствуют формированию труднорастворимой пленки, защищающей материал от коррозии. Этим свойством пользуются при производстве нейтрализаторов ржавчины.
Способы защиты от коррозии металла
В зависимости от преобладающих механизмов разрушения, устойчивость окрашенных поверхностей к коррозии может быть различна. Активное химическое воздействие среды заметно меняет разность потенциалов между сердцевиной металлической детали и ее поверхностью. Возникающие из-за этого коррозионные токи стимулируют повреждение. Так разрушаются, к примеру, стальные трубы в проложенных под землей магистралях. Защитить такие изделия с помощью краски невозможно.
Покрытие металлами
Иначе обстоят дела при нанесении металлического покрытия с отрицательным электролитическим потенциалом в отношении окислительно-восстановительных реакций. Если преобладает окисление, стальные детали хорошо защищает покрытие на основе алюминия и цинка, так как эти элементы обладают меньшей кислородной активностью.
Цинкованием и алитированием часто защищают стальные изделия, работающие в кислых средах. С помощью окрашивания здесь решают в основном эстетические задачи.
Восстановительная среда требует защиты с помощью покрытий из металлов, располагающихся «справа» от водорода, тут идут в дело покрытия из меди или благородных металлов. Высокая стоимость меднения не позволяет применять его широко, речь обычно идет о защите малых площадей. В таких случаях на помощь приходят лакокрасочные покрытия.
Окрашивание
Защита, которую обеспечивают краски, осуществляется за счет наличия в их составе ингибиторов коррозии. Формула таких покрытий разрабатывается с учетом свойств среды и замедляет образование ржавых пятен. Благодаря эластичности современные краски также эффективно справляются и с провоцирующими коррозию поверхностными натяжениями.
Для увеличения антикоррозионных свойств в состав краски вводят полимеры на основе кремнийорганических соединений, повышающие устойчивость металла к температурным колебаниям, воздействию влаги и другим атмосферным факторам. К недостаткам подобных покрытий следует отнести:
- токсичность;
- низкую эффективность в отношении электролитического разрушения.
Сказанное выше подчеркивает особую важность правильного подбора красящих защитных составов и индивидуального подхода к защите металлических деталей и узлов от воздействия факторов окружающей среды.
Читайте также
Количественную
оценку течения коррозионных процессов
характеризуют коррозионные потери и
скорость коррозии. Коррозионные потери
определяются как отношение потери массы
к площади прокорродировавшей поверхности.
Скорость коррозии определяется изменением
некоторого свойства или признака
стальной конструкции за время протекания
процесса коррозии. Как коррозионные
потери, так и скорость коррозии, как
правило, зависят от времени. Из-за
разнообразия типов коррозионных
разрушений невозможно установить единую
для всех случаев меру скорости коррозии.
В случае сплошной коррозии, когда опасны
общие потери металла, ее оценивают по
массовому показателю, т.е. по потере
массы металла, отнесенной к единице
поверхности и единице времени, например:
г/см2
ч или г/м2
год. Если опасность представляет сквозная
коррозия, то ее скорость оценивают по
глубинному показателю, т.е. по глубине
проникновения коррозионного разрушения,
выраженному в линейных единицах и
отнесенному к единице времени, например,
мм/год.
Кроме массовых
(гравиметрических) способов измерения
потерь металла при оценке скорости
коррозии нередко прибегают к объемным
(волюмо-метрическим) способам. Это
возможно в тех случаях, когда окисление
металла сопровождается расходом или
выделением газа. Так, при атмосферной
коррозии расходуется кислород, а при
кислотной выделяется водород. Объем
израсходованного кислорода или
выделившегося водорода пропорционален
массе окислившегося металла. Измерение
объема менее точно, чем взвешивание, но
при массовом определении скорости
коррозии необходимо прерывать испытание,
удалять продукты коррозии и лишь после
этого определять уменьшение массы
образца. Поэтому найденная скорость
коррозии представляет собой некоторую
усредненную величину за период испытания.
При этом предполагается, что скорость
процесса не изменялась в течение опыта,
что не всегда справедливо. За изменением
объема газа в некоторой замкнутой
системе можно следить, не прерывая
испытания, что дает более содержательную
информацию о кинетике процесса коррозии.
Массовую потерю металла (г) при
атмосферной и кислотной коррозии
вычисляют по формуле:
,
(1.4.1)
где
М
– массовая потеря металла;
– постоянный коэффициент, равный 4 при
коррозии с кислородной деполяризацией
и равный 2 при коррозии с водородной
деполяризацией; V
– объем израсходованного кислорода или
выделившегося водорода; А
– атомная
масса железа; Vмоль
– молярные объемы кислорода или водорода
в условиях опыта; z
– валентность железа в продуктах коррозии.
Массовый показатель
скорости коррозии Кm
при этом определяется выражением:
,
(1.4.2)
где
S
– площадь поверхности корродирующего
металла;
t
– продолжительность коррозионных
испытаний.
Поверхность
твердого тела имеет всегда сложный
микрорельеф. Обычное измерение поверхности
при помощи линейки дает величину So,
всегда меньшую истинной поверхности
S,
на которой протекает коррозионный
процесс:
,
(1.4.3)
где
– коэффициент (фактор) шероховатости.
Экспериментальное
определение
или
связано с большими трудностями. Поэтому
при расчете скорости коррозии обычно
используют кажущуюся величину поверхности
.
Изменением микрорельефа, происходящем
в процессе коррозионных испытаний,
пренебрегают. Это вносит, конечно,
некоторую неточность в полученную
величину скорости коррозии.
При гравиметрическом
(весовом) методе число прореагировавших
частиц почти всегда заменяют весом
окислившегося железа. Потерю массы
железа определяют по разности масс
образца до и после коррозионного
испытания, т.е. М
= М1
– М2,
где М1
и М2
– масса
образца соответственно до и после
коррозионного испытания и очистки
образцов от продуктов коррозии.
При электрохимической
коррозии между скоростью коррозии,
определенной по изменению массы, и силой
тока коррозии существует следующая
зависимость, полученная из закона
Фарадея:
,
(1.4.4)
где
–
плотность тока коррозии;
=
96487 Кл/моль – постоянная Фарадея.
Объемный показатель
коррозии
–
объем поглощенного (выделенного) в ходе
коррозионного процесса газа, отнесенный
к единице поверхности металла и единице
времени:
,
(1.4.5)
Глубинный показатель
коррозии
определяется по максимальной глубине
каверны или питтинга, отнесенных к
единице времени
(мм/год). Переход от массового показателя
коррозии, выражаемого в (г/м2
ч) или в (мг/дм2ч)
к глубинному показателю, выражаемому
в (мм/год) может быть осуществлен в случае
равномерной коррозии по формуле:
,
(1.4.6)
где
– плотность корродирующего металла.
Из приведенного
соотношения (1.4.6) следует, что скорость
проникновения коррозии в глубь стального
сооружения, равная 1 мм/год, соответствует
потере массы:
0,89
г/м2ч.
При этом, при определении коррозионных
потерь можно принять, что 1 г/м2ч
0,72 мг/м2мес
2,4 мг/дм2
сут.
Указанные показатели
коррозии могут быть использованы для
определения скорости коррозии стальных
сооружения только при равномерном
характере коррозии. Для оценки скорости
местного коррозионного разрушения
используют особые показатели. Например,
точечную коррозию можно количественно
характеризовать по максимальной глубине
проникновения питтингов, определяемой
любыми, например оптическими, методами.
Степень межкристаллитной коррозии, как
правило, определяют по относительному
изменению механических (прочностных)
или физических (электропроводность)
характеристик металла за время
коррозионных испытаний.
Глубинный показатель
коррозии удобен при сравнении коррозионной
стойкости различных металлов. В системе
трубопроводного транспорта нефти и
газа принята десятибалльная шкала
коррозионной стойкости металлов (табл.
1.4.1).
Таблица
1.4.1
Десятибалльная шкала коррозионной
стойкости металлов
|
Группа |
Скорость коррозии, |
Балл |
|
Совершенно |
<0,001 |
1 |
|
Весьма стойкие |
0,001 |
2 |
|
Стойкие |
0,005 – 0,01 |
3 |
|
0,01 – 0,05 |
4 |
|
|
0,05 – 0,1 |
5 |
|
|
Понижено-стойкие |
0,1 – 0,5 |
6 |
|
0,5 – 1,0 |
7 |
|
|
Малостойкие |
1,0 – 5,0 |
8 |
|
5,0 – 10,0 |
9 |
|
|
Нестойкие |
> |
10 |
Механический
показатель скорости коррозии
– изменение одного из основных показателей
механических свойств металла (например,
прочности) за время коррозионных
испытаний
:
,
[Па/год], (1.4.7)
где
и
– предел прочности металла соответственно
до и после начала коррозионных испытаний.
Этот показатель
часто выражают в процентах по отношению
к прочности исходного материала:
,
[%/год] (1.4.8)
Электрический
показатель коррозии
– изменение электрического сопротивления
металла сооружения за время коррозионного
испытания:
[Ом/год]
(1.4.9)
или
,
[% год], (1.4.10)
где
и
–
электрическое сопротивление металла
до и после коррозионных испытаний.
Скорость коррозии
в значительной степени зависит от
совместного действия всех факторов,
влияющих на течение коррозионного
процесса. Изменение состава окружающей
среды может замедлить или ускорить
коррозию. Так, ионы
в ряде случаев увеличивают скорость
коррозии, так как при наличии ионов
хлора образуется растворимая соль
, которая, в отличии от гидроокиси
не образует на корродирующей поверхности
защитной пленки. В том же направлении
действуют и ионы металлов с переменной
валентностью: (Fe2+
= Fe3+
+ e). Другие
вещества (ингибиторы) замедляют процесс
коррозии. Температура окружающей
среды (грунта) также способствует
изменению скорости коррозии, которая
увеличивается с ростом температуры и
наоборот. Отсюда следует, что при
прокладке трубопроводов в мерзлых
грунтах скорость коррозии невелика, но
она резко увеличивается при их оттаивании.
Применение указанных
методов оценки скорости коррозии иногда
затруднительно. Например, для массового
показателя необходимо знать валентность
металла z.
Но в продуктах коррозии (при протекании
ее в воде или атмосфере) одновременно
содержатся ионы двух- и трехвалентного
железа, как правило, в разных соотношениях.
Подобные же сложности возникают и при
определении прочности металла, его
электрического сопротивления и т.д.
Однако эти методы нашли широкое применение
в практике эксплуатации объектов
трубопроводного транспорта и при
проведении коррозионных исследований.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Калькулятор позволяет определить по результатам замеров толщины стенки трубопровода скорость коррозии и спрогнозировать остаточный срок службы.
Выберите ГОСТ сортамента трубы
Выберите наружный диаметр трубы
Выберите номинальную толщину стенки трубы
Введите толщину отбраковки стенки по НТД или расчету на прочность (totb)
Введите толщину стенки по результатам предыдущих измерений (tf1)
Введите фактическую толщину стенки по результатам настоящих измерений (tf2)
Введите общий срок службы эксплуатации трубопровода до настоящего измерения
Введите время между настоящим и предыдущим измерениям (tpr)
Скачать полный вариант расчета:
В разработке!
Поделится ссылкой на полный вариант расчета:
Общие данные.
Метод расчета используемый в калькуляторе не является нормативным. Пользователь сам должен определить возможность (применимость) использования калькулятора исходя из своих условий.
Калькулятор составлен исходя из условия:
-
- при расчета учитывается только сплошная коррозия (калькулятор не применим при расчете скорости коррозии и срока службы при язвенной (питтинговой ) и межкристаллической коррозии);
- рекомендуется принимать минимальное из полученных значений;
- при расчете неравномерного развития коррозии калькулятор составлен исходя из равноускоренного развития коррозии (учитываются замеры за последний период).
Номинальные данные трубопровода (диаметр, толщина стенки) определяются по паспорту трубопровода или проектной (исполнительной) документации.
Толщину отбраковки стенки по НТД определяют исходя из назначения трубопровода. Например для:
-
- газопровода:
- надземного и внутреннего не менее 2,0 мм согласно п.4.6. СП 62.13330.2011*;
- подземного не менее 3,0 мм согласно п.4.6. СП 62.13330.2011*;
- трубопровода (общие требования) не менее 3 мм для труб и соединительных деталей номинальным диаметром 200 и менее, и не менее 4 мм — номинальным диаметром свыше 200 согласно п. 8.1. СП 33.13330.2012;
- трубопроводы технологические (см. ниже).
- газопровода:
Страницы: 1
Количество строк: 5,10,20
Скачать таблицу:
Поделится ссылкой на таблицу:
Толщину отбраковки стенки исходя расчета на прочность определяют расчетом согласно действующему нормативному методу:
-
- трубопроводы (общие требования) согласно СП 33.13330.2012;
- технологические трубопроводы согласно ГОСТ 32569-2013 или Руководство по безопасности «Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов»;
- трубопроводы пара и горячей воды согласно РД 10-249-98 или РД 10-400-01.
Фактическая толщина стенки трубы определяется с помощью ультразвуковой толщинометрии (ГОСТ Р ИСО 16809-2015).
Для определения скорости коррозии и измерения толщин стен трубы могут быть использованы:
-
- «Инструкция по определению скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов на предприятиях Миннефтехимпрома СССР»;
- ГОСТ 9.908-85 «Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости»;
- ГОСТ ISO 9223-2017 «Коррозия металлов и сплавов. Коррозионная агрессивность атмосферы. Классификация, определение и оценка»;
- РД 34.17.430-94 «Методические указания по определению характера коррозионного повреждения металла трубопроводов тепловых сетей«;
- СТО Газпром 2-2.3-112-2007 «Методические указания по оценке работоспособности участков магистральных газопроводов с коррозионными дефектами».
В частности согласно «Инструкция по определению скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов на предприятиях Миннефтехимпрома СССР»:
-
- результаты периодических измерений толщины стенок сосуда или трубопровода служат основанием для определения скорости коррозии металла в условиях эксплуатации.
- замеры толщины стенок производятся неразрушающими методами контроля или путем засверловки и измерения толщины стенки мерительным инструментом. Предпочтение следует отдавать ультразвуковой толщинометрии.
- если результаты измерений толщины стенок неразрушающими методами контроля вызывают сомнение, то измерение следует производить сквозной засверловкой.
- на сосудах и трубопроводах, работающих в средах, вызывающих межкристаллитную коррозию или коррозионное растрескивание под напряжением, сквозные засверловки, с последующей их заделкой методами дуговой сварки, не допускаются.
В СТО Газпром 2-2.3-112-2007 «Методические указания по оценке работоспособности участков магистральных газопроводов с коррозионными дефектами» приведена методика расчета допустимого давления газопровода исходя из типа и степени повреждения газопровода внутренней коррозией.
Примечание.
В комментарии приветствуются пожелания, замечания и рекомендации по улучшению программы.
Поделиться ссылкой:
