Коррозия чугуна


Коррозионное разрушение чугуна вызывается электрохимическими, реже, чисто химическими процессами. Коррозия может быть равномерной, местной, межкристаллитной избирательной.

В общем случае коррозия оценивается обычно как скорость уменьшения массы материала и выражается в г/(м2∗ч) или в мм/год. В зависимости от этих потерь различают классы стойкости при коррозии в сильно- и среднеагрессивных средах (табл. 1).

Таблица 1. Классы стойкости металлов
Класс Характеристики стойкости металла Уменьшение массы металла при коррозии
г/(м2∗q) мм/год
1 Вполне стойкие <0,1 <0,12
2 Достаточно стойкие 0,1-1,0 0,12-1,2
3 Относительно стойкие 1,0-3,0 1,2-3,6
4 Малостойкие 3,0-10,0 3,6-12,0
5 Нестойкие >10,0 >12,0

Сопротивление коррозии зависит как от особенностей металла, так и от внешних факторов — состава и температуры среды, доступа кислорода, движения раствора или газа относительно металла. В частности, повышение температуры и скорости движения среды увеличивает скорость коррозии.

К факторам, связанным с особенностями металла, относятся структура, химический состав, шлаковые и газовые включения, напряжения н состояние поверхности.

По сопротивлению коррознн серые чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом в различных средах могут быть отнесены к различным классам стойкости (табл. 2), В сравнительно чистом и сухом воздухе эти чугуны весьма стойки благодаря образованию пассивирующей пленки (скорость коррозии ~0,025 мм/год). Коррозия начинает возрастать при загрязнении атмосферы, главным образом сернистыми газами. При этом состав и тип чугуна, в частности форма графита и характер матрицы, оказывают сравнительно небольшое влияние. Единственным элементом, полезным в этих условиях, является медь.

Роль состава и структуры чугуна также не очень велика при коррозии в природных, промышленных, лечебных и морских водах, хотя чугун марок ВЧ, особенно перлитный, обладает более высокой коррозионной стойкостью в морской воде, чем чугун марок СЧ. Главное влияние в этих условиях, как и при атмосферной коррозии, оказывают состав среды и плотность отливок. Растворы солей, гидраты которых придают воде кислотный характер, значительно ускоряю коррозию, а соли, дающие при гидролизе щелочные растворы, замедляю коррозионный процесс.


В условиях подземной коррозии существенное влияние оказывают так факторы, как состав и электрическое сопротивление почвы, характер контакта, наличие блуждающих токов и др. В частности, с увеличением электрического сопротивления почвы с 100—200 до 20 000 Ом∗см скорость коррозии уменьшается в 3 раза. Несколько большее сопротивление коррозии в почве оказывают чугуны марок КЧ и ВЧ, особенно в агрессивной среде.


Таблица 2. Коррозионная стойкость (скорость коррозии мм/год) чугуна в различных условиях
Чугун Условия эксплуатации
Промыш­ленная атмо­сфера Влажная камера с еже­дневной добавкой 0,3% SO2 Про­точная водо­провод­ная при 25 °C Морская вода *1 10%-ный раствор соды при 50 °C 3%-ный раствор при 10-19 °C 5%-ная кислота
серная соляная азотная
Белый 0,045
Серый 0,141 0,242 0,267 0,03-0,09 0,0185 0,084 30,7 26,7 25,8
Высокопрочный:                  
ферритный 0,181 0,285 0,216 0,025-0,105 0,01 0,077
ферритно-перлитный 0,181 0,235 0,257 0,083
перлитный 0,141 0,220 0,285 0,05-0,07 0,012 0,084
Ковкий 0,045-0,08
Коррозионно-стойкий типа неризист 4Н15Д7 0,049 0,02 0,152 0,3 21,3
Кремнистый типа ЧС15, ЧС15МЧ 0,125 0,125
*1 При испытании в проточной морской воде скорость коррозии превышает аналогичные данные в простой воде. Скорость коррозии 1 г/(м2∗ч) = 1,2мм/год

В общем случае для этих чугунов коррозионная стойкость повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы, а также при уменьшении содержания Si, S, Р. Повышают сопротивление коррозии модифицирование, а также легирование Сu (до 1,4%), Ni (до 3,0%), Сr (до 1,0%). Для работы в щелочной среде рекомендуются чугуны, содержащие 0,8—1,0% Ni и 0,6—0,8% Сr или 0,35—0,5% Ni и 0,4—0,6% Сr.

Однако при воздействии на металл сильных реагентов, кислот и щелочей следует применять высоколегированные чугуны. В этих случаях основное значение приобретает химический состав чугуна. Роль структуры, особенно формы выделения графита, значительно меньше. При прочих равных условиях наилучшими являются аустенитная или ферритная структура. Компактный или пластинчатый графит мало различаются по своему влиянию, если последний разобщен, сравнительно невелик и равномерно распределен.

Повышение сопротивления чугуна коррозии в агрессивных средах достигается легированием элементами, которые обладают высоким потенциалом (Cu, Ni, Мо) и являются более устойчивыми, либо способны образовать защитные пассивирующие пленки (Сг, Si, А1) в гой или иной среде, либо обладают обоими этими свойавами.


Химическая стойкость чугуна в кислотах резко увеличивается при содержании кремния ~1,5%. Сплавы ЧС15, ЧС17 стойки в азотной, фосфорной, уксусной и, что особенно важно, в серной кислоте при любых концентрациях и температуре и в смеси HN03 и H2S04. Ферросилиды стойки также в растворах солей, но легко корродируют под воздействием соляной кислоты, крепких щелочей и фтористых соединений. Для повышения стойкости в кислоте НСl сплавы легируют до 4,0% Мо (ЧС15М4, ЧС17МЗ). Эти сплавы известны под названием антихлор. Антихлор устойчив в соляной кислоте любой концен. трации при всех температурах, в азотной кислоте любой концентрации, в лимонной, пикриновой, серной и фосфорной кислотах, перекиси водорода четыреххлористом углероде, железно) купоросе. Недостатком этих сплавов является большая хрупкость, плохая обрабатываемость и низкие механические свойства. Поэтому применяют ферросилиды только в условиях, когда необходима низкая скорость коррозии, не выше 0,25 мм/год.

В условиях воздействия щелочей используют обычно чугуны, легированные никелем (хромом). Наилучшие результаты достигаются при использовании высоколегированных чугунов типа неризист (например, ЧН15Д7Х2). Эти чугуны стойки также в холодных разбавленных растворах серной кислоты. В соляной кислоте чугун этого типа менее стоек, а в азотной — нестоек (см. табл. 2).


При большом содержании хрома (12—35%) чугун оказывается химически стойким во многих средах, кислотах, щелочах, солях и особенно в азотной кислоте благодаря образованию оксидной пассивирующей пленки. В соляной кислоте оксидная пленка на этих сплавах разрушается вследствие воздействия хлоридов.

metiz-bearing.ru

Коррозионная стойкость чугуна может играть важную роль при выборе материалов для изготовления различных деталей, изделий и элементов конструкций. Почему ржавеет чугун? Ржавление или, как говорят более научным языком: коррозионное разрушение чугуна вызывается преимущественно электрохимическими процессами.


зусловно, в процессе ржавления, коррозии чугуна есть определённая доля и чисто химического процесса, но она не играет существенной роли. Поэтому химической коррозии чугуна, если речь идёт не о специальных деталях в определённых агрессивных средах, обычно не придают заметного внимания, из-за её незначительности, по сравнению с электрохимической коррозией. В принципе такая ситуация характерна для коррозии практически всех металлов обычного назначения. Кстати, сама по себе коррозия является процессом сложным и нелинейным, имеющим массу частных аспектов. Именно поэтому исследователи коррозионной стойкости чугуна выделяют варианты коррозии в несколько типов. Так, например, коррозия может быть равномерной, местной, межкристаллитной и избирательной. Этот вопрос тесно связан с химическим составом конкретной марки чугуна и кристаллической структурой отливки довольно сложными зависимостями, плохо поддающимися усреднению при классификации. Однако мы в этой статье приводим данные по коррозионной стойкости чугуна без углубления в специфику узких случаев. Это уже область специальных исследований и публикаций в академической литературе.

В общем случае, применяется достаточно простая методика оценки коррозионных свойств металлов.  Как становится из таблицы, приведенной в ссылке, чугун в зависимости от его марки стали, может быть отнесён к разным классам стойкости.


этом нет ничего удивительного, если мы вспомним, что разновидностей чугуна довольно много, например: белый чугун, серый чугун, высокопрочный чугун, ковкий чугун, легированный чугун и так далее. Коррозионная стойкость чугуна разных марок оценивается обычно, как скорость уменьшения массы образца, а выражается эта скорость коррозии чугуна в граммах за определённый период времени или в мм. Чаще всего измеряется скорость коррозии чугуна в мм в год — это удобнее всего для практических расчётов и оценки стойкости изделий из чугуна, деталей или элементов конструкций. В зависимости от этих потерь массы различают классы стойкости металла (чугуна) при коррозии в средах с различной агрессивностью. Наиболее важными исследованиями являются исследования коррозионной стойкости чугуна в средне агрессивных средах и сильно агрессивных средах.

Сопротивление коррозии зависит как от особенностей самого металла, так и от внешних факторов — состава и температуры среды, доступа кислорода, движения раствора или газа относительно поверхности металла. В частности, повышение температуры и скорости движения среды всегда увеличивает скорость коррозии.

Не всегда понятно, что относится особенностям металла, в смысле коррозионной стойкости чугуна. Поясняю. К факторам, связанным с особенностями металла, относятся: структура чугуна определённой марки, химический состав марки чугуна, шлаковые включения и их количество, форма, степень зернистости шлаковых включений, плотность расположения в чугуне и удалённость их от поверхности.


менее важную роль для коррозионной стойкости чугуна играют так же и газовые включения всегда имеющиеся в наличии после отливки чугуна. Иногда говорят о пористости чугуна и его проницаемости — это взаимосвязанные вещи. Как ни странно на коррозионную устойчивость чугуна влияют и внутренние напряжения, связанные с режимом остывания отливки. То есть, регулируя технологию отлива чугуна, мы можем в определённой степени влиять и на его коррозийную устойчивость. Нельзя игнорировать и состояние поверхности чугуна. При определённых условиях, состояние поверхности чугуна может способствовать увеличению скорости коррозии металла, либо наоборот существенно замедлять её, или даже способствовать образованию естественных защитных плёнок. Вопрос интересный и ему уделяется большое внимание многими исследователями коррозионной стойкости чугуна.

По сопротивлению коррозии серые чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом графитом в различных средах могут быть отнесены к различным классам стойкости СМОТРЕТЬ ТАБЛИЦУ. В малоагрессивной и неагрессивной среде, под которой понимается обычно сравнительно чистый и сухой воздух серый чугун оказывается весьма стойким металлом благодаря образованно пассивирующей пленки (скорость коррозии чугуна в таких условиях приблизительно равна —0.025 мм/год). Коррозия, точнее её скорость, начинает возрастать при загрязнении атмосферы, главным образом сернистыми газами, характерными для промышленных и городских условий в мегаполисе. При этом состав и тип чугуна, в частности форма графита и характер кристаллической матрицы, оказывают сравнительно небольшое влияние. Можно повлиять на коррозионную стойкость чугуна при помощи некоторых добавок в сплаве. Как показали исследования устойчивости чугуна, единственным элементом, существенно полезным в этих условиях, является медь.


Роль состава и структуры чугуна также не очень велика при коррозии металла в природных, промышленных, лечебных и морских водах, хотя чугун марок ВЧ (высокопрочный чугун), особенно такая его разновидность, как перлитный чугун, обладает более высокой коррозионной стойкостью в морской воде, чем серый чугун марок СЧ. Главное влияние на коррозионную стойкость чугуна в таких условиях, как и при атмосферной коррозии, оказывают состав среды и плотность отливок чугуна. Что в общем-то логично. Чем выше плотность отливки чугуна, тем меньше его пористость, ниже проницаемость чугуна, он содержит меньшее количество газовых включений, а значит снижается площадь взаимодействия с агрессивной средой, ну и естественно, меньше процент шлаковых включений, активно участвующих в процессах электрохимической коррозии чугуна. Влияние солей на коррозионную стойкость чугуна неоднозначно. Надо смотреть какая имеется в виду соль, у них разный эффект. Так, например, растворы солей, гидраты которых придают воде кислотный характер, превращая её в более агрессивную среду, значительно ускоряют коррозию чугуна. , а соли, дающие при гидролизе щелочные растворы, эффективно замедляют коррозионный процесс.

Достаточно часто изделия из чугуна, входящие в состав различных конструкций, могут эксплуатироваться под землёй, в грунте на разной глубине. Здесь возникает специфический вид ржавления — это подземная коррозия чугуна. Кстати, сама по себе глубина под землёй, не играет никакой роли для коррозионной стойкости чугуна, всё зависит от конкретных условий эксплуатации. В условиях подземной коррозии существенное влияние оказывают такие факторы, как химический состав грунта и электрическое сопротивление почвы, характер контакта с грунтом, а более всего что может ускорить течение подземной коррозии чугуна — это наличие блуждающих токов. Характерных в промышленных зонах. И в частности, с увеличением электрического  сопротивления почвы с обычных 100-200 до 20000 Ом на см, скорость коррозии чугуна уменьшается в три раза. От чего зависит электрическое сопротивление почвы? Понятно, что одним из главных факторов влияющих на электрическое сопротивление почвы, а значит, опосредованно определяющих и коррозионную стойкость чугуна в подземной среде, является такой параметр, как влажность почвы. При увеличении влажности земли, резко активизируются все причины электрохимической коррозии чугуна комплексно.

Что касается коррозионной стойкости чугуна и устойчивости его к коррозии в подземной среде, некоторое влияние безусловно оказывает химический состав конкретной марки стали. Например, исследования показали, что несколько большее сопротивление коррозии в почве оказывают чугуны марок КЧ (ковкий чугун) и ВЧ (высокопрочный чугун), особенно заметна разница в устойчивости чугуна к ржавлению в агрессивной среде.

В общем случае для этих чугунов устойчивость к коррозии повышается по мере измельчения измельчения зёрен графита и уменьшения его количества. Имеется в виду при однофазной структуре матрицы чугуна, я также при аналогично возрастает стойкость к коррозии чугуна, при уменьшении процентного содержания Si, S, Р. Интересно знать, с практической точки зрения, что есть добавки, повышающие коррозионную стойкость чугуна. Например, повышают сопротивление чугуна коррозии такие приёмы, как модифицирование и легирование чугуна Сu (до 1.4 %). Ni (до 3.0 К). Сг (до 1,0%). Для работы в щелочной среде имеющей другую природу агрессивности и другие механизмы электрохимической коррозии, нежели кислотная среда, рекомендуются к использованию чугуны, содержащие 0.8— 1,0 % N1 и 0.6-0.8 % Сг или 0,35— 0.5 % Ni и 0,4-0.6 % Сг.

Исключение тут составляют особо агрессивные среды. При воздействии на металл сильных реагентов, кислот и щелочей следует применять только высоколегированные чугуны. В многих подобных случаях основное значение приобретет химический состав чугуна, принципиально влияющий на устойчивость его к коррозии в различных условиях. Роль структуры, особенно формы выделения графита, тут становится значительно меньше, хотя и не исчезает совсем. Мы считаем роль структуры в данном случае второстепенным фактором коррозионной стойкости чугуна. Буквально пару слов о структуре чугуна. При прочих равных условиях наилучшими, с точки зрения коррозионной стойкости в агрессивной среде являются аустенитная или ферритная структура. Компактный или пластинчатый графит мало различаются по своему влиянию влиянию, если последний разобщен в чугуне, сравнительно невелик и равномерно распределен в объёме отливки. В принципе, меня распределение пластинчатого графита в чугуне, можно добиться заметного повышения коррозионной стойкости, но это не так просто сделать с технологической точки зрения. Однако реально.

Повышение сопротивления чугуна коррозии в агрессивных средах до­стигается легированием элементами, которые обладают высоким потенциалом (Си, Ni, Мо) и являются более устойчивыми, либо способны к образованию поверхностного слоя — это защитные пассивирующие пленки (Сг, Si, Аi) в той или иной агрессивной среде, либо обладают одновременно обоими этими полезными свойствам.

Устойчивость чугуна и изделий из него, можно существенно «оптимизировать» применяя некоторые добавки в сплав при выплавке. Известно, что химическая стойкость чугуна в кислотных средах резко увеличивается при содержании кремния около 1.5%. Некоторые сплавы чугуна, например марки ЧС15, ЧС17 оказываются стойкими в азотной, фосфорной, уксусной кислотах. Для промышленности и практического применения деталей и конструкций из чугуна, особенно важно, что эти же марки чугуна, устойчивы к коррозии в серной кислоте при любых концентрациях и температуре и в смеси азотной и серной кислоты. Ферросилиды оказываются стойкими к корродированию также в растворах солей, но легко коррелируют под воздействием соляной кислоты, крепких щелочей и фтористых соединений. Для повышения стойкости в кислоте НСl (соляная кислота) сплавы легируют до 4.0% Мо. Это марки чугуна ЧС15М4. ЧС17МЗ. Такие сплавы известны под названием антихлороустойчивых материалов или сокращенно антихлор. Антихлор устойчив В СОЛЯНОЙ КИСЛОТЕ ЛЮБОЙ концентрации. Кроме того, полезно узнать, что антихлороустойчивые сплавы чугуна устойчивы к коррозии не только в соляной кислоте при всех температурах, но оказываются стойкими в лимонной, пикринвой, серной фосфатной кислотах. Проявляют отличную стойкость в растворе перекиси водорода, четыреххлористом углероде, железном купоросе. Естественно, что есть и обратная сторона медали. Как говориться, за всё нужно платить. В данном случае платить технологическими свойствами. Недостатком этих сплавов является большая хрупкость чугуна , плохая обрабатываемость и низкие механические свойства, что существенно затрудняет изготовление изделий и деталей, осложняет применение чугуна в качестве элементов конструкций. Поэтому применяют ферросилиды достаточно редко, вынужденно, когда нет другого выхода. На практике ферросилиды используют только в условиях, когда крайне необходима низкая скорость коррозии, не выше 0,25 мм/год.

В условиях воздействия щелочей используют обычно чугуны, легированные никелем или хромом. Наилучшие результаты по устойчивости к коррозии в щелочной среде, достигаются при использовании высоколегированных чугунов типа нерезист, например, сплав чугуна марки ЧН15Д7Х2. Эти чугуны, легированные никелем и хромом, оказались стойкими также в холодных разбавленных растворах серной кислоты. В соляной кислоте чугун этого типа менее стоек, а в азотной — нестоек и быстро подвергается коррозии.

Ещё пару слов про добавки хрома в сплав чугуна. При большом содержании хрома от 12—35 процентов, легированный чугун оказывается химически стойким но многих агрессивных средах: кислотах, щелочах, солях. Особенно устойчив легированный хромом чугун в азотной кислоте, благодаря образованию оксидной пассивирующей плёнки. Что очень эффективно снижает скорость коррозии чугуна. В соляной кислоте, к сожалению, «фокус не получается» — оксидная пленка на этих сплавах чугуна разрушается вследствие воздействия хлоридов.

Далее статья — механические свойства чугуна ЗДЕСЬ.

4ypakabra.ru

Практическое руководство компании НАЛКО по анализу причин повреждения котлов Nalco Chemical Company

Места преимущественной коррозии

Коррозии данного вида подвергаются насосы питательной воды, трубо­проводы водоснабжения, клапаны и другие компоненты, изготовленные из чугуна (содержащего графит). Поскольку чугун в основном используют в зонах до котла, коррозионное разрушение обнаруживают главным обра­зом в оборудовании предварительной водообработки и водоподачи.

Общие сведения

Коррозия типа графитизации (графитизация) возможна только в тех конст­рукциях, которые выполнены из чугуна, содержащего частицы графита. Чувствительность к коррозии проявляют узловатый, ковкий и серый чу­гун. Узловатый и ковкий чугун иногда считают невосприимчивым к гра­фитизации, однако они все же часто корродируют. Серый чугун применя­ют более широко, и он подвергается более четко выраженной и легко опо­знаваемой коррозии, чем другие виды чугуна.

Когда слегка агрессивная вода соприкасается с поверхностью металла, между частицами графита, включенными в отливку, и окружающей массой металла происходит гальваническое взаимодействие (электрохимический эффект). Графит по отношению к соседнему металлу действует как катод. Часть металла подвергается коррозии. Иногда отливка превращается в ржа­вую массу, содержащую частицы графита. Коррозия ускоряется, если вода умеренно кислая, имеет высокую электропроводность, мягкая и/или содер­жит высокие концентрации агрессивных анионов, в частности сульфата.

Коррозия типа графитизации

Важнейшие условия для графитизации

Графитизация обычно развивается медленно, для появления существенных повреждений могут потребоваться месяцы и годы. С уменьшением рН кор­розия ускоряется. Графитизации способствуют застойные условия, особен­но в тех случаях, когда вода содержит большие количества сульфатов. Зна­чительная графитизация происходит в периоды простоя системы. Если со­зданы условия турбулентности (например, в насосах), то продукты корро­зии могут смещаться, что также ускоряет износ.

Коррозия типа графитизации

Коррозия типа графитизации

Коррозия типа графитизации

Коррозия типа графитизации

Коррозионное разрушение можно уменьшить путем замены чугуна спла — вом. применения химической обработки и/нлн изменения режима работы. Замена сплавом полностью исключает графитнзацню. если вместо чугуна используют сплав, не содержащий графита. Выбор замещающего сплава оп­ределяется требованиями, специфичными для каждого конкретного случая.

Увеличение рН воды до нейтрального или слегка щелочного уменьшает коррозию, особенно если в воде присутствуют в относительно высоких кон­центрациях такие агрессивные анионы, как хлорид и сульфат. Разумное ис­пользование химических веществ-ингибиторов поможет уменьшить отложе­ния до минимума. Когда расход воды невелик (например, во время длитель-

Стся. Следует избегать застойных условий, способствующих графитизации

Меры предосторожности

Графитизации может подвергаться только серый чугун, содержащий гра­фит. Из-за микроструктурных различий в размерах частиц г рафита и их распределении, а также других различий в составе сплава, коррозия быва­ет особенно сильной у серого чугуна.

Трубы и другие компоненты оборудования могут корродировать очень

Некоторой механической прочностью, йо достаточно хрупок. Если корро­дированные компоненты находятся под напряженней, разрушение может

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 22.1_____________________________

Промышленность: Технология производства пищевых продуктов Местоположение образца: Насос питательной воды

Ориентация образца: Горизонтальная

Срок службы, годы: 5

Давление в барабане: 600 фунт/кв. дюйм (4,13 МПа)

Характеристики труб: Диаметр 8 дюймов (203 мм), 5 лопастей,

Топливо: Природный газ

Небольшая крыльчатка насоса питательной поды была извлечена во время пла­новой остановки на техническое обслуживание. Вся поверхность крыльчатки была превращена в мягкие черные продукты коррозии. В некоторых местах от первона-

Полностью превращены в продукты коррозии. Лопасти были в трещинах, и куски продукта коррозии отслоились с образованием поверхности неправильных очерта­ний (Рис. 22.5).

Крыльчатка в предыдущие два года использовалась нерегулярно, с простоями

msd.com.ua

С другой стороны, предположение о давлении водорода не является, вероятно, необходимым фактором для объяснения механизма растрескивания сталей. Паркинс показал, что устойчивые стали могут подвергаться коррозионному растрескиванию в кипящих растворах нитратов после предварительного отжига, в результате которого происходят структурные изменения около границ зерен сплава, аналогичные изменениям, вызывающим напряжения (или объемные изменения при снятии таких напряжений). Исследования, проведенные Паркинсом с помощью рентгеновских лучей, обнаружили наличие внутренних напряжений в сплаве и зависимость между этими напряжениями и временем до разрушения. Возможно, что роль анодного разрушения (которое поддерживается за счет катодного восстановления нитратов на наружной поверхности) заключается в простом нарушении связей, задерживающих развитие трещины.

4.3 Коррозия чугунов

4.3.1 Серый чугун

Серый чугун не является коррозионностойким материалом. В сильных и слабых растворах кислот скорость его коррозии высокая. В атмосфере, даже обогащенный сернистым газом, скорость коррозии (v, мм/г) серого чугуна сравнительно невелика и находится на уровне листовой стали:

Материал

v, мм/г

нелегированный чугун…………………………………

0,08-0,79

чугун с 0,3% Cr…………………………………………….

0,22-0,46

чугун с 0,9% Cr…………………………………………….

0,25-0,37

кровельная сталь………………………………………….

0,3-0,8

Серые чугуны, легированные хромом (0,4-0,8%) и никелем (0,35-1,0%), являются щелочестойкими при температурах до 323К. На коррозионную стойкость серого чугуна больше влияет плотность его в отливках, чем химический состав и структура. Большую плотность имеет серый чугун с содержанием кремния менее 1,5%. Меньше скорость почвенной коррозии у труб из серого чугуна, отлитых центробежным способом и имеющих большую плотность, чем отлитых в стационарных формах.

Добавка до 0,6% меди повышает коррозионную стойкость серого чугуна в ряде слабоагрессивных сред. Медь легирует феррит и повышает его электродный потенциал. Легирование медью (0,3-0,4%) повышает сопротивление атмосферной коррозии и коррозии в уксусной кислоте. В растворах солей и щелочей медистые чугуны не обладают повышенной стойкостью. Добавка до 0,2% олова повышает стойкость чугуна в 10-, 20%-ных кислотах: в 1,8-2 раза (азотная кислота); в 2-6 раз (серная кислота); в 1,3-2,3 раза (соляная кислота); в 2,5-3 раза (уксусная кислота) соответственно. Легирование сурьмой и медью в соотношении 1:2 (в сумме до 1%) повышает стойкость серого чугуна в ряде кислот, и особенно в соляной. В таблице 4.2 приведены данные о коррозии серого чугуна в сравнении с другими сплавами.

Чугуны, содержащие в больших количествах углерод в связанном виде, являются более коррозионно-стойкими, что объясняется меньшей разностью потенциалов пары феррит-цементит по сравнению с парой феррит-графит. С появлением в структуре графита коррозионная стойкость падает. Крупный равномерно распределенный графит дает меньшее количество микропар, чем дисперсный. Однако следует учитывать возникающую при крупных включениях пористость, что способствует проникновению электролита вдоль графитовых пластинок.

При воздействии электролита на чугунные отливки создаются условия для образования микропор, в которых графит или цементит являются катодом, а феррит анодом.

Таблица 4.2 – Коррозия различных сплавов в различных средах

vunivere.ru

Классификация видов коррозии[править | править код]

Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии[1].

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:

  • газовая коррозия;
  • атмосферная коррозия;
  • коррозия в неэлектролитах;
  • коррозия в электролитах;
  • подземная коррозия;
  • биокоррозия;
  • коррозия под воздействием блуждающих токов.

По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды:

  • контактная коррозия;
  • щелевая коррозия;
  • коррозия при неполном погружении;
  • коррозия при полном погружении;
  • коррозия при переменном погружении;
  • коррозия при трении;
  • межкристаллитная коррозия;
  • коррозия под напряжением.

По характеру разрушения:

  • сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность:
    • равномерная;
    • неравномерная;
    • избирательная;
  • локальная (местная) коррозия, охватывающая отдельные участки:
    • пятнами;
    • язвенная;
    • точечная;
    • сквозная;
    • межкристаллитная (расслаивающая в деформированных заготовках и ножевая в сварных соединениях).

Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида:

  • химическую коррозию;
  • электрохимическую коррозию.

Коррозия неметаллических материалов[править | править код]

По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин». При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.

Коррозия металлов[править | править код]

Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой[2]. Для процесса коррозии следует применять термин «коррозионный процесс», а для результата процесса — «коррозионное». Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, — коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.

Типы коррозии[править | править код]

Различают 4 основных вида коррозии: электрохимическая коррозия, водородная, кислородная коррозия и химическая.

Электрохимическая коррозия[править | править код]

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т. п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды — либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т. п., электропроводность её повышается, и скорость процесса увеличивается.

При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый коррозионный элемент. Он представляет собой не что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с более низким окислительно-восстановительным потенциалом; второй электрод в паре, как правило, не корродирует. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокс-потенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например, сварочные швы или заклёпки.

Если растворяющийся электрод коррозионно-стоек, процесс коррозии замедляется. На этом основана, например, защита железных изделий от коррозии путём оцинковки — цинк имеет более отрицательный потенциал, чем железо, поэтому в такой паре железо восстанавливается, а цинк должен корродировать. Однако в связи с образованием на поверхности цинка оксидной плёнки процесс коррозии сильно замедляется.

Примером крупномасштабной электрохимической коррозии может служить происшествие, случившееся в декабре 1967 года с норвежским рудовозом «Анатина»[3] (англ. Anatina), следовавшим из Кипра в Осаку. Налетевший в Тихом океане тайфун привёл к попаданию в трюмы солёной воды и образованию большой гальванической пары: медного концентрата со стальным корпусом судна, который вскоре размягчился, и судно подало сигнал бедствия. Экипаж был спасён подоспевшим немецким судном, а сама «Анатина» еле-еле добралась до порта[4][5].

Водородная и кислородная коррозия

Если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:

2 H 3 O + + 2 e ¯ 2 H 2 O + H 2 {displaystyle {rm {2H_{3}O^{+}+2{bar {e}}rightarrow 2H_{2}O+H_{2}}}}

или

2 H 2 O + 2 e ¯ 2 O H + H 2 {displaystyle {rm {2H_{2}O+2{bar {e}}rightarrow 2OH^{-}+H_{2}}}}

Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:

O 2 + 2 H 2 O + 4 e ¯ 4 O H {displaystyle {rm {O_{2}+2H_{2}O+4{bar {e}}rightarrow 4OH^{-}}}}

Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.

Химическая коррозия[править | править код]

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисления металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

4 F e + 3 O 2 2 F e 2 O 3 {displaystyle {rm {4Fe+3O_{2}rightarrow 2Fe_{2}O_{3}}}}

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

Виды коррозии[править | править код]

  • Газовая коррозия
  • Атмосферная коррозия
  • Коррозия при неполном погружении
  • Коррозия по ватерлинии
  • Коррозия при полном погружении
  • Коррозия при переменном погружении
  • Подземная коррозия
  • Биокоррозия
  • Коррозия внешним током
  • Коррозия блуждающим током
  • Контактная коррозия
  • Коррозия при трении
  • Фреттинг-коррозия
  • Сплошная коррозия
  • Равномерная коррозия
  • Неравномерная коррозия
  • Местная коррозия
  • Морская коррозия
  • Подповерхностная коррозия
  • Точечная коррозия
  • Коррозия пятнами
  • Сквозная коррозия
  • Послойная коррозия
  • Нитевидная коррозия
  • Структурная коррозия
  • Межкристаллитная коррозия
  • Избирательная коррозия
  • Графитизация чугуна
  • Обесцинкование
  • Щелевая коррозия
  • Ножевая коррозия
  • Коррозионная язва
  • Коррозионное растрескивание
  • Коррозия под напряжением
  • Коррозионная усталость
  • Предел коррозионной усталости
  • Коррозионная хрупкость

Борьба с коррозией[править | править код]

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и решение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения[6]. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

  1. Конструкционный
  2. Активный
  3. Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.

В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и корродирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты. Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

Газотермическое напыление[править | править код]

Для борьбы с коррозией используют также методы газотермического напыления. С помощью газотермического напыления на поверхности металла создается слой из другого металла/сплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла. Суть метода такова: газовой струей на поверхность изделия на огромной скорости наносят частицы металлической смеси, например цинк, в результате чего образуется защитный слой толщиной от десятков до сотен микрон. Газотермическое напыление также применяется для продления жизни изношенных узлов оборудования: от восстановления рулевой рейки в автосервисе до агрегатов нефтедобывающих компаний[7].

Термодиффузионное цинковое покрытие[править | править код]

Для эксплуатации металлоизделий в агрессивных средах необходима более стойкая антикоррозионная защита поверхности металлоизделий. Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к чёрным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллидных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытий при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий[8].

Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375—850 °C), или с использованием разрежения (вакуума) — при температуре от 250 °C, применяется для покрытия крепёжных изделий, труб, деталей арматуры и др. конструкций. Значительно повышает стойкость стальных, чугунных изделий в средах, содержащих сероводород (в том числе против сероводородного коррозионного растрескивания), промышленной атмосфере, морской воде и др. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры, времени, способа цинкования и может составлять 0,01—1,5 мм. Современный процесс диффузионного цинкования позволяет образовывать покрытие на резьбовых поверхностях крепёжных изделий, без затруднения их последующего свинчивания. Микротвёрдость слоя покрытия Hμ = 4000 — 5000 МПа. Диффузионное цинковое покрытие также значительно повышает жаростойкость стальных и чугунных изделий при температуре до 700 °C. Возможно получение легированных диффузионных цинковых покрытий, применяемое для повышения их служебных характеристик.

Кадмирование[править | править код]

Покрытие стальных деталей кадмием производится методами, аналогичными цинкованию, но даёт более сильную защиту, особенно в морской воде. Применяется значительно реже из-за значительной токсичности кадмия и его дороговизны. Так же покрывают тонким слоем оксида меди, что предотврощает дальнейшее размножение коррозии.

Хромирование[править | править код]

Покрытие стальных деталей хромом.

Экономический ущерб от коррозии[править | править код]

Экономические потери от коррозии металлов огромны. В США по последним данным NACE[9], ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составили 3,1 % от ВВП (276 млрд долларов). В Германии этот ущерб составил 2,8 % от ВВП. По оценкам специалистов различных стран эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20 % годового производства стали[10].

Ржавчина является одной из наиболее распространённых причин аварий мостов. Так как ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходная масса железа, её наращивание может привести к неравномерному прилеганию друг к другу конструкционных деталей. Это стало причиной разрушения моста через реку Мианус в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма проржавели внутри. Три водителя погибли при падении в реку. Исследования показали, что сток дороги был перекрыт и не был почищен, а сточные воды проникли в опоры моста[11]. 15 декабря 1967 года Серебряный мост, соединяющий Пойнт Плезант, штат Западная Виргиния, и Канауга, штат Огайо, неожиданно рухнул в реку Огайо. В момент обрушения 37 автомобилей двигались по мосту, и 31 из них упали вместе с мостом. Сорок шесть человек погибли, и девять серьёзно пострадали. Помимо человеческих жертв и травм, был разрушен основной транспортный путь между Западной Виргинией и Огайо. Причиной обрушения стала коррозия[12].

Мост Кинзу в Пенсильвании был разрушен в 2003 году от торнадо прежде всего потому, что центральные основные болты проржавели, существенно снизив его устойчивость.

См. также[править | править код]

  • Shewanella oneidensis
  • Старение материалов
  • Коррозия металлов, способы защиты от нее — учебный фильм, производство Центрнаучфильм.

ru.wikipedia.org


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.