Коррозия металла: основные виды и причины появления

Коррозия — процесс, который начинается незаметно, но со временем он способен свести на нет месяцы работы инженеров, строителей.

Коррозия не щадит материал. Даже нержавеющие сплавы со временем теряют защитные свойства. Каждый процент утраты материала создаёт угрозу разгерметизации труб, разрушения опор, отказа оборудования. 

Важно знать, какие виды коррозии металлов и сплавов существуют, а также понимать, почему они возникают, как можно предотвратить их развитие.

Что такое коррозия металла

Это естественный процесс разрушения металла из-за химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Как следствие, изделие теряет толщину, прочность, герметичность, что приводит к разрушению конструкций. 

Большинство конструкционных сплавов при попадании влаги и кислорода запускают электрохимические реакции:

— на анодных участках металл отдаёт электроны и растворяется;

— на катодных потребляется окислитель, обычно кислород. 

Для замыкания электрической цепи между анодными и катодными участками необходим электролит — влага или водный раствор солей, который проводит ток.

При этом не так страшен тонкий равномерный налёт, как локальные формы ржавчины, например, питтинг, когда изделие выглядит почти целым, но в выбранных точках развиваются глубокие «ямки», которые быстро прошивают стенку. Для конструкционных элементов это критично. Внешних признаков почти нет, но возникает высокий риск разрушения.

Основные причины появления

Чтобы понять, как бороться с разрушением, надо знать, как оно начинается. На скорость, характер процесса влияют десятки факторов. Основные виды коррозии металла (группы):

— внешние;

— материальные;

— конструктивные;

— эксплуатационные.

Внешняя среда

Разные условия окружающей среды по-разному влияют на изделия:

• влажность, кислород. При относительной влажности более 60% на поверхности появляется тонкая плёнка воды, которая запускает электрохимические реакции;
• температура. Она ускоряет все химические процессы. Например, при повышении температуры каждые 10 °C скорость разрушения может увеличиться почти вдвое;
• соли, кислоты. Особенно хлориды, которые разрушают защитные плёнки и создают локальные активные зоны, где начинаются точечные изменения. Именно поэтому морской воздух и противогололёдные реагенты — главные враги стали;
• загрязнённая атмосфера. Кислотные осадки, например, сернистый газ, оксиды азота, промышленные выхлопы повышают агрессивность среды;
• контакт с водой. Стоячая, морская или конденсатная влага задерживает соли, тем самым создавая идеальные условия для коррозионной ячейки.

Свойства самого изделия

Не все металлы одинаково устойчивы к коррозии. Например:

— чистое железо корродирует быстрее, чем сплавы с добавками хрома, никеля или цинка;

— нержавеющие стали теряют стойкость при повреждении защитной плёнки;

— гетерогенность (разнородность) структуры — наличие включений, микротрещин, неоднородных фаз. Это создаёт микрогальванические пары и ускоряет разрушение;

— при сварке или термообработке часть хрома может выгорать, в сплаве возникают зоны, склонные к межкристаллитной коррозии.

Конструктивные особенности

Иногда благоприятные условия создаются непреднамеренно:

— щели, зазоры, стыки становятся «ловушками» для влаги, грязи. В таких местах начинается щелевое разрушение;

— острые углы, сварные швы, напряжённые зоны концентрируют растягивающие усилия, из-за чего возможен питтинг под напряжением;

— контакт разных сплавов без изоляции создаёт гальваническую пару: один металл становится анодом и быстро разрушается;

— отсутствие вентиляции или дренажа усиливает застой влаги, агрессивных веществ.

Условия эксплуатации

Даже идеально спроектированная конструкция может пострадать. Например:

— постоянные температурные колебания вызывают конденсацию влаги;

— механические вибрации, трение снимают защитные покрытия, плёнки;

— длительное воздействие загрязнений (нефтепродукты, пыль, реагенты) мешают изделию «дышать», создают очаги локального разъедания.

— недостаточное техническое обслуживание. Редкая очистка, отсутствие перекраски, контрольных осмотров ускоряют разрушение.

Почему важно учитывать причины

Понимание причин позволяет подобрать меры профилактики. Что можно сделать:

• грамотно выбирать сплавы и покрытия под реальные условия эксплуатации;
• проектировать конструкции без застойных зон;
• обеспечивать регулярное обслуживание, контроль состояния поверхности.

Это процесс, который проще предотвратить, чем остановить. И именно знание причин становится первой линией защиты.

Виды коррозии металлов

В промышленности выделяют несколько основных видов. Они отличаются механизмом разрушения, внешними признаками. Если их понимать, можно выбрать эффективную защиту.

1. Химическая

Этот тип разрушения связан с прямым взаимодействием изделий с газами или жидкостями без участия электрического тока. Процесс протекает на поверхности при высоких температурах: в топках, печах или турбинах.

Пример: окисление стали при нагреве. Так появляется плотная тёмная окалина.

Среда: сухие газы (кислород, сернистый ангидрид, хлор), органические пары.

Особенность: скорость зависит от температуры, состава газовой среды.

2. Электрохимическая

Происходит, когда изделие контактирует с электролитом: водой, влажным воздухом, растворами солей или кислот. На поверхности возникают анодные и катодные участки. По ним идёт обмен электронами.

Пример: ржавчина на стали, лежавшей во влажной среде.

Особенность: разрушение идёт неравномерно (чем больше различий между участками по потенциалу — тем интенсивнее процесс).

Классический случай: контакт двух разных сплавов без изоляции.

3. Равномерная (сплошная)

В этом случае металл разрушается по всей поверхности примерно одинаково.

Признаки: матовый налёт, общее истончение слоя.

Опасность: постепенная потеря массы, толщины деталей.

Типичные объекты: строительные конструкции, корпуса машин, резервуары с водой, трубы.

Равномерное разъедание легко обнаружить. Она требует периодического измерения толщины стенок.

4. Местная (локализованная)

Один из самых коварных видов разрушения. Повреждения ограничены малыми участками, но проникают глубоко внутрь.

Выделяют подтипы:

• Точечная (питтинговая) — появляются неширокие, но глубокие ямки. Характерно для нержавеющих сталей в присутствии хлоридов.
• Щелевая. Развивается в зазорах и местах с застоем влаги: под прокладками, соединениями.
• Контактная. Возникает на границе между разными металлами.

Эти формы особенно опасны, потому что поверхность может выглядеть почти целой, пока деталь не даст течь или не сломается.

5. Межкристаллитная

Разрушение идёт по границам кристаллов в структуре сплава. Чаще всего возникает после сварки или неправильной термообработки.

Причина: образование карбидов и обеднение хромом в приграничных зонах.

Пример: нержавеющая сталь после сварки без стабилизирующих добавок.

Опасность: металл внешне выглядит целым. При этом он теряет прочность, может разрушиться при минимальной нагрузке.

6. Коррозионное растрескивание под напряжением

Это сочетание механических растягивающих напряжений и агрессивной среды.

Характерно для деталей под постоянной нагрузкой, например, труб, резервуаров, болтов.

Признаки: микротрещины, которые быстро распространяются, вызывая хрупкий излом.

Опасность: разрушение внезапное, катастрофическое.

7. Эрозионно-коррозионное разрушение.

Образуется, когда на металл воздействует поток жидкости, газа или абразивных частиц. Защитная плёнка с поверхности постоянно срывается. Как следствие, разрушение ускоряется.

Пример: износ внутренних стенок трубопроводов или лопастей насосов.

Среда: быстродвижущаяся жидкость, содержащая песок, ржавчину, соли.

8. Биологическая, бактериальная.

Образуется из-за деятельности микроорганизмов:

— сульфат-восстанавливающих;

— железобактерий и других.

Где встречается: под землёй, в сточных системах, в резервуарах с нефтью, водой.

Механизм: бактерии создают плёнки, изменяют pH и химический состав среды. Это создаёт локальные анодные участки.

9. Гальваническая.

Возникает при контакте разнородных металлов в электролите.

Пример: алюминиевая деталь, соединённая со стальной без прокладки.

Как предотвратить: использовать электроизоляцию или подбирать пары с близким потенциалом.

10. Почвенная

Это вид электрохимической коррозии, которая развивается под землёй.

Причина: контакт с влажной почвой, содержащей соли, кислоты, микроорганизмы.

Особенность: процесс идёт скрытно. Он обнаруживается только при обследовании.

Типичные объекты: подземные трубы, опоры, резервуары.

Коррозия проявляется разными способами. Просто знать, какие виды коррозии металла существуют — недостаточно. Важно понимать, как предотвратить или уменьшить влияние среды на её образование.

Скорость и факторы, влияющие на развитие коррозии

Скорость коррозии — это показатель, который характеризует, насколько быстро металл теряет толщину или массу при контакте с окружающей средой. Выражается в миллиметрах утраты в год (мм/год). Или в виде качественной оценки — «медленно», «умеренно», «быстро».

Ниже приведена сводная таблица.

Даже небольшое изменение условий может увеличить скорость в десятки раз. Поэтому при проектировании, эксплуатации важно учитывать реальные условия среды, где изделие будет работать.

Последствия коррозии

Коррозия редко начинается внезапно. Обычно она развивается медленно, почти незаметно. Но последствия, которые несёт этот процесс, часто оказываются быстрыми, дорогостоящими, опасными.

Даже небольшой очаг ржавчины может стать началом цепной реакции:

• снижение прочности, несущей способности. Уменьшение толщины приводит к разрыву трубопроводов, деформации конструкций, потере герметичности в резервуарах. Особенно опасны скрытые формы: питтинг, щелевая, межкристаллитная;
• экономические потери. Это выражается в преждевременной замене деталей, оборудования, расходах на ремонт, окраску, простоях производства, штрафах за экологические инциденты (если были);
• экологический ущерб. На промышленных объектах может привести к попаданию опасных веществ в почву, воду или атмосферу;
• нарушение эстетики. Портит вид, снижает потребительские качества изделий.

Как защитить металл от коррозии

Коррозию нельзя полностью исключить. Но можно замедлить или остановить её развитие. Способы защиты металлов от коррозии включают:

— инженерные;

— химические;

— технологические решения. 

Эффективная антикоррозионная система подбирается в зависимости от среды, условий эксплуатации, типа металла.

1. Конструктивная защита:
   — избегать щелей, застойных зон, контакта разнородных металлов;
   — обеспечить дренаж, вентиляцию, удобный доступ для осмотра, покраски;
   — применять сплавы с повышенной коррозионной стойкостью.
2. Покрытия, изоляционные материалы. Необходимо создать барьер между металлом и агрессивной средой. Подойдут:
   — лакокрасочные покрытия;
   — оцинковка;
   — полимерные, битумные мастики;
   — гальваника.
3. Электрохимическая защита. Для оборудования в воде, почве подойдут катодная, протекторная защиты.

4. Химическая и ингибиторная защита металла от коррозии. Используют в теплообменниках, нефтехимических установках.

5. Технологическое обслуживание, контроль. Сюда входят:
   — регулярная очистка, окрашивание;
   — контроль неразрушаемыми методами. Ультразвуковой, магнитный.

Подробнее о технологиях и материалах, применяемых для предотвращения разрушения, читайте в статье «Способы защиты металлов от коррозии».

Компания «МТК «МАЗПРОМ» поставляет металлопрокат с 2010 года. Мы выполняем подготовку поверхности, механическую обработку под ваш проект с отгрузкой со склада в Москве, доставкой по всей России.

Чтобы оформить заказ или получить консультацию, свяжитесь с нами удобным способом:

— через форму заявки на сайте;

— по телефону +7 (495) 772-01-41;— по email: info@mazprom.ru.