Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003
| Вид материала | Учебное пособие |
- Учебное пособие Издательство спбгпу санкт-Петербург, 1380.47kb.
- Методические указания Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2007, 1378.97kb.
- Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный политехнический, 2776.63kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2011 удк 621. 38. 049. 77(075) Поляков, 643.33kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2004, 1302.72kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2009 удк 802., 485.15kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2006, 1935.03kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2006, 648.91kb.
- Новые поступления в библиотеку балтийского русского института, 158.89kb.
- Методические указания Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003, 1310.56kb.
8.3. ЛОКАЛЬНЫЕ ВИДЫ КОРРОЗИИ
Для всех локальных коррозионных процессов характерно то, что они протекают на сравнительно небольших по площади участках поверхности металла и развиваются с высокой скоростью. В результате разрушения этих участков происходит потеря металлоконструкциями эксплуатационных свойств. Опасность таких процессов связана с тем, что из-за малых размеров пораженных ими участков и высоких скоростей растворения металла в них наличие очага разрушения часто обнаруживается только в момент выхода из строя оборудования.
К основным видам локальной коррозии относится питтинговая, язвенная, щелевая, межкристаллическая, селективное вытравливание и контактная коррозия.
Питтинговая коррозия (ПК) является одним из наиболее опасных видов локальной коррозии.
Язвенная коррозия по характеру своего развития очень напоминает ПК, но локализация коррозионного процесса при этом менее острая, и диаметр очагов язвенной коррозии гораздо больше, чем при ПК. Диаметр язв, как правило, существенно больше их глубины. Повышенной склонностью к язвенной коррозии обладают углеродистые и низколегированные стали.
Щелевая коррозия проявляется в условиях, когда из-за близости расположения двух поверхностей (т. е. в местах застоя раствора) возникают узкие зазоры или щели. При этом не имеет большого значения, что явилось причиной образования щели — особенности металлической конструкции или свойства структуры металла.
Межкристаллическая коррозия (МКК) возникает в поликристаллических материалах, преимущественно сплавах железа, алюминия и меди, протекает на границах зерен и его зернограничных областей.
Селективное вытравливание характерно для конструкционных материалов, состоящих из двух или более фаз, сильно отличающихся по своим свойствам. При этом одна из них подвергается наиболее значительному растворению, а другие растворяются с гораздо более низкими скоростями.
Характерен такой вид растворения для нержавеющих сталей, когда селективному растворению подвергаются выделяющиеся по границам их зерен карбиды.
Контактная коррозия развивается при возникновении контакта между двумя или более разнородными металлами.
Скорость проникновения очагов локальной коррозии в глубь металла может достигать десятков сантиметров в год.
Обычно локальные коррозионные процессы имеют несколько последовательно сменяющих друг друга стадий, каждой из которых соответствует свой лимитирующий процесс. Основные стадии:
- зарождение, нарушению равномерного протекания коррозии и переход к стационарному развитию очагов локальной коррозии; стадия имеет достаточно высокую продолжительность и называется индукционным периодом;
- устойчивое функционирование очага локальной коррозии — катастрофически быстрое разрушение локально активированных участков металла;
- завершение — “залечивание” (репассивация) очагов локальной коррозии.
Часто происходит переход одного вида локальной коррозии в другой. Например, начальной стадией развития язвенной, межкристаллической и щелевой коррозии является ПК в местах несплошности и отслоения покрытий.
Рассмотрим более подробно перечисленные виды коррозии.
Питтинговая коррозия. ПК возникает в морской воде, растворах солей, в охлаждающих системах холодильных машин, в системах оборотного водоснабжения химических предприятий. К ней склонно подавляющее большинство металлов (Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Ti, Al, Mg, Zr, Nb, Ta, Cu, Zn и др.) и конструкционных материалов на их основе.
Название “питтинг” обычно применяют к глубоким точечным поражениям. В зависимости от температуры, кислотности, химсостава раствора форма питтингов бывает разной: полусферической, цилиндрической, полиэдрической, закрытой, открытой и т. д.
Полусферическую форму имеют так называемые полированные питтинги. Их внутренняя поверхность блестящая, что свидетельствует об изотропном, не зависящем от структуры, растворении, близком по механизму к электрополировке.
Ограненные (кристаллографические) питтинги, а также и питтинги неправильной формы (анизотропно растущие в различно ориентированных зернах металла), как правило, являются травлеными. Форма кристаллографических питтингов соответствует правильным пирамидам, призмам и сложным многогранникам, а тип огранки определяется пустотами кристаллической решетки, образовавшимися на начальных стадиях слияния множества более мелких кристаллографических осей. Образование питтингов протекает по электрохимическому механизму.
Основной причиной возникновения питтингов является дефектность (неоднородность) структуры реальных металлических материалов. Химический состав сплавов оказывает наиболее существенное влияние на их питтинговость.
Язвенная коррозия. Протекает на поверхности активно растворяющихся металлов, в водных хлоридсодержащих средах (водоводы, водопроводы, теплоэнергетическое оборудование).
Стойкость углеродистых и низколегированных сталей против язвенной коррозии в значительной степени зависит от их структурных и структурно-фазовых составляющих.
Резкое снижение стойкости сталей против язвенной коррозии происходит при выделении в их структуре сульфидных неметаллических включений на основе кальция. Для сталей с ферритно-перлитной структурой склонность к язвенной коррозии возрастает при образовании непрерывной сетки тонкодисперсных перлитных выделений.
Щелевая коррозия. Наличие в конструкции узких щелей, зазоров, застойных мест, дефектов в виде микрощелей или микротрещин приводит к возникновению коррозии (рис. 111).
Рис. 111. Благоприятные места для развития щелевой коррозии (показаны стрелками): П — изолирующее покрытие; Г — газовый пузырек; О — узкое отверстие; В — резьбовое соединение с шайбами, фланцами, прокладками; М — граница соприкосновения раствора с металлическим изделием.
Часто причина щелевой коррозии является развитие в указанных дефектах питтингов. Изменение свойств раствора в щелях и зазорах (с течением времени он подкисляется, становится более концентрированным по агрессивным анионам) приводит к усилению разрушения. Склонность к щелевой коррозии уменьшается с увеличением степени легирования сталей. Наиболее стойкие материалы — сплавы на основе никеля и суперсплавы с повышенным содержанием хрома, никеля, молибдена.
Межкристаллическая коррозия. Причиной МКК является ускоренное растворение границ зерен металла. Ей подвержены нержавеющие стали, сплавы на основе никеля, алюминий и его сплавы.
Скорость развития МКК зависит от потенциала металла. Обеднение приграничных зон хромом и возникновение в этих областях сегрегации примесей приводят к ускоренному растворению нержавеющих сталей.
При контакте с агрессивной средой обедненные хромом области подвергаются наиболее значительному растворению. Чем больше разность концентраций хрома в теле зерна и его приграничных областях, тем выше скорость МКК. Иногда причиной МКК является образование на границах зерен питтингов.
Разновидностью МКК является так называемая ножевая коррозия, при которой коррозионный процесс локализуется в очень узких приграничных областях металла. Ножевая коррозия характерна для многослойных сварных швов. Этому виду коррозии обычно подвержены стабилизированные титаном стали, эксплуатирующиеся в азотной кислоте, и стали с высоким содержанием молибдена.
Контактная коррозия. Развивается в растворах электролитов при контакте металлов, обладающих различными электрохимическими свойствами, например системы углеродистая сталь–нержавеющая сталь, углеродистая сталь–алюминий (или его сплавы) и др. Контактная коррозия может возникать также в случаях, если различие электрохимических свойств обусловлено применением пайки или сварки при изготовлении конструкции из одного и того же металла, или при контакте деталей, изготовленных из металла одной и той же марки, но существенно различающегося по своим свойствам в ее пределах. Механические напряжения, приводящие к изменению электрохимических характеристик металла, также могут вызвать возникновение контактной коррозии при соединении деталей из одного и того же металла, но по-разному механически обработанных. Таким образом, плохо продуманные с точки зрения конструкционного оформления сложные металлические объекты могут досрочно выходить из строя.
В случае, когда оборудование пролегает в грунтах, отличающихся по составу и кислотности (металл контактирует со средой различного состава) также возможна контактная коррозия. Кроме того, при эксплуатации теплообменного оборудования коррозия протекает в условиях теплопередачи и изменение потенциала связано с воздействием температуры.