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.
8.4. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ
Атмосферная коррозия — это коррозия сооружений и оборудования, эксплуатирующихся в нормальной земной атмосфере.
На скорость процесса атмосферной коррозии влияют характер атмосферы, продолжительность воздействия, состав металла и состояние его поверхности, а на качество и состав образующихся на поверхности металла пленок влаги — влажность, температура и степень загрязнения атмосферы.
Сильно загрязненные промышленными отходами (газами СО2, SO2, NO2, NH3, угольной пылью и др.) среды являются наиболее агрессивными. Так, в сельской атмосфере местности скорость коррозии стали составляет 100–250 г/м2 в год, а в атмосфере городов с развитой промышленностью 450–550 г/м2 . в год; для цинка — соответственно 7–20 и 40–80 г/м2 в год.
В среднем скорость коррозии металлов в атмосфере ниже, чем в почве и морской воде.
В промышленной атмосфере медь покрывается зеленой защитной пленкой продуктов коррозии (патиной), состоящей главным образом из основного сульфата меди CuSO4·3Cu(OH)2. На медном куполе церкви, расположенной на окраине города, сторона, обращенная к центру города, может быть покрыта зеленой патиной, а противоположная часть купола остается красно-коричневой, так как с этой стороны на медь попадает меньше серной кислоты.
В зависимости от влажности атмосферы различают мокрую (100 %), влажную (< 100 %) и сухую (< 60 %) коррозию.
Важное значение для характера протекания атмосферной коррозии имеют особенности конструкции изделия. Наличие узких щелей и зазоров, способствующих капиллярной конденсации и застою влаги, усиливают коррозию и могут привести к образованию язв (рис. 112).
Рис. 112. Влияние конструктивных особенностей изделий на центры капиллярной системы конденсации влаги и усиление атмосферной коррозии: 1 — щель или зазор в деталях конструкции; 2 — поры в защитном покрытии или в оксидной пленке; 3 — неплотности в резьбовых и винтовых соединениях.
Стойкость металлов к атмосферной коррозии зависит от их химической природы и состояния поверхности. Приведем приближенные данные по стойкости некоторых металлов в городской атмосфере:
| Металл | Pb | Al | Sn | Cu | Ni | Zn | Fe |
| Скорость коррозии, мкм/год | 4 | 8 | 12 | 12 | 32 | 50 | 200 |
Почва и грунт — сложная природная среда, вызывающая коррозию различных трубопроводов, силовых кабелей и кабелей связи, опор, емкостей и других металлических конструкций.
Агрессивность грунта определяется его пористостью (аэрацией), электропроводимостью, наличием растворенных солей, влажностью, кислотностью или щелочностью.
Для каждого вида почвы существует свое значение критической влажности, при которой коррозионные потери достигают максимума. Для глинистых почв это 12–25 %, для почвенных —10–20 %.
Помимо равномерной коррозии подземные металлические сооружения подвержены питтингу и коррозионному растрескиванию. Питтинг возникает чаще всего на нижней части трубопроводов, где происходит постоянный контакт с грунтом.
Блуждающие токи — причина серьезных коррозионных разрушений подземных коммуникаций и сооружений в промышленной зоне. Блуждающие постоянные токи появляются вследствие утечки в грунт постоянного тока, потребляемого наземным и подземным рельсовым транспортом (метро, трамвай, электрифицированная железная дорога), электросварочными агрегатами. Участки, где блуждающие токи из земли проходят в металлическую конструкцию, становятся катодами, а там, где ток стекает с металла в почву, — анодами. Протекание тока величиной 1 А в течение года соответствует растворению около 9 кг железа, 11 кг цинка и меди, 34 кг свинца, 3 кг алюминия. В некоторых неблагоприятных случаях были зарегистрированы блуждающие токи величиной 200–500 А.
Микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности оказывают существенное влияние на процесс почвенной (подземной) коррозии.
В почве обитают два вида микроорганизмов: аэробные, жизнедеятельность которых протекает только при наличии кислорода, и анаэробные бактерии, развивающиеся при отсутствии кислорода. Коррозия металлов, вызванная или усиленная воздействием микроорганизмов, носит название биологической или биохимической.
Кислород и хлориды металлов, содержащиеся в морской воде, влияют на ее агрессивность. В зависимости от температуры, концентрации воды и географического района потери железоуглеродистых сплавов составляют 1–3 г/(м2·сут).
Портовые сооружения, причалы, суда, оборудование морских нефтепроводов подвержены воздействию морской коррозии.
Соленость морской воды определяют в промиллях (0/00). Промиллей называется количество твердых веществ в граммах, растворенных в 1000 г морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты переведены в оксиды, органические вещества сожжены. В этом случае 1 0/00 = 0,1 мас.%. Средняя соленость воды в океане 3–3,5 0/00. Но она значительно колеблется в различных водных бассейнах.
Так, содержание солей: в заливе Кара-Богаз — 16 %; в Красном море — 4,1; в Средиземном море — 3,9; в Атлантическом океане — 3,5; в Черном море — 1,7; в Финском заливе — 0,4; в речной воде — 0,03 %.
Повышенное содержание кислорода в поверхностных слоях воды вызывает усиленную коррозию в области ватерлинии судов, на участках гидросооружений, находящихся близко к поверхности или периодически омываемых водой.
На погруженных в воду конструкциях закрепляются или развиваются многие растительные и животные организмы. Это явление называется обрастанием. Микроорганизмы ускоряют разрушение противокоррозионных покрытий, а оголенные участки поверхности приводят к разрушению металла.
Конструкции, работающие в условиях одновременного воздействия агрессивных сред и механических напряжений, подвергаются более сильному разрушению.
Процессы синтеза аммиака, мочевины, этилового спирта протекают в агрессивных средах, в условиях повышенных температур при движении газового потока под давлением 35–40 МПа.
Вибрационные сита, грохоты, фильтры работают в условиях коррозионно-активной среды и механических нагрузок.
Коррозионному растрескиванию подвержены выпарные аппараты, трубопроводы, автоклавы и другие аппараты.
Не менее опасное разрушение металла наблюдается при одновременном воздействии на него агрессивной среды и переменных нагрузок. Такой вид воздействия испытывают компрессоры и насосы, роторы, диски, лопатки турбин и т. д.
Механические напряжения бывают двух видов: внутренние и внешние, они приводят к коррозионному растрескиванию, усталости, кавитации, эрозии (фреттинг-коррозия).
Внутренние напряжения возникают при термической и механической обработке деталей, при сварке. Внешние, приложенные извне, могут быть статическими и переменными. Под влиянием механических напряжений меняется структура поверхности слоя металла, а это вызывает изменения потенциала на отдельных участках, разрушение защитных пленок.
Коррозионные процессы при механических нагрузках протекают через три последовательные стадии: инкубационный период, отвечающий отсутствию видимых разрушений; период образования очагов коррозии; период быстрого масштабного разрушения.
Коррозионное растрескивание (КР) — это разрушение металла вследствие возникновения и развития трещин при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды. Для чего характерно почти полное отсутствие пластической деформации металла.
КР — это опасный вид разрушения металлов. В химической аппаратуре КР наиболее часто наблюдается в конструкциях, которые имеют остаточные напряжения после термической или механической обработки, при монтаже и сборке оборудования, при сварке, в условиях эксплуатации при повышенных давлениях и температурах.
На возникновение КР и его интенсивность оказывают большое влияние характер агрессивной среды, ее концентрация и состав. КР в напряженном состоянии подвержены все металлы и сплавы. На долю КР в химической, нефтегазовой и теплоэнергетической отраслях промышленности приходится от 20 до 40 % всех коррозионных разрушений.
Усталость металла — это разрушение под влиянием периодической динамической нагрузки при напряжениях значительно меньших, чем предел прочности. В химической промышленности достаточно часто наблюдаются случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Усталостное разрушение обычно сопровождается образованием меж- и транскристаллитных трещин. На величину усталости влияет среда и режим термообработки.
Кавитация — это процесс образования и исчезновения пузырьков в жидкости. Исчезновение пузырьков сопровождается гидравлическим ударом, который и является причиной кавитационной эрозии. Возникновение пузырьков происходит в области низкого, а исчезновение — в области высокого давления.
Кавитационная эрозия наблюдается при эксплуатации гидротурбин, гребных винтов, насосов, клапанов, запорных устройств в трубопроводах. Она обусловлена нестационарностью потока жидкости, обтекающей твердое тело. Сначала происходит прогрессирующее разрыхление материала, приводящее к образованию многочисленных микротрещин, затем начинается выкрашивание мелких частиц.
На разрушение деталей при кавитационном действии жидких коррозионных сред большое влияние оказывают состав, структура сплава и скорость потока.
Фреттинг-коррозия — это коррозия при трении. Этот процесс происходит в различных болтовых, шлицевых, замковых, заклепочных соединениях, в процессе работы которых совершаются повторные относительные перемещения (смещения). Соприкасающиеся поверхности при фреттинге никогда не разъединяются, и, следовательно, продукты разрушения не имеют выхода из зоны контакта. Это усиливает коррозию и износ металлов.
Скорость фреттинг-коррозии зависит от природы металла, состава среды, температуры, удельной нагрузки.