3.2. Коррозия металлов и сплавов

Коррозией называется процесс разрушения материалов в результате взаимодействия с агрессивной средой. Конструкционные материалы для химического машиностроения должны обладать высокой коррозионной стойкостью, т.е. способностью противостоять коррозионному воздействию среды. Коррозионная стойкость понятие относительное, так как зависит от многих факторов: вида агрессивной среды, конструкции химически активного компонента, скорости движения среды, температуры, давления и др. Например, углеродистая сталь вполне устойчива к действию концентрированной серной кислоты, но не стойка к действию разбавленной серной кислоты. Многие силикатные материалы устойчивы к действию серной кислоты любой концентрации, однако, не стойки к действию плавиковой кислоты. Коррозионная стойкость металлов оценивается различными методами. Одним из наиболее распространенных является метод оценки по глубинному показателю коррозии (скорости коррозии). Глубинный показатель коррозии — это величина, характеризующая уменьшение толщины металла в течение года вследствие коррозии.

Согласно ГОСТ все конструкционные материалы по коррозионной стойкости делятся на группы и оцениваются по десятибалльной шкале. Так, материалы для химического машиностроения должны иметь балл не более 5, что соответствует скорости коррозии 0,1 мм/год. Для конструкционных материалов менее ответственных деталей химического оборудования скорость коррозии допускается до 0,5 мм/год.

3.2.1. Виды коррозии

Коррозия металлов может протекать по химическому и электрохимическому механизму.

Электрохимическая коррозия — возникает при действии на металл электролитов и влажных газов и характеризуется наличием двух параллельно идущих процессов: окислительного (растворение металла) и восстановительного (выделение металла из раствора). Этот вид коррозии сопровождается протеканием электрического тока в результате образования микрогальванических элементов. Возникновение коррозионных разрушений в металле связано с неоднородностью металла, присутствием примесей, нарушением структуры металла или защитного слоя, непостоянством состава раствора, неравномерностью деформаций различных участков, разностью температур и другими факторами.

Скорость электрохимической коррозии зависит от концентрации и скорости движения раствора, состава и структуры металла, растворимости продуктов коррозии на анодных и катодных участках, температуры, давления и др.

Химическая коррозия — возникает при действии сухих газов и жидких неэлектролитов на металлы, а также при действии электролитов на неметаллы. Механизм химической коррозии сводится к диффузии ионов металла сквозь постоянно утолщающуюся пленку продуктов коррозии и встречной диффузии атомов или ионов кислорода. Примером химической коррозии является газовая коррозия — процесс взаимодействия металлов при высоких температурах и давлениях с кислородом или другими газами. В результате этого процесса на поверхности металлов образуется оксидная пленка, которая во многих случаях обладает защитными свойствами. Толщина такой пленки может меняться от 1—5 мм до десятых долей миллиметра. Хорошими защитными свойствами обладают оксидные пленки, у которых коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) близок к значению КЛТР металла.

Скорость химической коррозии значительно зависит от температуры и давления.

При повышенных температурах вследствие химической коррозии происходит процесс обезуглероживания углеродистых сталей:

Fe₃C + O₂  3Fe + CO₂

Fe₃C + CO₂  3Fe + 2CO

Fe₃C + 2H₂O  3Fe + CO₂ + 2H₂

При повышенных температурах и давлениях обезуглероживание может происходить за счет гидрирования (водородная коррозия):

Fe₃C + 2H₂ 3Fe + CH₄

При сравнительно низких температурах и высоких давлениях происходит разрушение металла в результате воздействия на него оксида углерода с образованием карбонилов (карбонильная коррозия):

Mе + nCO →Мe(СО)_n

Наличие механических воздействий в присутствии агрессивных сред приводит к возникновению коррозионной кавитации и коррозионной усталости металла, сопровождающихся серьезными коррозионными разрушениями. Коррозия в зависимости от характера коррозионных разрушений делится на сплошную и местную. Местная коррозия, в свою очередь, имеет несколько разновидностей: пятнистая, язвенная, подповерхностная и межкристаллитная.