Агрессивность коррозионных сред
Коррозия в естественных условиях происходит чаще всего при воздействии на поверхность металлоконструкций атмосферных условий, морской воды, почвы или грунта.
Более 80% оборудования, изготовленного из металла, эксплуатируется в атмосфере. Атмосферная коррозия – это коррозия, протекающая на поверхности металла, покрытого тонкой (менее
1 мм) пленкой влаги. Для оценки опасности атмосферной коррозии важен учет степени и длительности увлажнения поверхности металла, которые связаны с климатическими и другими факторами. Различают атмосферы сельской местности, промышленную, морскую.
При коррозии в морской атмосфере и в атмосфере сельской местности окислителем является кислород, растворенный в тонкой пленке влаги, которая конденсируется на поверхности металла из воздуха.
В загрязненной атмосфере промышленного района пленка влаги насыщается также газами: CO2, SO2 (иногда H2S), образующимися в результате сгорания топлива. Поэтому в катодных реакциях может участвовать также и катион водорода Н+:
H2O + CO2 ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2H+ + CO32-
+K: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O.
При этом продукты коррозии наряду с обезвоженными гидроксидами могут содержать карбонаты, сульфиты и сульфиды металлов, а также их кислые соли, например:
-A: Fe – 2e → Fe2+
Fe2+ + CO32- → FeCO3↓
Fe2+ 2HCO3- → Fe(HCO3)2.
В пленке влаги, образующейся на металлоконструкции в морской атмосфере, могут находиться твердые частицы солей: NaCl, CaCl2, MgSO4 и др. Они, как и угольная пыль в промышленной атмосфере, увеличивают шероховатость поверхности и тем самым облегчают конденсацию на ней влаги. Металлоконструкции при этом практически не высыхают и поэтому усиленно корродируют.
Из опыта эксплуатации известны следующие соотношения агрессивности рассмотренных атмосфер (vк – скорость коррозии металла): vк.пром/ vк.сельск = 3/1; vк.морс/ vк.сельс = 4/1.
Особенности коррозии в морской воде обусловлены высокой концентрацией растворенных солей S = 2…40‰ или (г/кг). Чем выше соленость, тем выше электропроводность воды, следовательно, при этом эффективнее работают аноды и катоды макрогальванических элементов, возникающих на реальной металлоконструкции в морской воде. Считается, что скорость коррозии в морской воде для одной и той же конструкции выше, чем в пресной речной воде.
Агрессивность морской воды определяет также высокая концентрация ионов хлора. Содержание хлоридов в морской воде составляет до 80% от общей солености. Как известно, ион хлора ускоряет коррозию, так как он разрушает защитные пленки на металле.
Скорость коррозионного процесса в морской воде определяется содержанием растворенного в воде кислорода. Поэтому коррозионный процесс ускоряется тогда, когда усиливается приток кислорода к поверхности металла, например, при увеличении скорости движения судна, при повышении расхода воды на трассе данного трубопровода, а также в зоне прибоя, где вода энергично перемешивается. При этом с поверхности металла смываются продукты коррозии, что также ускоряет коррозионный процесс.
Для конструкций, эксплуатирующихся в морской воде и морской атмосфере, весьма опасной является коррозия, протекающая в щелях, трещинах, зазорах.
Рассмотрим особенности коррозионного разрушения конструкций, не полностью погруженных в морскую воду, например, корпус судна, сваи эстакады, стальные стенки причала и др. Опыт показывает, что максимальные коррозионные разрушения имеют участки конструкций в районе ватерлинии, т.е. на границе раздела фаз вода–воздух. На этих участках существует дифференциальная аэрация, и, кроме того, эрозионное воздействие оказывают вода, ветер, частицы пыли и песка.
Данные о коррозии металлов при их погружении на различную глубину (от 10 до 5000 м) показывают, что минимум скорости коррозии для всех металлов наблюдается на глубине 1000 м. Этот минимум соответствует минимальному содержанию кислорода в морской воде (~ 1 мг/л), так как кислород интенсивно расходуется на процессы гниения морских организмов. Гидростатическое давление на морскую коррозию практически не влияет.
Одна из сложных коррозионных сред – почва. Она состоит из частиц минералов, между которыми находится пластовая вода, содержащая растворенные соли и газы (O2, N2,CO2). Биологическую часть почвы составляют микроорганизмы.
К характеристикам почвы как коррозионной среды относят: влажность, воздухопроницаемость (пористость), солевой состав, кислотность (щелочность) и др.
Все факторы на практике учесть невозможно, поэтому для оценки коррозионной агрессивности почв используется один показатель – удельное электрическое сопротивление, которое легко измерить в любых условиях. Чем ниже удельное сопротивление почвы, тем выше ее агрессивность. Песчаные, более пористые почвы, агрессивнее глинистых. Как правило, скорость коррозии возрастает с увеличением глубины залегания металлоконструкций.
Для подземной коррозии характерно действие пар дифференцальной аэрации. Например, соседние участки трубы образуют макрогальванический элемент, если один из них находится в песке, а другой – в глине. Усиленной коррозии при этом подвергается анод, т.е. участок трубы в глине. Катодный процесс с участием кислорода легче протекает на участке металла в песке.