Понятие о коррозии.

Коррозия (от латинского corrosio - разъедание) - это естественный физико-химический процесс разрушения металла (или изменения его свойств) в результате химического или электрохимического воздействия коррозионной среды.

При этом под металлом понимают объект коррозии, которым может быть металл или металлический сплав, а под коррозионной средой - среду, в которой происходит коррозия металла.

В результате коррозии образуются продукты коррозии - химические соединения, содержащие металл в окисленной форме. Процесс коррозии начинается с поверхности металлического сооружения и распространяется вглубь его. Образуемые при этом углубления заполняются продуктами коррозии.

Наука о коррозии возникла почти одновременно с освоением человечеством металлургии, и это не случайно. Металл в процессе коррозии теряется безвозвратно. Коррозия ежегодно уничтожает до 10% выплавленного в мире металла. Однако при детальном подсчете размеры потерь от коррозии значительно выше, чем стоимость металла, уничтожаемого коррозией. Ведь коррозия не просто разрушает металл, а выводит из строя готовые сложные машины и оборудование, на создание которых затрачивается много средств. На магистральных газопроводах коррозия является причиной аварийных остановок и ремонтов, связанных с заваркой каверн, наваркой заплат, врезкой катушек, заменой участков трубопроводов и поврежденных коррозией конструкций, потерь транспортируемого продукта, загрязнения окружающей среды, простоев оборудования потребителей газа. Поэтому ежегодные потери от коррозии даже по самым скромным подсчетам составляют триллионы рублей. Все это свидетельствует о важности изучения процессов коррозии, разработки и внедрения эффективных средств борьбы с коррозией.

По механизму протекания коррозионного процесса различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия - это процесс непосредственной химической реакции, не связанный с перемещением электрических зарядов, т.е. электрический ток в процессе отсутствует. В этом случае происходит прямое соединение металла с агрессивными компонентами среды. Химическая коррозия происходит по всей поверхности соприкосновения металла и окружающей среды. При этом разрушение металла происходит на всей поверхности, контактирующей с агрессивной средой.

К химической коррозии относятся:

Ø газовая коррозия - окисление металлов кислородом или другим газом при высокой температуре и полном отсутствии жидкостной пленки на контактирующей поверхности (например, разрушение лопаток газовых турбин, контактирующих с горячими топливными газами);

Ø коррозия в неэлектролитах - разрушение металла в жидких или газообразных агрессивных средах, обладающих малой электропроводностью (например, разрушение внутренних поверхностей трубопроводов и резервуаров, контактирующих с сернистой нефтью и нефтепродуктами).

Электрохимическая коррозия – это процесс электрохимического взаимодействия металла и окружающей электропроводящей среды, связанный с перемещением электрических зарядов, т.е. сопровождающийся протеканием электрического тока. При этом взаимодействие металла с окружающей средой протекает на отдельных участках поверхности металла и характеризуется анодными и катодными процессами. Разрушение металла происходит только на анодных участках.

К электрохимической коррозии относятся:

Ø коррозия в электролитах - коррозия в жидких средах, проводящих электрический ток; в зависимости от вида электролита различают коррозию в морской или речной воде, растворах кислот, щелочей и солей;

Ø почвенная (грунтовая) коррозия - коррозия подземных металлических сооружений под воздействием почвенного электролита;

Ø электрокоррозия (коррозия блуждающими токами) - коррозия протяженных подземных металлических сооружений, вызванная действием проникающих на него блуждающих токов различных установок постоянного тока;

Ø атмосферная коррозия - коррозия в атмосфере воздуха или в среде любого влажного газа;

Ø биокоррозия - частный случай почвенной коррозии, протекающей под воздействием микроорганизмов, в результате жизнедеятельности которых образуются вещества, ускоряющие коррозионные процессы;

Ø контактная коррозия - коррозия, вызванная электрическим контактом двух металлов, имеющих различный электрохимический потенциал.

Рисунок – 12.1.1. - Основные виды коррозионных повреждений

а - сплошная равномерная коррозия; б - сплошная неравномерная коррозия; в - коррозия пятнами; г - язвенная коррозия; д - точечная коррозия; е - сквозная коррозия; 1 - металл; 2 - продукты коррозии.

По характеру разрушения металла различают следующие виды коррозии: сплошную и местную.

Сплошная коррозия - коррозия, развивающаяся на всей поверхности металла, соприкасающегося с агрессивной средой. Сплошная коррозия может протекать с одинаковой скоростью по всей поверхности металла (равномерная коррозия) или с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла (неравномерная коррозия).

Местная коррозия - коррозия, развивающаяся на отдельных участках поверхности металла, соприкасающегося с агрессивной средой. Местная коррозия может быть следующих видов:

Ø пятнами - диаметр поражения больше глубины;

Ø язвенная - диаметр и глубина поражения приблизительно равны;

Ø точечная - диаметр поражения значительно меньше глубины;

Ø сквозная - сквозное разрушение металла;

Ø подповерхностная - распространяется под поверхностью металла и вызывает его вспучивание и расслоение;

Ø структурно-избирательная - разрушается только одна структурная составляющая сплава;

Ø межкристаллическая - распространяется по границам кристаллов;

Ø коррозионное растрескивание - образование трещин вследствие коррозионной усталости.

Наиболее опасными для газопроводов являются язвенные и точечные виды коррозии.

Почвенная коррозия

Одним из самых распространенных видов коррозии подземных стальных сооружений является почвенная или грунтовая коррозия. Непременным условием существования почвенной коррозии является наличие в грунте почвенного электролита, образующегося в процессе растворения водой солей, минеральных и органических веществ, содержащихся в почве.

Атомы металла, расположенные на поверхности подземного сооружения, соприкасаясь с почвенным электролитом, подвергаются воздействию силового поля молекул воды, которые могут «внедряться» в кристаллическую решетку металла. Силовое воздействие может быть настолько сильным, что нарушается связь атомов металла с кристаллической решеткой. При этом атомы металла подземного сооружения переходят в электролит, образуя ион-атомы, несущие некомпенсированный электрический заряд. Переходя в электролит ион-атомы металла сообщают ему дополнительный положительный заряд, а сооружение оказывается заряженным отрицательно (за счет оставшихся валентных электронов).

Вследствие неоднородности грунта и металла трубопровода на поверхности трубопровода возникают участки с различными равновесными потенциалами, и в этом случае появляется уравнительный ток, который будет протекать через грунт от участков трубопровода, обладающих более отрицательным потенциалом (анодных участков), к участкам с более положительным потенциалом (катодным). На анодных участках коррозионный ток стекает с трубопровода в окружающий грунт и вызывает электрохимическое растворение металла. На катодных участках наоборот, ток входит в трубопровод, не вызывая при этом растворения металла.

Образуемая таким образом система называется коррозионным микро- или макроэлементом.

Рисунок – 12.2.1. – Гальванический коррозионный элемент.