Коррозионное разрушение гост

ЛЕКЦИЯ № 7. Коррозия металлов

1. Основные понятия и терминология

Коррозия – самопроизвольное окисление металлов, вредное для промышленной практики (уменьшающее долговечность изделий). Это слово произошло от латинского corrodere – разъедать. Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме. В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин «коррозия» употреблять не следует. Например, нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окисляться, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса. Но физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом во всех подобных случаях, одинакова: металл окисляется. Следовательно, термин «коррозия» имеет не столько научное, сколько инженерное значение. Правильнее было бы употреблять термин «окисление» независимо от того, вредно или полезно оно для нашей практики. В системе стандартизации (ГОСТ 5272-68) коррозия металлов определена как разрушение металлов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. В системе ИСО (международной стандартизации) это понятие несколько шире: физико-химическое взаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяются свойства металла, и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы.

Объекты воздействия коррозии – металлы, сплавы (твердые растворы), металлопокрытия, металлоконструкции машин, оборудования и сооружений. Процесс коррозии представляют как коррозионную систему, состоящую из металла и коррозионной среды. Коррозионная среда содержит одно или несколько веществ, вступающих в реакцию с металлом. Она может быть жидкой и газообразной. Газообразная среда, окисляющая металл, называется окислительной газовой средой. Изменение в любой части коррозионной системы, вызванное коррозией, называется коррозионным эффектом. Коррозионный эффект, ухудшающий функциональные характеристики металла, покрытия, среды или включающих их технических систем, расценивают как эффект повреждения или как коррозионную порчу (по системе ИСО). В результате коррозии образуются новые вещества, включающие окислы и соли корродирующего металла, это – продукты коррозии. Видимые продукты атмосферной коррозии, состоящие в основном из гидратированных оксидов железа, называют ржавчиной, продукты газовой коррозии – окалиной. Количество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время, относят к коррозионным потерям. Коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени характеризуют скорость коррозии. Эффект повреждений, связанный с потерями механической прочности металла, определяют термином – коррозионное разрушение, глубину его в единицу времени называют скоростью проникновения коррозии. Важнейшее понятие – коррозионная стойкость. Она характеризует способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды. Коррозионную стойкость определяют качественно и количественно – скоростью коррозии в данных условиях, группой или баллом стойкости по принятой шкале, с помощью оптических приборов. Металлы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, называют коррозионно стойкими. Факторы, влияющие на скорость, вид, рас-пределение коррозии и связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности), называют внутренними факторами коррозии. Факторы, влияющие на те же параметры коррозии, но связанные с составом коррозионной среды и условиями процесса (температура, влажность, обмен среды, давление и т. п.), называют внешними факторами коррозии. В ряде случаев факторы коррозии целесообразно делить в соответствии с таблицей 4.

Факторы коррозии

2. Классификация процессов коррозии металлов

Классифицировать коррозию принято по механизму, условиям протекания процесса и характеру разрушения. По механизму протекания коррозионные процессы, согласно ГОСТ 5272-68, подразделяются на два типа: электрохимические и химические. К электрохимической коррозии относят процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительных агентов среды протекают не в одном акте и зависят от электронного потенциала (наличия проводников второго рода). Рассмотрим несколько видов электрохимической коррозии:

1) атмосферная – характеризует процесс в условиях влажной воздушной среды. Это наиболее распространенный вид коррозии, так как большинство конструкций эксплуатируют в атмосферных условиях. Ее можно разделить следующим образом: на открытом воздухе, с возможностью попадания на поверхность машин осадков, или с защитой от них в условиях ограниченного доступа воздуха и в замкнутом воздушном пространстве;

2) подземная – разрушение металла в почвах и грунтах. Разновидность этой коррозии – электрохимическая коррозия под воздействием блуждающих токов. Последние возникают в грунте вблизи источников электрического тока (систем передачи электроэнергии, электрифицированных транспортных путей);

3) жидкостная коррозия, или коррозия в электролитах. Ее частным случаем является подводная коррозия – разрушение металлических конструкций, погруженных в воду. По условиям эксплуатации металлоконструкций, этот вид подразделяют на коррозию при полном и неполном погружении; при неполном погружении рассмотрен процесс коррозии по ватерлинии. Водные среды могут отличаться коррозийной активностью в зависимости от природы растворенных в них веществ (морская, речная вода, кислотные и щелочные растворы химической промышленности и т. п.). При подводной коррозии возможны процессы коррозии оборудования в неводных жидких средах, которые подразделяют на неэлектропроводящие и электропроводящие. Такие среды специфичны для химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. К химической коррозии относят процесс, в котором окисление металла и восстановление среды представляют единый акт (отсутствие проводников второго рода). Химическая коррозия – это разрушение металлов в окислительных средах при высоких температурах. Различают два вида: газовая (т. е. окисление металла при нагреве) и коррозия в неэлектролитах:

а) характерной особенностью газовой коррозии является отсутствие влаги на поверхности металла. На скорость газовой коррозии влияет, прежде всего температура и состав газовой среды. В промышленности часто встречаются случаи этой коррозии: от разрушения деталей нагревательных печей до коррозии металла при термической обработке.

б) коррозия металлов в неэлектролитах, независимо от их природы, сводится к химической реакции между металлом и веществом. В качестве неэлектролитов используют органические жидкости.

В особую группу следует выделить виды коррозии в условиях воздействия механических напряжений (механическая коррозия). Эта группа включает: собственно коррозию под напряжением, характеризуемую разрушением металла при одновременном воздействии коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений; коррозионное растрескивание – при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных трещин.

Различают самостоятельные виды коррозии:

1) коррозия при трении – разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием коррозионной среды и трения;

2) фреттинг-коррозия – разрушение при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды;

3) коррозионная кавитация – разрушение при ударном воздействии среды;

4) коррозионная эрозия – при истирающем воздействии среды;

5) контактная коррозия – разрушение одного из двух металлов, находящихся в контакте и имеющих разные потенциалы в данном электролите.

Следует различать коррозию и эрозию. Эрозия о латинского слова erodere (разрушать) – постепенное механическое разрушение металла, например при истирании трущихся частей механизмов.

Самостоятельный вид коррозии – биокоррозия – это разрушение металла, при котором в качестве значимого выступает биофактор. Биоагенты – микроорганизмы (грибы, бактерии), которые являются инициаторами или стимуляторами процесса коррозии.

По характеру разрушения коррозия делится на сплошную (или общую) и местную (локальную). Сплошная коррозия охватывает всю поверхность металла, при этом она может быть равномерной или неравномерной. Местная коррозия происходит с разрушением отдельных участков поверхности металлов. Разновидность этой коррозии: точечная (питтинг), коррозия пятнами и сквозная коррозия.

Подповерхностная коррозия начинается с поверхности, но развивается преимущественно под ней таким образом, что продукты коррозии сосредоточены внутри металла. Ее разновидность – послойная коррозия, распространяющаяся преимущественно в направлении пластической деформации металла.

Структурная коррозия связана со структурной неоднородностью металла. Ее разновидность – межкристаллитная – разрушение металла по границам кристаллитов (зерен) металла; внутрикристаллитная – разрушение металла по зернам кристаллитов. Наблюдается при коррозийном растрескивании, протекающем под влиянием внешних механических нагрузок или внутренних напряжений.

Ножевая коррозия – локализованное разрушение металла в зоне сплавления сварных соединений в жидких средах с высокой коррозионной активностью.

Щелевая коррозия – усиление процесса разрушения металла в зазорах между двумя металлами.

Избирательная коррозия – разрушение одной структурной составляющей или одного компонента металла в высокоактивных средах. Существует ряд разновидностей: графитизация чугуна (растворение ферритных или перлитных составляющих) и обесцинкование (растворение цинковой составляющей) латуней.

3. Виды коррозионных разрушений

Коррозия, в зависимости от природы металла, агрессивной среды и других условий, приводит к различным видам разрушений. На рисунке 13 представлены разрезы через прокорродировавший образец металла, показывающие возможные изменения рельефа поверхности в результате коррозии.

Рис. 11. Схематическое изображение различных видов коррозии: а – равномерная коррозия; б – коррозия пятнами; в, г – коррозия язвами; д – точечная коррозия (питтинг); е – подповерхностная коррозия; НН – исходная поверхность металла; КК – рельеф поверхности, измененный вследствие коррозии.

Иногда коррозия протекает со скоростью, одинаковой по всей поверхности; в таком случае поверхность становится только немного более шероховатой, чем исходная (а). Часто наблюдается различная скорость коррозии на отдельных участках: пятнами (б), язвами (в, г). Если язвы имеют малое сечение, но относительно большую глубину (д), то говорят о точечной коррозии (питтинг). В некоторых условиях небольшая язва распространяется вглубь и вширь под поверхностью (е). Неравномерная коррозия значительно более опасна, чем равномерная. Неравномерная коррозия, при сравнительно небольшом количестве окисленного металла, вызывает большое уменьшение сечения в отдельных местах. Язвенная или точечная коррозия могут привести к образованию сквозных отверстий, например, в листовом материале, при малой потере металла.

Приведенная классификация, конечно, условна. Возможны многочисленные формы разрушения, лежащие между характерными типами, показанными на данном рисунке.

Некоторые сплавы подвержены своеобразному виду коррозии, протекающей только по границам кристаллитов, которые оказываются отделенными друг от друга тонким слоем продуктов коррозии (межкристаллитная коррозия). Здесь потери металла очень малы, но сплав теряет прочность. Это очень опасный вид коррозии, который нельзя обнаружить при наружном осмотре изделия.

4. Методы защиты от коррозии

Для ослабления коррозионного процесса требуется повлиять либо на сам металл, либо на коррозионную среду. Выделяют основные направления для борьбы с коррозией:

1) легирование металла, либо замена его другим, более коррозионностойким;

2) защитные покрытия (металлические и неметаллические) органического или неорганического происхождения;

3) электрохимическая защита, различают катодную, анодную и протекторную как вариант катодной защиты.

Например, при атмосферной коррозии применяют покрытия органического и неорганического происхождения; от подземной коррозии эффективна электрохимическая защита;

Источник

6.3 Требования к защите резервуаров от коррозии

6.3.1 Проект антикоррозионной защиты резервуаров для нефти и нефтепродуктов разрабатывают с учетом требований действующих нормативных документов*, а также особенностей конструкции резервуаров. условий их эксплуатации и требуемого срока службы резервуара.

6.3.2 При выборе защитных покрытий и назначении припусков на коррозию следует учитывать степень агрессивного воздействия среды на элементы металлоконструкций внутри резервуара и его наружные поверхности, находящиеся на открытом воздухе. Степень агрессивного воздействия среды на элементы металлоконструкций внутри резервуара приведена в таблице 15.

6.3.3 Степень агрессивного воздействия среды на элементы металлоконструкций резервуара, находящиеся на открытом воздухе, определяют температурно-влажностными характеристиками окружающего воздуха и концентрацией содержащихся в атмосфере воздуха коррозионно-активных газов, аэрозолей, солей и пыли в соответствии с действующими нормативными документами*.

6.3.4 Защиту металлоконструкций резервуара от коррозии необходимо осуществлять с использованием лакокрасочных покрытий, а также методами ЭХЗ. Возможно применение иных типов антикоррозионных покрытий.

6.3.5 Для обеспечения требуемой долговечности резервуара наряду с конструктивными, расчетными и технологическими мероприятиями используют увеличение толщины основных элементов конструкций (стенка, днище, крыши стационарные и плавающие, понтоны) за счет припуска на коррозию.

Значение припуска на коррозию зависит от степени агрессивности хранимого продукта, характеризующейся скоростью коррозионного повреждения металлоконструкций:

— слабоагрессивная среда — не более 0,05 мм в год;

— среднеагрессивная среда — от 0,05 до 0,5 мм в год;

— сильноагрессивная среда — более 0,5 мм в год.

6.3.6 Продолжительность срока службы защитных покрытий — не менее 10 лет.

6.3.7 ЭХЗ конструкций резервуара следует осуществлять с применением установок протекторной или катодной защиты. Выбор метода защиты должен быть обоснован технико-экономическими показателями.

Таблица 15 — Воздействие среды на элементы резервуара

Элемент конструкций резервуаров	Степень агрессивного воздействия продуктов хранения на стальные конструкции внутри резервуара
Элемент конструкций резервуаров	Сырая нефть 1	Мазут, гудрон, битум	Дизельное топливо, керосин	Бензин 2	Пластовая вода 3	Производственные стоки без очистки 4
1 Внутренняя поверхность днища и нижний пояс на высоте 1 м от днища	Среднеагрессивная			Слабоагрессивная	Сильноагрессивная	3≤pH<11, суммарная концентрация сульфатов и хлоридов до 5 г/дм 3 , среднеагрессивная
2 Средние пояса и нижние части понтонов и плавающих крыш	Слабоагрессивная				Сильноагрессивная
3 Кровля и верхний пояс, бортовые поверхности понтона и плавающих крыш	Среднеагрессивная				Сильноагрессивная
Примечания 1 При содержании в сырой нефти сероводорода в концентрации свыше 10 мг/дм 3 или сероводорода и углекислого газа в любых соотношениях степень агрессивного воздействия (см. показатели 1 и 3) повышается на одну ступень. 2 Для бензина прямогонного (см показатель 2) — повышается на одну ступень. 3 При содержании в пластовой воде сероводорода в концентрации ниже 10 г/дм 3 или сероводорода и углекислого газа в любых соотношениях степень агрессивного воздействия снижается на одну ступень. 4 При периодическом смачивании поверхности конструкций или при повышении температуры стоков с 50 до 100°С в закрытых резервуарах без деаэрации следует принимать сильноагрессивную степень воздействия среды.

* На территории Российской Федерации действует СП 28.13330.2012 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии».

Источник

5. Критерии опасности коррозии

5.1 Видами коррозионного воздействия на наружную поверхность подземных стальных сооружений являются:

— коррозия в почвенно-грунтовых водах и грунтах;

— коррозия, вызванная блуждающими токами (переменными и постоянными);

— коррозия, вызванная индуцированным переменным током.

1. Атмосферная коррозия подземных сооружений является вероятным и часто встречающимся на практике случаем (участки выхода подземных сооружений из земли, непроектный выход подземных коммуникаций на поверхность: размывы, выветривание, участки проведения работ со вскрытием подземных коммуникаций) и учитывается при планировании защитных мероприятий, в т.ч. требований к защитным покрытиям.

2. Определение термина "почвенно-грунтовые воды" соответствует ГОСТ 19179.

5.2 Оценка опасности атмосферной коррозии стальных сооружений осуществляется по величине коррозионных потерь в соответствии с ГОСТ 9.039 и степени коррозионной агрессивности атмосферы по ГОСТ 15150.

5.3 Коррозионная агрессивность грунта и почвенно-грунтовых вод по отношению к стальным подземным сооружениям характеризуется значениями удельного электрического сопротивления грунта (почвенно-грунтовых вод); средней плотностью катодного тока; наличием (или отсутствием) признаков биокоррозии.

5.4 Для оценки коррозионной агрессивности грунта по отношению к стали определяют удельное электрическое сопротивление грунта, измеренное в полевых или лабораторных условиях, и среднюю плотность катодного тока при смещении потенциала на 100 мВ отрицательней стационарного потенциала стали в грунте (см. таблицу 1). Если при определении первого показателя (удельного электрического сопротивления грунта) установлена высокая коррозионная агрессивность грунта, то другой показатель не определяют.

Читайте также: Гост 7324 80

Таблица 1. Коррозионная агрессивность грунта (почвенно-грунтовых вод) по отношению к углеродистой и низколегированной стали

Коррозионная агрессивность грунта	Удельное электрическое сопротивление грунта (почвенно грунтовых вод), Ом·м	Средняя плотность катодного тока, А/м 2
Низкая	Св. 50	До 0,05 включ.
Средняя	Св. 20 до 50 включ.	Св. 0,05 до 0,20 включ.
Высокая	До 20 включ.	Св. 0,20

5.5 Методы определения удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока приведены в приложениях А и Б. Допускается применять другие аттестованные методы определения указанных параметров.

1. Для трубопроводов тепловых сетей, проложенных в каналах, тепловых камерах, смотровых колодцах и т.д., критерием опасности коррозии является наличие воды или грунта в каналах (тепловых камерах, смотровых колодцах и т.д.), если вода или грунт соприкасаются с теплоизоляционной конструкцией или поверхностью трубопровода.

2. Воздействие фактора биокоррозии оценивают с применением терминов в соответствии с ГОСТ 9.102.

3. Если удельное электрическое сопротивление грунта, измеренное в полевых или лабораторных условиях, равно или более 130 Ом·м, то коррозионную агрессивность грунта считают низкой и по средней плотности катодного тока не оценивают.

5.6 Для находящихся в эксплуатации подземных стальных сооружений оценка опасности биокоррозии должна осуществляться на основании следующих признаков:

— тип (язва, питтинг), размеры и расположение коррозионного повреждения;

— наличие коррозионных повреждений под отслоившимся защитным покрытием;

— условия протекания коррозионного процесса (аэробный, анаэробный);

— наличие коррозионных повреждений, не связанных с воздействием блуждающих токов;

— идентификация продуктов биокоррозии.

5.7 Критерием биокоррозионной опасности (агрессивности грунта), связанным с воздействием сульфатредуцирующих бактерий, может являться наличие визуальных признаков оглеения грунта (окрашенности грунта в сероватые, сизые, голубоватые тона) и наличие в грунте восстановленных соединений серы. Метод качественного определения биокоррозионной агрессивности грунта приведен в приложении В.

5.8 Оценку опасности биокоррозии, обусловленной воздействием микроорганизмов, следует осуществлять на основании их идентификации и установления связи их жизнедеятельности с коррозионным процессом. Предварительным подтверждением опасности биокоррозии, обусловленной воздействием микроорганизмов, являются положительные результаты определения качественных признаков, которые приведены в приложении В.

5.9 Критерием наличия блуждающих токов от источников постоянного тока в грунте является значение разности потенциалов, измеренное относительно электродов сравнения между двумя отстоящими друг от друга на расстоянии 100м точками на поверхности земли. Измерения проводятся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Метод определения наличия блуждающих постоянных токов в земле приведен в приложении Г.

Если максимальная разность потенциалов превышает 0,5В, то это означает наличие блуждающих токов.

5.10 Для подземных трубопроводов, проектируемых параллельно существующим (в одном технологическом коридоре), наличие или отсутствие блуждающих токов необходимо оценивать в соответствии с 5.9 и по результатам измерений на существующих трубопроводах.

5.11 Признаком опасного влияния блуждающего постоянного тока на сооружения является наличие изменяющегося по знаку и значению смещения суммарного потенциала сооружения по отношению к его стационарному потенциалу (знакопеременная зона) или наличие только положительного смещения суммарного потенциала, как правило, изменяющегося по значению (анодная зона). Метод определения опасного влияния блуждающего постоянного тока приведен в приложениях Г и Д.

Примечание. Для вновь проектируемых сооружений опасным является наличие блуждающих токов в земле, способ определения которого приведен в приложении Г.

5.12 Опасное влияние переменного тока промышленной частоты (в том числе индуцированного переменного тока) на стальные сооружения характеризуется наличием переменного тока плотностью более 2мА/см2 (20А/м2) на вспомогательном электроде либо смещением среднего значения потенциала сооружения в отрицательную сторону не менее чем на 10мВ по отношению к его стационарному потенциалу.

Метод определения опасного влияния переменного тока на подземные сооружения приведен в приложении Е.

5.13 Для проектируемых трубопроводов на участках с параллельным следованием их с воздушными линиями электропередачи напряжением 110кВ и более, оценка влияния индуцированного (наведенного) переменного тока осуществляется в соответствии с ГОСТ 25812 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии" (Проект) (приложение В).

5.14 Опасность коррозии переменным током промышленной частоты для несущих конструкций (свай, опор), используемых в качестве заземляющих устройств (естественных заземлителей), определяется плотностью тока, стекающего с поверхности арматуры подземных конструкций в грунт. Опасность коррозии существует, если плотность тока превышает 1А/м 2 .

Источник