Обзор некоторых методов защиты от коррозии

№80-1,

Технические науки

Питтинговая (точечная) коррозия (ПК) относится к локальным видам коррозии металлов, при протекании которой разрушение сосредоточивается в отдельных точках на поверхности. Материальный эффект коррозии (потеря массы) почти полностью обусловлен растворением металла в этих точках. При слиянии нескольких точек и относительно небольшой их глубине наблюдается язвенная коррозия.

Похожие материалы

Питтинговая (точечная) коррозия (ПК) относится к локальным видам коррозии металлов, при протекании которой разрушение сосредоточивается в отдельных точках на поверхности. Материальный эффект коррозии (потеря массы) почти полностью обусловлен растворением металла в этих точках. При слиянии нескольких точек и относительно небольшой их глубине наблюдается язвенная коррозия. При внешне незначительном повреждении поверхности нередки случаи весьма серьезных последствий ПК при сквозном питтинге (перфорации) стенок емкостей, трубопроводов и т.п. Форма питтингов изменяется от неправильной (наиболее часто в случаях, когда питтинг возникает в результате разрушения стали около неметаллических включений НВ) до почти правильной геометрической (чаще всего полусферической) формы. Образование питтингов правильной геометрической формы используется при анализе механизмов ПК и ее моделей. Резко выраженное влияние структурного фактора на ПК не установлено. Принято считать, что аустенитная структура несколько более стойка против ПК. Влияние химического состава на ПК значительно превосходит влияние структурного фактора и зависит, в частности, от ориентировки зерен аустенита и феррита. Зависимость стойкости против ПК от термической обработки определяется влиянием последней на повышение или уменьшение гетерогенности стали. Полностью гомогенная структура — наиболее стойкая против ПК (даже с учетом наличия в ней частиц НВ). Термическая обработка, приводящая к появлению в структуре других фаз, ухудшает стойкость против ПК.

Исследованиями установлено, что грубо обработанная поверхность из-за наличия дефектов (задиров, закатов части окалины, вмятин, остатков неудаленных загрязнений), повышающих гетерогенность поверхности и облегчающих возникновение концентрационных неоднородностей и микрощелей, имеет большую склонность к ПК. Устранение этих дефектов посредством более тонкого шлифования, а затем и полирования, с последующим пассивированием является обработкой, которая обеспечивает максимальную стойкость стали данного состава против ПК. Травление поверхности, как правило, повышает стойкость по причине вытравливания «слабых» мест, особенно если в результате этой операции удаляются химически неустойчивые НВ. Заключительная пассивирующая обработка обеспечивает для некоторых марок сталей значительное облагораживание и уменьшение числа питтингов.

Выбор методов борьбы с ПК зависит от условий эксплуатации, особенностей конструкции, уровня знания электрохимической обстановки технологического процесса и т.п. Иногда проблемы защиты оборудования от ПК могут быть решены чисто дизайнерскими способами (устранением застойных зон, нежелательных контактов разнородных материалов и пр.). Наиболее простым (но не всегда более экономически целесообразным) способом борьбы с ПК является применение устойчивых против ПК сталей. Высокое содержание хрома и молибдена (наряду с повышенным содержанием кремния), чистота по НВ (или, по крайней мере, по таким из них, которые наименее химически стойкие в конкретных условиях), рациональная термообработка (устранение гетерогенности и избыточных фаз, появление которых сопряжено с наличием обедненных хромом и молибденом зон) при прочих равных условиях создают возможности для более высокой стойкости против ПК.

Для повышения стойкости против ПК желательно, чтобы поверхности, контактирующие с агрессивной средой, имели более высокую степень обработки (шлифование, механическое или электрохимическое полирование) и заключительную пассивирующую обработку.

Для возникновения коррозионного растрескивания (КР) необходимо воздействие на сталь постоянных или периодических растягивающих напряжений и специфической коррозионной среды. На поверхности металла, как правило, мало затронутой общей коррозией, возникают разветвленные или неразветвленные трещины, иногда видимые невооруженным глазом, а чаще выявляемые при осмотре с оптическим увеличением от 2–3 до 25–50 раз или выявляемые лишь металлографическими или физическими (ультразвук, вихревые токи, цветной метод и т.д.) методами. При металлографическом исследовании поверхности или поперечных шлифов сталей, подвергшихся КР, видно, что трещины могут развиваться внутрикристаллитно или межкристаллитно. Внутрикристаллитное КР и межкристаллитное КР существенно различаются по механизму и закономерностям. По литературным данным и экспертным оценкам специалистов на долю КР приходится от 20 до 40 % всех коррозионных разрушений в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других подобных отраслях промышленности, а в энергетике, особенно атомной, где коррозионностойкие стали используются особенно широко, эта доля еще повышается.

Методы защиты от коррозии можно объединить в следующие группы:

  1. Нанесение защитных покрытий и пленок.
  2. Изменение электрохимического потенциала защищаемого материала по отношению к среде на границе фаз.
  3. Модификация коррозионной среды.

Борьба с коррозией с применением защитных покрытий является наиболее распространенным способом. Его эффективность зависит не только от выбора подходящего покрытия, но и от соответствующей обработки поверхности материала. Она должна быть очищена от органических загрязнений, таких как масла и смазки, а также от ржавчины, окалины и т.п. В связи с этим подготовка поверхности состоит в мытье, обезжиривании, механической очистке шлифованием, полированием, очистке щетками или дробеструйной обработке. Чистую поверхность металла получают также химическим или электролитическим травлением в растворах кислот.

В качестве защитных применяют металлические и неметаллические покрытия. Металлические покрытия могут быть выполнены из металла более или менее благородного, чем подложка.

Металлические покрытия наносят электроосаждением, погружением в расплавленные металлы, металлизацией напылением, химическим осаждением солей, диффузией и т.д. В последнее время все большее распространение получает нанесение покрытий в вакууме. В этом случае покрытия получают испарением металлов в вакууме с последующей конденсацией паров на защищаемой поверхности. Этим способом производят алюминирование, кадмирование и цинкование в вакууме стальных деталей.

Неметаллические покрытия применяются в случае возникновения химической реакции металла в соответствующих средах. Органические покрытия выполняются с помощью разнообразных лакокрасочных материалов.

При изготовлении деталей электронасосов используются стали 40Х13, 12Х18Н10Т с термообработкой и сталь 45.

Сталь 40Х13 — это хромистая сталь мартенситного класса. Стойкость сталей и сплавов этого класса против электрохимической, химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др. определяется в первую очередь их составом. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1180° С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений.

Сталь 12Х18Н10Т — это хромоникелевая коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса предназначена для изготовления деталей, работающих в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной, серной кислот, растворах щелочей и солей. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1100 °С для полной растворимости карбидов и отпуск в воде. Быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора и однородную структуру. Закалка — это смягчающая операция.

Для обеспечения коррозионной стойкости наносимые защитные покрытия должны обладать непроницаемостью и сопротивляемостью воздействию агрессивных агентов или способностью вступать с ними в электрохимические реакции. При этом поверхностный слой превращается в антикоррозионную пленку, надежно защищающую изделие [5–7].

Защитные коррозионностойкие покрытия, наносимые газотермическим напылением или с его участием, бывают: монометаллические, биметаллические и комбинированные. Монометаллические покрытия наносятся из цинка, алюминия или других металлов. Биметаллические покрытия предусматривают нанесение цинкового подслоя, на который напыляется алюминиевое покрытие, или нанесение алюминиево-цинкового псевдосплава. Комбинированные покрытия представляют собой сочетание двух раздельно наносимых слоев: слоя напыленного металла и последующего лакокрасочного покрытия, наносимого пульверизацией, кистью или другим способом, обеспечивающим пропитывание напыленного металла лакокрасочными материалами.

Список литературы

  1. Маланов, А.И., Тютина И.М. Коррозия и основы гальваники /А.И. Маланов, И.М. Тютина. – М.:Химия, 1977. – 216 с.
  2. Ульянин Е.А. Коррозионные стали и сплавы. /Е.А. Ульянин. Справочник. –М.: Металлургия, 1981. – 208 с.
  3. Коррозия. Справочник. Пер. с англ. Под ред. Л.Л. Шрайера. – М.: Металлургия, 1981. – 632 с.
  4. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструцикционные сплавы. /Н.Д. Томашов, Г.П. Чернова. – М.: Металлургия, 1986. – 208 с.
  5. Погодин В.П., Богоявленский В.Л., Сентюрев В.П. Межкристаллитная коррозия и коррозионное растрескивание нержавеющих сталей в водных средах. /В.П. Погодин, В.Л. Богоявленский, В.П. Сентюрев. – М.: Атомиздат, 1970. – 422 с.
  6. Чигал В. Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей. /В. Чигал. – Ленинград: Химия, 1969. – 231 с.
  7. Новицкий В.С. Влияние щелочи на питтинг стали 12Х18Н10Т в концентрированных растворах хлоридов. /В.С. Новицкий. // Защита металлов, 1979. Т.15. № 6. С.691–694.
  8. Богоявленский В.Л., Крапачев В.С. Влияние внедренного водорода на коррозионные свойства аустенитных нержавеющих сталей. / В.Л.Богоявленский, В.С. Крапачев // Защита металлов. 1986. № 1. С 36–38.
  9. Герасимов В.В., Герасимова В.В. Коррозионное растрескивание сталей. / В.В. Герасимов, В.В. Герасимова. –М.: Металлургия, 1976. – 174 с.