Виды коррозии и методы их оценки

Дата добавления: 2014-07-26 | Просмотров: 1675

Коррозионно-механическое изнашивание — сложный комп­лекс физико-химических процессов, поэтому рассмотрим кор­розию металлов как самостоятельную группу процессов.

Коррозия металлов — самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие хими­ческого или электро­химического взаимодействия их с окружающей средой.

Первопричиной коррозии является термодинамическая неустой­чивость металлов в различных средах при данных внеш­них воздействиях. Разнообразие условий, сред, свойств и струк­туры материалов является причиной разнообразия видов коррозии.

По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозии. Химическая коррозия подчиняется основным законам чисто химической кинетики гетерогенных реакций, не сопровождаю­щихся возникновением электрического тока, в отличие от электрохимической коррозии, подчиняющейся законам электрохимической кинетики с протеканием электрического тока.

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения материалов, коррозия может быть следую­щих видов:

§ газовая (в газах при высоких температурах);

§ атмосферная (в атмосфере воздуха или влажных газах);

§ коррозия в электролитах (электрохимическая коррозия в электропроводных жидких средах, расплавах, растворах щелочей, солей, кислотах);

§ коррозия в неэлектролитах (химическая коррозия металлов в неэлектропроводящих жидких средах);

§ подземная коррозия (в почвах, грунтах);

§ биокоррозия (под воздействием продуктов жизнедеятель­ности микроорганизмов);

§ коррозия блуждающим током (под воздействием блуж­да­ю­­щих токов, например, электрокоррозия металла трубо­­провода, кабеля).

По условиям протекания коррозионного процесса разли­чают следующие виды коррозии:

§ контактная коррозия (при контакте металлов, имеющих различные потенциалы в данном электролите);

§ щелевая коррозия (коррозия в щелях, зазорах металла с другими материалами);

§ коррозия при неполном погружении металла в жидкую кор­розионную среду;

§ коррозия при полном погружении металла в жидкую кор­розионную среду;

§ коррозия при переменном погружении металла целиком или частично в жидкую коррозионную среду;

§ коррозия при трении;

§ фреттинг-корозия;

§ коррозионная кавитация;

§ коррозия под напряжением (при воздействии коррозион­ной среды и постоянной или переменной нагрузке).

По характеру разрушения коррозию разделяют на:

§ сплошную, охватывающую всю поверхность;

§ местную (локальную), охватывающую отдельные участки поверхности.

Сплошная коррозия может быть:

§ равномерной (металл разрушается на примерно одинаковую глубину по всей поверхности);

§ неравномерной (металл разрушается на отдельных участках на различную глубину);

§ избирательной (разрушается преимущественно структурная составляющая металла или один компонент сплава).

Местная коррозия может быть следующих видов:

§ пятнами (в виде отдельных пятен);

§ язвенная (в виде отдельных глубоких раковин);

§ точечная или питтинг (в виде отдельных точечных поражений, имеющих значительную глубину);

§ сквозная (разрушение металла насквозь);

§ межкристаллитная (преимущественно по границам зерен);

§ ножевая (локализованная в зоне сплавления сварных соединений).

Для компрессоров характерны следующие виды корро­зии [7, 24]:

коррозионное растрескивание — коррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образова­нием транскристаллитных или межкристаллитных трещин (см. рис. 1.1, а);

точечная коррозия (питтинг) (англ. pit [pit]…делать ямки, оставлять следы) — местная коррозия металла в виде отдельных точечных поражений (см. рис. 1.1, б); при точечной коррозии происходит прогрессирующее проникно­вение коррози­онной среды вглубь металла с образованием изъязвлений; воз­никает при разрушении защитной пленки или слоев продуктов коррозии;

межкристаллитная коррозия — коррозия, распро­страня­ю­щаяся по границам кристаллов (зерен) металла или сплава (см. рис. 1.1, в);

фреттинг-коррозия (англ. fret [fret]…разъедать, подтачивать) — коррозия, протекающая при коле­ба­тельном перемещении двух поверхностей одна относительно другой в условиях взаимодействия с корро­зион­ной средой;

газовая коррозия — химическая коррозия металла в газах при высоких температурах;

ножевая коррозия — локализованный вид коррозии ме­талла в зоне сплавления сварных соединений в агрессивных сре­дах;

контактная коррозия — электрохимическая коррозия, выз­ванная контактом металлов с разными стационарными потен­ци­алами.

Рисунок 1.1 – Виды коррозионных разрушений

При одновременном воздействии циклических растяги­вающих напряжений и коррозионной среды понижается предел выносли­вости металла (коррозионная усталость).

По усредненным статистическим данным [24], домини­рующими причинами кор­розионных повреждений являются:

· коррозионное растрескивание — 20%;

· точечная коррозия — 16%;

· межкристаллитная коррозия — 10%;

· другие виды коррозии - 54%.

Требования к защите промышленного оборудования от коррозии установлены Единой системой стандартов защиты от коррозии и старения материалов (ЕСЗКС), а также отраслевыми стандартами и многочисленными методическими рекоменда­циями по отдельным видам оборудования.

Способность сопротивляться разрушающему воздействию коррозионной среды характеризует коррозионную стойкость металла. Основные количественные показатели различных видов коррозии и коррозионной стойкости материалов определяют согласно ГОСТ 9.908-90

Коррозионная стойкость характеризуется скоростью кор­розии, т. е. количеством металла, растворяющегося с единицы поверхности в единицу времени, или скоростью проникновения коррозии, т. е. глубиной коррозионного разрушения металла в единицу времени.

Массовый показатель коррозии определяется по потере массы образца металла ∆m, отнесенной к площади образца S и времени τ:

.

Стандарт устанавливает десятибалльную шкалу коррозион­ной стойкости металлов при условии равномерной коррозии – табл.1.0

Таблица 1.0

Расчет скорости проникновения коррозии производится по формуле:

,

где K_m – потеря массы, г/м²год; ρ – плотность материала, г/см³.

По характеру исследований методы испытаний на коррозионную стойкость подразделяются на лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. Ввиду разнообразия коррозии методы испытаний не стандартизированы, однако частично регламентированы ведомственными техническими условиями. Общие требования к проведению коррозионных испытаний, требований к образцам материалов (типу, форме, качеству, изготовлению, подготовке), требования к аппаратуре и реактивам, к методам проведения испытаний, обработке результатов испытаний устанавливает ГОСТ 9.905-90.

Для оценки влияния климатических факторов стендовые испытания проводят в специальных камерах (климатических камерах, барокамерах), имитирующих внешнее давление, солнечную радиацию, температурные условия, влажность, воздействие специальных штаммов бактерий и другие факторы.

Исследования на атмосферную коррозию проводят на полигонах, расположенных в соответственных климатических зонах. Исследования коррозии в морской воде проводят на специальных морских станциях или судах. При исследовании коррозионных процессов широко используют метод образцов-свидетелей, устанавливаемых в работающем аппарате, трубопроводе, машине.

Скорость процессов разрушения материалов существенно (иногда на несколько порядков!) увеличивается под совместным воздействием механических и коррозионных факторов. В связи с этим ГОСТ 9.903-81 устанавливает методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей и титановых сплавов. Стандарт устанавливает различные методы испытаний: при постоянной нагрузке, при ступенчато меняющейся нагрузке, при постоянном деформировании. Критерием оценки стойкости материала к коррозионному растрескиванию является пороговый коэффициент интенсивности накопления напряжений, характеризующий сопротивление материала росту трещины при коррозионном растрескивании (в заданных условиях), ниже которого трещены отсутствуют или скорость роста не превышает 0, 0001 мм/час.

При оценке безопасности оборудования помимо кор­розион­ной стойкости металлов необходим контроль материалов уплотнительных устройств. Вулканизированные эластичные герметизирующие материалы испытывают на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при заданных температурах и продолжительности испытаний по одному или нескольким следующим показателям (ГОСТ 9.068-87):

· условной прочности при растяжении и относительному удлинению при разрыве;

· прочности связи герметика с металлом при отслаивании;

· изменению массы;

· скорости отслаивания герметика от металла при постоянной отслаивающей нагрузке.

Испытание резин на стойкость к воздействию агрессивных сред при постоянном растягивающем напряжении проводят по ГОСТ 9.065-84 и оценивают по времени до разрыва образца и скорости ползучести.

Резины также испытывают:

ü на стойкость к старению при статической деформации сжатия (ГОСТ 9.029-81, 9.070-76);

ü на стойкость к термическому старению (ГОСТ 9.024-89);

ü на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред (ГОСТ 9.030-92);

ü на стойкость при вращательном движении в режиме трения (ГОСТ 9.061-89);

ü на стойкость к воздействию агрессивных сред при статической деформации сжатия (ГОСТ 9.070-89);

ü на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при многократных деформациях растяжения (ГОСТ 9.062-75).

В случае воздействия биологических факторов на элементы конструкции коррозию называют биологической (ГОСТ 9.102-91). Под биологическими факторами понимают организмы сообщества организмов, вызывающихнарушение исправного или работоспособного состояния объекта.

Способность объекта сохранять значение показателей в пределах, установленных нормативно-технической документа­цией в течение заданного времени в процессе или после воздей­ствия биофактора, называется биостойкостью. Испытания на биостойкость подразделяют на лабораторные и в природных условиях.

***

Учитывая широкий спектр условий, в которых работают различные элементы холодильной установки, необходимо в каждом конкретном случае выявить наиболее вероятные доминирующие виды коррозии для определе­ния наиболее эффективных мер защиты. Так, например, коррозия, на активность которой влияет наличие кислорода в воздухе (или растворенного в воде), высокая влажность и температура, является наи­более частой причиной утечки аммиака в холодильных системах. В условиях относительно сухого воздуха и низкой температуры (морозной зимы, например) трубо­про­воды и со­суды коррозируют незначительно. Однако в холо­диль­ных системах всегда имеются постоянные или периодически возникающие зоны, в которых оборудование и трубопроводы увлажня­ются. В выходные дни или в несезонный период при снижении нагрузки могут временно не работать отдельные блоки или элементы холодильной установки, в результате чего образуются влажные зоны на технологических трубопроводах, что спо­собствует развитию их коррозии. В этих условиях могут развиваться точечная коррозия (питтинг), контактная коррозия и т. п. Наиболее часто про­никновение влаги и взаимодействие ее с химическими компо­нентами тепло­изоля­ционного или строительного материала вызы­вают коррозию труб в виде точечных отверстий в местах про­ходов трубопроводов через стены. Недопустимо вводить в эксплу­атацию холодильную установку с незаконченной изоля­цией трубо­проводов, так как в процессе эксплуатации они покрываются инеем, и изоляция становится неэффективной. Принципиальное значение имеет антикоррозионное покрытие трубопроводов, правильное выполне­ние теплоизоляционных работ и использование для них качест­венных материалов. Несоблюдение этих условий может привести уже через год к появлению утечки хладагента. Разработаны эф­фективные меры защиты от коррозии любого вида [24].

Предельный износ, наступивший вследствие коррозионно-механического изнашивания, является одной из основных причин выхода из строя компрессорных машин (как правило, турбокомпрессоров), эксплуатируемых в черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности. Его развитию способству­ют наличие агрессивных сред, высокие температуры, интенсивный режим работы. В подобных условиях эксплуа­тируют компрессоры в металлургии при: подаче газовых сред в доменные печи; откачке продуктов сгорания от кислородных сталеплавиль­ных конверторов и мартеновских печей; откачке от коксовых батарей продуктов коксования на коксохимических заводах и т. п.

Наиболее опасными видами коррозии для компрессоров, ра­ботающих в указанных условиях, являются межкристал­литная коррозия и коррозионное растрескивание, а также коррозионная усталость. Подобному изнашиванию в турбокомпрессорах под­вер­­гаются детали роторов, в частности лопатки, диски, валы [11].

Газовая коррозия деталей возникает при действии высоких температур: металл выгорает и выкрашивается, на поверхности появляются трещины. Газовая коррозия наблюдается у компрес­соров, работающих с высокой скоростью, например центро­бежных, а также при неправильной эксплуатации (отсутствие смазывания, наличие загрязнений, перекос деталей и т. д.).