Коррозионному разрушению

Электронная конфигурация сплавов, состоящих из двух и более переходных металлов, и их пассивация не столь хорошо изучены, как в случае медно-никелевых систем; тем не менее можно принять несколько полезных упрощающих допущений. Например, принимают, что наиболее пассивный компонент сплава является акцептором электронов, стремясь заимствовать электроны у менее пассивного'компонента. Следовательно, в нержавеющих сталях d-электронные вакансии хрома заполняются электронами, заимствованными от атомов железа [46]. При критическом составе сплава (менее 12 % Сг) все вакансии хрома заполнены, и коррозионное поведение сплава подобно поведению железа. При содержании Сг выше 12 % его d-электронные вакансии не заполнены и сплав по коррозионному поведению подобен хрому.

В табл. 22 приведены сравнительные данные японских исследователей по коррозионному поведению металлических покрытий в среде H2S (6 %), С02 (6 %) при давлении 0,75 МПа.

Основная часть справочника посвящена коррозионному поведению металлических и неметаллических материалов в различных средах. Для каждой коррозионной среды дается характеристика коррозионного поведения материалов и область их применения. Довольно широкий охват коррозионных сред, металлических материалов, условий их эксплуатации и областей применения в сочетании с изложением основных закономерностей коррозионных процессов позволит специалистам сделать правильный выбор металла или защитного покрытия при создании новой техники. Справочник будет также полезен для специалистов, занимающихся изучением коррозионных процессов.

В предлагаемом справочнике по коррозии собраны и обобщены сведения по коррозионному поведению, составам и применению металлических и неметаллических материалов в некоторых наиболее часто встречающихся средах, а также кратко описаны методы и средства защиты. Защита от коррозии металлическими и органическими покрытиями нами не рассматривается, поскольку по этому вопросу в Болгарии изданы специальные справочники *.

Предлагаемый нами справочник состоит из нескольких разделов. Вначале изложены основные представления о коррозии металлов, действии ингибиторов и электрохимической защите металлических сооружений и конструкций. Приведены таблицы составов сталей различных марок и сплавов, выпускаемых в ряде промышленно развитых стран, а также торговые названия металлических и неметаллических материалов. Отдельно рассмотрены коррозионные и эксплуатационные характеристики широко применяемых металлов и потенциалы их реакций. Основная часть справочника посвящена коррозионному поведению металлических и неметаллических материалов в некоторых наиболее часто встречающихся коррозионных средах. Для удобства пользования справочником названия этих сред даны в алфавитном порядке.

Значительная часть этой главы посвящена коррозионному поведению обычной (углеродистой) нелегированной стали, что объясняется двумя причинами. Во-первых, это наиболее широко применяемый в морских условиях конструкционный материал, а во-вторых, факторы, влияющие на коррозию, изучены в этом случае наиболее детально. Скорость коррозии нелегированной стали (в дальнейшем будем называть ее просто сталью) в значительной степени определяется кинетикой катодного восстановления кислорода.

По коррозионному поведению в морской воде металлы можно разделить на две основные группы, в зависимости от того, чем определяется скорость коррозии. Для первой группы главную роль играет реакция на катоде, а для второй определяющим фактором является наличие пассивной окисной пленки с очень хорошей адгезией к металлу. Сталь служит наилучшим примером металла, скорость коррозии которого в морской воде находится под катодным контролем. Хорошими примерами являются также цинк и магний. В качестве наиболее типичных

Значительное внимание уделено коррозионному поведению металлов и сплавов, применяемых в качестве конструкционных материалов, с учетом радиационных превращений в теплоносителях и металле. Учтено также воздействие на коррозионный процесс высоких тепловых нагрузок и температур теплоносителя.

К сплавам группы ОЖЕНИТ • относятся многокомпонентные композиции, легированные оловом, железом, никелем и ниобием, при суммарной концентрации их 0,5—1,5%. Для нейтрализации действия вредных примесей и обеспечения высоких коррозионных свойств в воде и паре при температурах 350—400° С достаточно иметь суммарную концентрацию указанных легирующих компонентов в сплаве, равной 0,5%. По своему коррозионному поведению такие сплавы близки к плавленому цирконию высокой чистоты. При изменении содержания легирующих компонентов от 0,1 до 0,3% стойкость многокомпонентных сплавов мало изменяется в интервале температур 350—400° С. При суммарной же концентрации легирующих компонентов равной 1 %, скорость роста пленки увеличивается, особенно при температуре 400° С. Сплавы ОЖЕНИТ, содержащие 0,1—0,3% олова, железа, никеля и ниобия, имеют удовлетворительную стойкость при температурах 350—440° С. По прошествии 5000—6000 час испытаний отслаивания и растрескивания окиснои пленки не наблюдалось. При температуре 450° С микротрещины на поверхности пленки появляются через 2000—3000 час. После этого образцы (без отслаивания пленки) выдержали дополнительные испытания в течение 2000—3000 час. У некоторых образцов окисная пленка растрескивалась и отслаивалась при температуре 500° С в течение 1000 час испытаний. ОЖЕНИТ — 0,5 (0,2% олова, 0,1% железа, 0,1% ниобия, 0,1% никеля) имеет высокую коррозионную стойкость и хорошие технологические качества при температурах 350—450° С.

Исследования химических свойств аморфных сплавов, не относящихся к. их коррозионному поведению, пока развиваются не слишком интенсивно. Тем не менее, можно ожидать, что особенности химического поведения аморфных металлических материалов, связанные с их высокой химической активностью, будут детально исследованы и, вероятно, уже в недалеком будущем будут найдены их новые интересные химические свойства. В данном разделе мы рассмотрим некоторые свойства аморфных металлов, которых мы уже кратко коснулись в разделах 2 и 3.

Кадмий сходен по коррозионному поведению с цинком. В нейтральных растворах кадмий корродирует с кислородной деполяризацией. В отличие от цинка скорость коррозии кадмия с увеличением рН понижается.

Механизм сухой атмосферной коррозии металлов аналогичен химическому процессу образования и роста на металлах пленок продуктов коррозии, описанному в ч. I. Процесс сухой атмосферной коррозии металлов сначала протекает быстро, но с большим торможением во времени так, что через некоторое время, порядка нескольких или десятков минут, устанавливается практически постоянная и очень незначительная скорость (рис. 263), что обусловлено невысокими температурами атмосферного воздуха. Так образуются на металлах в кислороде или сухом воздухе тонкие окисные пленки, и поверхность металлов тускнеет. Если в воздухе содержатся другие газы, например сернистые соединения, защитные свойства пленки образующихся продуктов коррозии могут снизиться, а скорость коррозии в связи с этим несколько возрасти. Однако, как правило, сухая атмосферная коррозия не приводит к существенному коррозионному разрушению металлических конструкций.

Многие металлические конструкции, такие, как нефтепроводы, газопроводы, водопроводы, канализационные сети, обсадные трубы скважин, силовые электрические кабели, кабели связи, баки и емкости, тюбинги метро, сваи и другие строительные конструкции, эксплуатируются в подземных условиях и, соприкасаясь с почвой (верхним слоем горных пород) или грунтом (нижележащими горными породами), подвергаются коррозионному разрушению. Особо сильное разрушение наблюдается у подземных сооружений, находящихся в зоне действия блуждающих токов. Приближенные подсчеты показывают, что вследствие коррозии в нашей стране ежегодно выходит из строя 2—3% подземных сооружений, что составляет около одного миллиона тонн металла.

Металлы, соприкасаясь с расплавленными солями, взаимодействуют с ними и подвергаются коррозионному разрушению. Расплавы солей в большинстве случаев являются проводниками второго рода, т. е. обладают ионной проводимостью, и взаимодействие их с металлами протекает по электрохимическому механизму. А. В. Рябченков и В. Ф. Абрамова на основании своих опытов по полной защите деталей от коррозии в расплавленной соли при катодной поляризации деталей предложили этот механизм, который был подтвержден и подробно изучен Н. И. Тугариновым и Н. Д. То-машовым в расплавах хлоридов.

Причиной склонности сплавов к межкристаллитной коррозии чаще всего являются структурные превращения на границах зерен, которые превращают эту узкую зону в мало поляризующийся анод (см. с. 331), который и подвергается усиленному коррозионному разрушению. Сложность этого процесса и зависимость его от многих факторов затрудняет истолкование всех случаев межкристаллитной коррозии иногда даже для одной какой-либо металлической системы одной теорией.

Межкристаллитпая коррозия особенно опасна для аппаратов, деталей и конструкций, эксплуатируемых в условиях приложения механических нагрузок,— аппараты высокого давления, автокланы и др. В этих случаях разрушение металла может наступить внезапно, не изменяя заметно внешнего вида металла, так как механические нагрузки способствуют сосредоточенному коррозионному разрушению металла по границам кристаллитов.

коррозионному разрушению и

металлов к коррозионному разрушению, так же как и установок для этих испытаний, отличающихся способом создания напряжений в металле. Некоторые из этих методов требуют очень сложного оборудования.

В связи с многообразием неметаллических материалов и различным поведением их в коррозионных средах до настоящего времени не разработаны единые, унифицированные методы испытаний неметаллов на стойкость н коррозионному разрушению. Для этих целей ис-нользуется целый ряд методов, применение которнх зависит от природы материала. При этом отсутствуют четкие рекомендации по оценке химической стойкости, позволяющие прогнозировать долговечность материалов в условиях контакта с рабочими средами.. Сведения о пригодности материала иногда можно почерпнуть

Коррозионному разрушению подвержены чаще всего нагартован-ные тонкостенные штампованные изделия при совместном воздействии внутренних напряжений и внешней коррозионной среды. Коррозионное растрескивание может быть предотвращено отжигом латуни после нагартовки при 300° С в течение 1 ч.

Коррозионное растрескивание оценивается по времени до разрушения образцов, выдерживаемых в среде под нагрузкой, и величине напряжений, при которых начинается коррозионно-механическое разрушение. Повышение сопротивляемости сварных соединений коррозионному разрушению основано на использовании общих (как и для основного металла) и специальных методов.

Общепринятая технология сварки с подогревом приводит к образованию широких твердых участков подкалки в околошовных зонах с крупноигольчатой мартенситной структурен Укрупнение зерен, наряду с сопутствующими закалочными процессами, способствует скоплению на их границах дефектов кристаллической структуры, росту внутренней энергии f снижению сопротивления коррозионному разрушению. Структура аустенитного металла шва при этом более гетерогенная и вторичные избыточные фазы образуют замкну тыс цепочки. Подогрев при сварке способствует росту количества избыточных фаз в структуре металла шва.