Глава14. Коррозионностойкие стали и сплавы.

Коррозией называется разрушение материала под влиянием окружающей среды.Ущерб, причиняемый коррозией, может быть прямым и кос­венным. Прямой ущерб включает стоимость замены подвергших­ся коррозии частей машин, трубопроводов, устройств. Для вос­становления пораженных коррозией оборудования и конструкций ежегодно расходуется не менее 10 % продукции мирового метал­лургического производства.

Косвенный ущерб от коррозии связан с простоем оборудова­ния в результате аварий, ухудшением качества продукции, на­пример в результате ее загрязнения, увеличением расхода топли­ва, материалов, энергии. Так, при выходе из строя химической аппаратуры не выпускается продукция, отказ в работе двигателей приводит к простою ценного оборудования, нарушение герметич­ности газо- и нефтепроводов делает возможной утечку ценного сырья. В зависимости от страны и климатических условий суммарный ущерб, наносимый коррозией, достигает уровня 3-10 % валового продукта. Так в 2004г. ущерб от коррозии составил (в миллиардах $ США) в США ~303; в странах бывшего СССР 55; в Японии ~ 59.

В зависимости от свойств окружающей среды и характера ее физико-химического воздействия на материал различают:

1) химическую коррозию, обусловленную воздействием сухих газов и не электролитов (нефть и ее производные);

2) электрохимическую коррозию, обусловленную воздействием жидких электролитов: водных растворов солей, кислот, щелочей, влажного воздуха, грунтовых вод, т. е. растворов, содержащих ионы и являющихся проводниками электричества.

Химическая коррозия. Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия при высоких температурах - процесс взаимодействия с кислородом или актив­ными газовыми средами (галоиды, диоксид серы, сероводород, пары серы, диоксид углерода и т. д.). При газовой коррозии раз­рушаются такие ответственные узлы и детали, как лопатки газо­вых турбин, сопла реактивных двигателей, арматура печей. В производственных условиях чаще всего сталкиваются с окислением металлов, в случае сплавов на основе железа - с обра­зованием окалины. Защитные свойства металлов от окисления обусловлены образованием сплошных оксидных пленок на их по­верхности. Для обеспечения сплошности пленок необходимо, что­бы объем оксида V_OK был больше объема металла V_Mеr, из которого он образовался: V_OK/V_мет > 1. В противном случае получается пре­рывистая пленка, не способная эффективно защитить металл от коррозии. Такая пленка характерна для магния (V _ок/V_мет = 0,79), что затрудняет защиту сплавов на его основе от коррозии.

Помимо сплошности оксидные пленки должны обладать вы­сокими механическими свойствами, хорошо сцепляться с метал­лом и иметь достаточную толщину, обеспечивающую высокие за­щитные характеристики. Этим требованиям удовлетворяет плен­ка оксида хрома Сr₂0₃, что обусловливает высокую устойчивость против коррозии сталей и жаростойких сплавов с высоким содер­жанием хрома. Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов. При электриче­ском контакте двух металлов, обладающих разными электродными (электрохимическими) потенциалами и находящихся в электролите, обра­зуется гальванический элемент. По­ведение металлов зависит от зна­чения их электродного потенциала. Металл, имеющий более отрицатель­ный электродный потенциал (анод), отдает положительно заряженные ионы в раствор и растворяется. Избыточные электроны перетекают по внешней цепи в металл, имеющий более высокий электродный потенциал (катод). Катод при этом не разрушается, а электроны из него удаляются во внешнюю среду. Чем ниже электродный по­тенциал металла по отношению к стандартному водородному по­тенциалу, принятому за нулевой уровень*, тем легче металл отда­ет ионы в раствор, тем ниже его коррозионная стойкость.

Значения электродного потенциала Е₀ разных элементов при­ведены ниже:

Элемент Mg Al Zn Cr Fe Со Ni Sn РЬ Н Cu   Hg Ag Au       

Е₀,в -2,36 -1,66 -0.76 -0,74 -0.44 -0,28 -0,25 -0,14 -0.13 0 +0,84 +0,79 +0,80 +1,50

Ход электрохимического процесса определяется разностью потенциалов элементов. Для пары Сu — Zn разность потенциалов составляет 1,1 В.В случае замкнутой цепи медь является катодом, а цинк -анодом, что приводит к его растворению. Приведенная схема работы гальванической пары лежит в ос­нове электрохимической коррозии металлов и сплавов.