Скорость коррозии металла на воздухе мм год

Обновлено: 23.01.2025

Подскажите пожалуйста литературу, где есть описание по расчету скорости годовой коррозии. Очень срочно надо. Заранее благодарен.

коррозия стальных конструкций (свай) расположенных непосредственно в земле. Расчет выполняется для доказательства правильности принятой толщины стенки трубы (толщина стенки 8 мм) для применения без устройства защитного покрытия от коррозии. Срок эксплуатации конструкции - 25 лет. Вопрос какая годовая коррозия. "Светлые и мудрые умы" говорят, что в максимально-наихудших условиях не защищенная стальная конструкция скорродирует за год на 0,1 мм - но откуда эта цифра. в силу своей мудрости и "феноменальной памяти" сказать никто не может. вот такая незадачка.

На самом деле максимальная скорость коррозии стали 0.1 мм/год довольно некорректная величина. Все зависит от местных условий. Мне вот приходилось видет балки металлических пролетных строений ж.д. мостов на о.Сахалин, которые эксплуатировались недалеко от побережья. Влажный воздух, насыщенный солями, разъедал металл со скоростью 0.3 мм/год и даже более.
Ну а если конструкция расположена в грунте тут еще интересней: наличие воды, растворенных солей, грунты, наличие блуждающих токов, наличие поблизости других конструкций и т.д. все это влияет на скорость коррозии.
Вот что могу посоветовать: была у нас в университете дисциплина "Химические основы антикоррозионной защиты транспортных сооружений", и что-то подобное мы проходили. Попробуй поискать книги в сети по названиям типа "Защита от коррозии" и тому подобное

Гальванический элемент. Электрохимическая коррозия металлов: Методические указания к лабораторной работе

Коррозия и защита оборудования от коррозии: Учебное пособие

Расчет коррозионного поведения контактных пар металлов: Методические указания

Основы электрохимии: Учебное пособие для студентов инженерно-технических специальностей университетов

Электрохимическая коррозия металлов

Химия в строительстве

Теория коррозии и защиты металлов. Методическое пособие по спецкурсу

Можно еще здесь глянуть.
ГОСТ 9.602-89 ЕСЗКС. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии

Артиллерист - вертолётчик. Дипломированный инженер-механик. Technologist

А ваши мудрецы, про гальваническае пары и блуждающие токи, что-нибудь говорили. Я лично был свидетелем, когда выкопали трубу 10-летней давности, и она на участке 5 метров была как решето, а в остальных местах, нормальная, еще не один бы год пролежала.
Тут не всегда угадаешь, от грунта очень многое зависит.

Расчет коррозии

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая инструкция предназначена для определения фактической скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов, эксплуатирующихся на предприятиях Миннефтехимпрома СССР, с целью установления периодичности их технического освидетельствования в соответствии с требованиями действующих правил и нормативных документов.

1.3. В случае невозможности или затруднения применения методов, изложенных в п. 1.2, скорость коррозии определяется приближенно по образцам-свидетелям или оценкой коррозионности среды по отношению к данному металлу с помощью коррозионных зондов.

1.4. Определение скорости коррозии производится по каждому сосуду и трубопроводу технологической установки, линии, цеху. Для группы сосудов или трубопроводов, работающих на данной технологической установке, линии, цехе в одной к той же среде при одинаковых рабочих условиях и материальном исполнении, определение скорости коррозии производится по выбранному объекту-представителю.

1.5. Скорость коррозии металла стенок корпуса сосудов и трубопроводов подлежит уточнению в каждом случае существенного изменения условий их эксплуатации (рабочей среды, температуры, давления), влияющих на коррозионную активность рабочей среды, либо в случае замены материального оформления.

1.6. На каждом предприятии, владельце сосудов, составляется и утверждается главным инженером перечень сосудов с указанием скорости коррозии металла корпуса. Сведения по скорости коррозии трубопроводов заносятся в паспорт трубопровода.

При выявлении специальных видов коррозионных повреждений типа коррозионное растрескивание, межкристаллитная коррозия или расслоение по толщине стенки сведения об этом также заносятся в паспорт сосуда или трубопровода, а вопросы дальнейшей эксплуатации или ремонта сосудов и трубопроводов с такими повреждениями должны быть согласованы со специализированной организацией.

1.7. Контроль скорости коррозии металла стенок сосудов производится в каждый капитальный ремонт, но не реже установленной периодичности технических освидетельствований сосудов. По трубопроводам скорость коррозии контролируется в каждую ревизию.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ ПО ДАННЫМ ФАКТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК

2.1. Результаты периодических измерений толщины стенок сосуда или трубопровода служат основанием для определения скорости коррозии металла в условиях эксплуатации.

2.2. Замеры толщины стенок производятся неразрушающими методами контроля или путем засверловки и измерения толщины стенки мерительным инструментом. Предпочтение следует отдавать ультразвуковой толщинометрии.

2.3. Если результаты измерений толщины стенок неразрушающими методами контроля вызывают сомнение, то измерение следует производить сквозной засверловкой.

2.4. На сосудах и трубопроводах, работающих в средах, вызывающих межкристаллитную коррозию или коррозионное растрескивание под напряжением, сквозные засверловки, с последующей их заделкой методами дуговой сварки, не допускаются.

2.5. Место и способ измерения толщины стенок сосуда или трубопровода определяется по результатам их технического освидетельствования службами технического надзора с учетом особенностей коррозионных поражений в различных частях сосудов и трубопроводов.

2.6. Места расположения точек замеров, способ измерения и результаты измерений должны быть оформлены в коррозионной карте на сосуд или трубопровод и храниться в паспорте (см. карты СЗК-2 и СЗК-3).

Скорость коррозии металлов. Методы оценки коррозионных процессов

Скорость коррозии – многофакторный параметр, который зависит как от внешних условий среды, так и от внутренних свойств материала. В нормативно-технической документации существуют определенные ограничения по допустимым значениям разрушения металла при эксплуатации оборудования и строительных конструкций для обеспечения их безаварийной работы. В проектировании не существует универсального метода определения скорости коррозии. Это связано со сложностью учета всех факторов. Наиболее надежным методом является изучение истории эксплуатации объекта.

Критерии

Вам будет интересно: Процессы изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный для идеального газа

В настоящее время в проектировании техники используют несколько показателей скорости коррозии:

По прямому способу оценки: уменьшение массы металлической детали на единицу поверхности – весовой показатель (измеряется в граммах на 1 м2 за 1 час); глубина повреждений (или проницаемость коррозионного процесса), мм/год; количество выделяющейся газовой фазы продуктов коррозии; продолжительность времени, в течение которого появляется первое коррозионное повреждение; число центров коррозии на единицу площади поверхности, появившихся за определенный срок.
По косвенной оценке: сила тока электрохимической коррозии; электрическое сопротивление; изменение физико-механических характеристик.

Вам будет интересно: Такие обычные люди, или значение «почему бы и нет»

Первый показатель по прямому методу оценки является наиболее распространенным.

Расчетные формулы

В общем случае весовые потери, определяющие скорость коррозии металла, находят по следующей формуле:

где q – уменьшение массы металла, г;

S – площадь поверхности, с которой произошел перенос материала, м2;

t – период времени, ч.

Для листового проката и изготовленных из него обечаек определяют глубинный показатель (мм/год):

m – глубина проникновения коррозии в металл.

Между первым и вторым показателями, описанными выше, существует следующая зависимость:

где ρ – плотность материала.

Основные факторы, влияющие на скорость коррозии

Вам будет интересно: Шуточные номинации для учителей на выпускной

На скорость разрушения металла влияют следующие группы факторов:

внутренние, связанные с физико-химической природой материала (фазовая структура, химический состав, шероховатость поверхности детали, остаточные и рабочие напряжения в материале и другие);
внешние (окружающие условия, скорость движения коррозионно-активной среды, температура, состав атмосферы, наличие ингибиторов или стимуляторов и другие);
механические (развитие коррозионных трещин, разрушение металла под действием циклических нагрузок, кавитационная и фреттинг-коррозия);
конструктивные особенности (выбор марки металла, наличие зазоров между деталями, требования к шероховатости).

Физико-химические свойства

Наибольшее значение среди внутренних факторов коррозии имеют следующие:

Термодинамическая устойчивость. Для ее определения в водных растворах применяют справочные диаграммы Пурбе, по оси абсцисс которых откладывается pH среды, а по оси ординат – окислительно-восстановительный потенциал. Сдвиг потенциала в положительную сторону означает большую устойчивость материала. Ориентировочно она определяется как нормальный равновесный потенциал металла. В реальности материалы корродируют с различной скоростью.
Положение атома в периодической таблице химических элементов. Металлы, наиболее подверженные коррозии, – это щелочные и щелочноземельные. Скорость коррозии снижается при увеличении атомного номера.
Кристаллическая структура. Она оказывает неоднозначное влияние на разрушение. Крупнозернистая структура сама по себе не приводит к росту коррозии, но благоприятна для развития межкристаллитного избирательного разрушения границ зерна. Металлы и сплавы с однородным распределением фаз корродируют равномерно, а с неоднородным – по очаговому механизму. Взаимное расположение фаз выполняет функцию анода и катода в агрессивной среде.
Энергетическая неоднородность атомов в кристаллической решетке. Атомы с наибольшей энергией расположены в углах граней микронеровностей и являются активными центрами растворения при химической коррозии. Поэтому тщательная механическая обработка металлических деталей (шлифовка, полировка, доводка) повышает коррозионностойкость. Данный эффект объясняется также формированием более плотных и сплошных оксидных пленок на гладких поверхностях.

Влияние кислотности среды

Вам будет интересно: Копать или капать? Как правильно написать?

В процессе химической коррозии концентрация ионов водорода оказывает влияние на следующие моменты:

растворимость продуктов коррозии;
формирование защитных оксидных пленок;
скорость разрушения металла.

При рН в интервале значений 4-10 единиц (кислый раствор) коррозия железа зависит от интенсивности проникновения кислорода к поверхности объекта. В щелочных растворах скорость коррозии сначала уменьшается из-за пассивации поверхности, а затем, при рН>13 увеличивается в результате растворения защитной оксидной пленки.

Для каждого вида металла существует своя зависимость интенсивности разрушения от кислотности раствора. Благородные металлы (Pt, Ag, Au) устойчивы к коррозии в кислой среде. Zn, Al быстро разрушаются как в кислотах, так и в щелочах. Ni и Cd устойчивы к щелочам, но легко корродируют в кислотах.

Состав и концентрация нейтральных растворов

Скорость коррозии в нейтральных растворах зависит в большей степени от свойств соли и ее концентрации:

При гидролизе солей в коррозионной среде образуются ионы, которые действуют как активаторы или замедлители (ингибиторы) разрушения металла.
Те соединения, которые увеличивают pH, повышают также скорость деструктивного процесса (например, кальцинированная сода), а те, которые снижают кислотность, – уменьшают ее (хлористый аммоний).
При наличии хлоридов и сульфатов в растворе разрушение активизируется до достижения некоторой концентрации солей (что объясняется усилением анодного процесса под влиянием ионов хлора и серы), а затем постепенно снижается из-за уменьшения растворимости кислорода.

Некоторые виды солей способны образовывать труднорастворимую пленку (например, фосфорнокислое железо). Это способствует защите металла от дальнейшего разрушения. Данное свойство используется при применении нейтрализаторов ржавчины.

Замедлители коррозии

Замедлители (или ингибиторы) коррозии различаются по механизму действия на окислительно-восстановительный процесс:

Анодные. Благодаря им образуется пассивная пленка. К данной группе относятся соединения на основе хроматов и бихроматов, нитратов и нитритов. Последний тип ингибиторов применяется для межоперационной защиты деталей. При использовании анодных замедлителей коррозии необходимо предварительно определить их минимальную защитную концентрацию, так как добавление в небольших количествах может привести к увеличению скорости разрушения.
Катодные. Механизм их действия основан на снижении концентрации кислорода и соответственно, замедлении катодного процесса.
Экранирующие. Данные ингибиторы изолируют поверхность металла с помощью образования нерастворимых соединений, отлагающихся в виде защитного слоя.

К последней группе относятся нейтрализаторы ржавчины, которые используются также для очистки от окислов. В их состав, как правило, входит ортофосфорная кислота. Под ее влиянием происходит фосфатирование металла – образование прочного защитного слоя нерастворимых фосфатов. Нейтрализаторы наносят пульверизатором или валиком. Через 25-30 минут поверхность приобретает бело-серый цвет. После высыхания состава наносят лакокрасочные материалы.

Механическое воздействие

Повышению коррозии в агрессивной среде способствуют такие типы механического воздействия, как:

Внутренние (при формовании или термообработке) и внешние (под воздействием приложенной извне нагрузки) напряжения. В результате возникает электрохимическая неоднородность, происходит снижение термодинамической устойчивости материала и формируется коррозионное растрескивание. Особенно быстро происходит разрушение при растягивающих нагрузках (трещины образуются в перпендикулярных плоскостях) в присутствии анионов окислителей, например, NaCl. Типичным примером устройств, подверженных такому типу разрушения, являются детали паровых котлов.
Знакопеременное динамическое воздействие, вибрации (коррозионная усталость). Происходит интенсивное снижение предела усталости, образуются множественные микротрещины, которые затем сливаются в одну крупную. Число циклов до разрушения в большей степени зависит от химического и фазового состава металлов и сплавов. Такой коррозии подвержены оси насосов, рессоры, лопатки турбин и другие элементы оборудования.
Трение деталей. Быстрое корродирование обусловлено механическим износом защитных пленок на поверхности детали и химическим взаимодействием со средой. В жидкости скорость разрушения ниже, чем на воздухе.
Кавитационное ударное воздействие. Кавитация возникает при нарушении сплошности потока жидкости в результате образования вакуумных пузырей, которые схлопываются и создают пульсирующее воздействие. В результате возникают глубокие повреждения локального характера. Данный тип коррозии часто наблюдается в химических аппаратах.

Конструктивные факторы

При конструировании элементов, работающих в агрессивных условиях, необходимо учитывать, что скорость коррозии возрастает в следующих случаях:

при контакте разнородных металлов (чем больше разница электродного потенциала между ними, тем выше сила тока электрохимического процесса разрушения);
при наличии концентраторов механических напряжений (канавки, пазы, отверстия и другие);
при низкой чистоте обработанной поверхности, так как при этом возникают локальные короткозамкнутые гальванические пары;
при значительной разнице температуры отдельных частей аппарата (образуются термогальванические элементы);
при наличии застойных зон (щели, зазоры);
при формировании остаточных напряжений, особенно в сварных соединениях (для их устранения необходимо предусмотреть термическую обработку – отжиг).

Методы оценки

Существует несколько способов оценки скорости разрушения металлов в агрессивных средах:

Общие сведения о коррозии металла

Защита металла и металлоизделий от коррозии есть приоритетное направление в работе ООО НПО Спектрум, в приведенном ниже разделе мы рассмотрим основные понятия, термины, классификацию коррозии и механизмы протекания коррозионных процессов. Коррозия главный враг металла и его сплавов, коррозия уничтожает до 10 % процентов всего производимого в мире металла. Ущерб в денежном эквиваленте невозможно посчитать, как нет возможности оценить и косвенные потери от простоя производств, станков, снижения производительности, преждевременных поломок оборудования подвергшегося коррозии, от нарушения нормального хода технологических процессов производства, от аварий, обусловленных снижением прочности металлических конструкций и так далее.

Итак, давайте последовательно разберемся, что такое коррозия, эрозия, окисление, старение, потеря прочности, «усталость» металла что подразумевают под этими терминами, как бороться с этим злом, как минимизировать потери и повысить эффективность, надежность и долговечность металла.

Скорость коррозии металла

В случае равномерной коррозии скорость может быть определена по формуле:
v=Δm / S•t, где

v — скорость коррозии, которую обычно выражают в таких единицах: г/(м2•ч) или мг/(см2•сут);
Δm — убыль (увеличение) массы;
S — площадь поверхности;
t — время;

Отметим, что весовой показатель не всегда удобен, особенно если сравнивается коррозия металлов разной плотности. В таких случаях лучше пользоваться глубинным показателем коррозии, т.е. средней глубиной проникновения коррозионного разрушения в металл.

Кроме скорости коррозии металла, к часто используемым показателям (критериям) коррозии относят:

Прямые показатели коррозии

убыль или увеличение массы, отнесенные к единице поверхности металла;
глубина коррозии;
доля поверхности, занятая продуктами коррозии;
количество коррозионных язв или точек (очагов коррозии) на единице поверхности;
объем выделившегося с единицы поверхности водорода или поглощенного кислорода;
время до появления первого очага коррозии;
время до появления коррозионной трещины или полного разрушения образца;
сила тока коррозии;

Косвенные показатели коррозии

изменение физико-механических свойств металла (предела прочности при испытаниях на сжатие и разрыв, относительного удлинения, отражательной способности и др.);
изменение сопротивления;

Лабораторные – испытания образцов в искусственно смоделированных условиях, близких к реальным. Их преимуществом является то, что они позволяют сократить сроки исследования.
Полевые – проводятся в естественных условиях. Занимают длительное время. Преимуществом такого метода является получение информации о свойствах металла в условиях дальнейшей эксплуатации.
Натурные – испытания готовых металлических объектов в естественной среде.

Глубинный показатель коррозии

∏=8,76•v/ρ, где

8,76 — коэффициент для перехода от измерения весового показателя скорости коррозии в расчете на 1 ч к глубинному показателю в расчете на 1 год (24 ч • 360=8760 ч);

v — скорость коррозии, г/(м2•ч);

ρ — плотность, г/см3;

В том случае, если коррозия имеет местный характер, скорость ее не может быть точно охарактеризована весовым или глубинным показателем. При питтинговой коррозии необходимо определять максимальный глубинный показатель. При межкристаллитной коррозии и коррозионном растрескивании скорость коррозии количественно характеризуется механическим показателем коррозии, например, по потере прочности:

Kσ=(σ0–σ1/σ0)•100%, где

σ0 — предел прочности до коррозии;

σ1 — предел прочности после коррозии, рассчитанный по отношению к первоначальной площади сечения металлического образца;

Основные показатели коррозии и методы оценки коррозионной стойкости

Коррозия приводит к изменению массы; механических, электрических, оптических, электрохимических свойств; состава и структуры, состояния поверхности металла. Эти изменения характеризует коррозионная стойкость

(химическое сопротивление материалов).
Коррозионная стойкость — способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды.
Коррозионная стойкость определяется качественно и количественно — на основе показателей коррозии (скорость коррозии в данных условиях, время до достижения заданной степени коррозионных поражений), полуколичественно — группой или баллом стойкости по принятой в СНГ 10-бальной шкале. На основе этих показателей определяется срок службы, долговечность и надежность металлоконструкций.

Коррозионным эффектам или интегральным показателям коррозии соответствуют скоростные или дифференциальные показатели

.
Дифференциальные показатели находят как отношение изменения коррозионного эффекта или первую производную от времени графическими или аналитическими методами.
К качественным показателям коррозии

— визуальная оценка коррозионной стойкости

— наблюдение внешнего вида образцов с фотографированием, зарисовкой или кратким описанием и наблюдение за изменениями в коррозионно-активной среде;

— микроисследования с целью установления характера коррозионного разрушения, наличие или отсутствие локальных коррозионных поражений (межкристаллитной, питтинговой коррозии, коррозионного растрескивания и т.д.);

— применение специальных реактивов, вызывающих окрашивание анодных и катодных участков корродирующей поверхности металла.

Среди количественных показателей прямым и наиболее надежным способом определения коррозионной стойкости является гравиметрический (весовой) метод,

основанный на изменении массы образцов при испытаниях. Гравиметрическим методом определяется
скорость коррозии —коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени.
(Скорость коррозии, или скорость реакции ионизации металла, определяется числом грамм–частиц, реагирующих на поверхности металла в единицу времени. Поскольку поверхность металла имеет определенный микрорельеф, площадь “видимой” поверхности S, рассчитанной по геометрическим размерам, меньше истинной поверхности S0, на которой протекает взаимодействие металла с коррозионной средой. Эти площади связаны соотношением: , где q – коэффициент шероховатости. Для идеально гладкой поверхности (например, жидкого металла) коэффициент равен единице и S=S0. Для твердых металлов q>1. Значения S0 и q трудно установить экспериментально, поэтому обычно в расчетах используют площадь “видимой” поверхности S, а число прореагировавших атомов заменяют массой окисленного металла.)

В зависимости от состояния продуктов коррозии используют различные варианты гравиметрического метода. Удельную потерю массы на единицу площадиопределяют по формуле:

– масса образца до испытаний [
кг,
г],
mτ –
масса образца после испытаний и удаления продуктов коррозии [м2]. Обычно удельную потерю массы выражают в . Для вычисления потери массы по увеличению массы образца необходимо знать состав продуктов коррозии.

При образовании легкоудалемых продуктов коррозии (механическими, химическими или электрохимическими методами), используют отрицательный показатель изменения массы,

или
скорость коррозии в данных условиях :
, (1.3) где m0 и mτ– масса образца до и после коррозионных испытаний и удаления продуктов коррозии соответственно, [г]; S –

площадь окисленной поверхности металла, [м2]; τ
–
время испытаний, [ч]. (Данным методом возможно определение скорости сплошной, равномерной и неравномерной, местной и подповерхностной коррозии).

Если на поверхности металла образуются хорошо сцепленные с поверхностью трудноудаляемые продукты коррозии, то по приросту массы образца можно определить положительный показатель

и
mτ –
масса образца до и после коррозионных испытаний вместе с продуктами коррозии соответственно, г; S
–
площадь окисленной поверхности металла, м2; τ
–
время испытаний, ч.

Определив состав продуктов коррозии металла, можно пересчитать положительный показатель изменения массы в отрицательный и наоборот:

, (1.5) где AМе

,
Aок
– масса грамм–атома металла и окислителя соответственно;
nМе
и
nок
– валентность металла и окислителя соответственно.

Другим прямым и широко используемым на практике методом определения коррозионной стойкости является скорость проникновения коррозииили глубинный показатель

где H — глубина коррозионного разрушения (проникновение коррозии) [мм], определяемая непосредственным измерением (штангенциркулем, микрометром, микроскопом, УЗК и т.п.), в единицу времени — τ

[ч]. (При сплошной коррозии с постоянной скоростью показатель называется
линейной скоростью коррозии, .
Глубинные показатели носят более универсальный характер и ими определяют скорости локальной коррозии).

Зная отрицательный и глубинный показатель можно определить время до уменьшения массы на единицу площади на допустимую величину ( ), и время проникновения коррозии на допустимую глубину ( ).

При равномерной коррозии отрицательный показатель (в г/м2.ч) и глубинный показатель связаны соотношением:

, (1.7) где dMe

– плотность металла, [г/см3].

Для качественной и количественной оценки коррозионной стойкости металла в конкретных условиях рекомендуется использовать шкалу коррозионной стойкости металлов (приложение, табл. 1), в которой единицей коррозионной стойкости является балл. Шкала имеет 10 баллов и носит сравнительный характер.

Волюметрический (объемный) метод

основан на измерении объема выделившего газа в результате коррозии и позволяет определить
водородный показатель коррозии (объем выделившегося в результате коррозионной реакции водорода), и кислородный показатель (объем поглощенного в результате коррозии кислорода). Объемные показатели представляют собой отношение объема ΔV выделившегося или поглощенного газа с единицы поверхности в единицу времени, приведенного к нормальным условиям (Т=273 К, Р=1,013·105 Па):
, (1.8)

Объемный показатель коррозии связан с положительным соотношением:

, (1.9) где МГи VМ– молекулярная масса и объем моля газа (22400 см3) при нормальных условиях; 104 – коэффициент пересчета см3

К интегральным показателям коррозии относятся механические показатели коррозии, КМ

, отношение изменения механических свойств до и после коррозии в % (например, прочностной):

Читайте также: