Коррозия стали

06.07.2016

Коррозия стали является процессом химического или электрохимического разрушения ее. Разрушающей средой может быть кислород воздуха, разные газы и особенно водные растворы — электролиты, находящиеся на стали часто в виде тончайшей водяной пленки.
Электрохимическая коррозия происходит под действием электролита, причем ионы металла переходят в раствор. В растворе гидраты закиси и окиси железа образуют собственно ржавчину, оседающую на поверхности стали.
Процесс химической коррозии происходит под действием сухих газов или в жидкостях, не проводящих электрического тока. Нередко оба указанных процесса развиваются совместно.
Ржавчина вследствие высокой пористости не образует защитной пленки; наоборот, адсорбируя влагу, она интенсифицирует процесс коррозии. При высоких температурах коррозия протекает быстрее.
Коррозия может развиваться равномерно по всей поверхности элемента или местами. Особую опасность представляет межкристаллическая (интеркристаллитная) коррозия, при которой разрушение развивается по граням зерен металла. Такая коррозия проникает глубоко внутрь, часто не вызывая заметных изменений на поверхности.
Неоднородность стали по химическому составу и по структуре ускоряет процесс коррозии: например, томасовская и бессемеровская стали более подвержены коррозии, чем мартеновские, а стали кипящие разрушаются быстрее, чем спокойные.
Изменение структуры стали вследствие резкого перегиба (расслоения, надрывы, трещины) или продавливания отверстий, опрессовки заклепок и других видов обработки стали, при которых происходит нарушение ее структуры, ускоряет процесс коррозии. Наклеп стали также ускоряет этот процесс. Гладкие, особенно полированные, поверхности лучше сопротивляются коррозии, чем неровные.
В местах, претерпевших пластические деформации, особенно неравномерные, часто развивается наиболее опасная межкристаллическая коррозия. Места концентрации напряжений, у которых в первую очередь проявляются пластические деформации и происходит нарушение структуры стали, например заклепочные и сварные соединения, особенно подвержены коррозии.
Скорость коррозии зависит от напряженного состояния стали. Напряжения в пределах упругости (если при достижении их не произошло разрушение защитных пленок) способствуют некоторому повышению сопротивления коррозии. Напряжения, при которых развиваются пластические деформации стали, особенно неравномерные, наоборот, ускоряют процесс коррозии. На последнем явлении сказывается несколько факторов:
а) повреждение поверхности защитных пленок (окалины, краски, лака, оцинковки, хромирования и т. п.);
б) нарушение структуры стали и обнажение новых поверхностей зерен феррита, ранее недоступных коррозии;
в) ослабление атомных связей и др.
Влияние различных компонентов стали на сопротивление ее коррозии было отмечено выше. Стали низколегированные оказывают более высокое сопротивление коррозии, чем обыкновенные углеродистые. Однако последнее обеспечивается не только химическим составом, но также хорошей раскисленностью плавок, дающей высокую однородность химического состава и структуры низколегированных сталей.
Процесс электрохимической коррозии является результатом образования большого числа гальванических пар в системе металл—электролит. Два разных металла, находящихся в контакте в присутствии электролита, образуют гальваническую пару. Один из этих металлов (с более низким электродным потенциалом) будет анодом, то есть, переходя в виде ионов в раствор, он будет разрушаться. Поэтому при подборе металлов, работающих совместно (например, конструкции и крепления) в агрессивной среде, следует проявлять особую осмотрительность. Желательно, чтобы эти металлы имели равные или почти равные электродные потенциалы. Неблагоприятно, например, сочетание стальных частей, часто находящихся в воде, с деталями из меди, алюминия и их сплавов.
Скорость коррозии характеризуют или глубиной разрушения стали в миллиметрах за год (мм/год), или потерей веса образца в граммах, отнесенной к единице поверхности и к промежутку времени (г/м2*год).
Скорость атмосферной коррозии колеблется в очень широких пределах (от сотых долей миллиметра до целых); например, для некоторых конструкций металлургических заводов она доходит до 1,6 мм/год.
Скорость коррозии зависит от формы поперечного сечения элемента и положения его в пространстве. На рисунке I—3 приведено сравнение потери веса образцами различного поперечного сечения и сравнение различных участков одного и того же сечения в зависимости от положения этих участков в пространстве Испытания были проведены во влажной камере в течение одного года. Цифры означают потери веса контрольных пластинок от коррозии в граммах за год.
Коррозия стали
Коррозия стали

Этот рисунок показывает, что коррозия наиболее интенсивно развивается на горизонтальных поверхностях сверху и менее интенсивно на. горизонтальных поверхностях снизу (потолочных). Вертикальные поверхности занимают промежуточное положение, причем более корродируют нижние части вертикальных поверхностей при наличии у них горизонтальных полок. Поверхности внутреннего замкнутого контура (рис. I—3, з, к) подвержены коррозии в малой степени. Внутренние поверхности полузамкнутого (гнутого) профиля (рис. I—3, и) корродируют интенсивно. На элементах с горизонтальными плоскостями, особенно в случае разделения их выступающими вверх частями, создаются наиболее благоприятные условия для отложения пыли, для адсорбции влаги и развития процесса коррозии. В конструкциях, которые попеременно находятся то в воде, то на воздухе, а также в конструкциях, подверженных атмосферным осадкам, на таких поверхностях задерживается вода и отлагаются осадки, грязь. Особенно неблагоприятны в отношении коррозии элементы, образованные из двух уголков или двух швеллеров (рис. I—4, а, б, в), соединенных между собой через прокладки. Щели между ветвями таких стержней очень удобны для отложения пыли, конденсации паров воздуха и развития коррозии, и, наоборот, они неудобны для очистки, осмотра и окраски. Такие формы стержней были неизбежны в клепаных конструкциях. В сварных конструкциях они являются анахронизмом.
Коррозия стали

Таким образом, можно сделать общий вывод: коррозия интенсивно развивается на тех поверхностях, которые наиболее удобны для отложения пыли и осадков, наименее обдуваемы и потому подвержены застою воздуха, конденсации влаги и продолжительному сохранению ее на стали.
При одинаковых условиях эксплуатации и одинаковой площади поперечного сечения наименее подвержены коррозии те элементы, у которых наружная поверхность меньше. Сплошное круглое сечение имеет наименьший периметр по сравнению с сечениями других типов той же площади поперечного сечения. Однако сплошные круглые сечения имеют малый радиус инерции и потому для сжатых металлических элементов .невыгодны. Трубчатые сечения лишены этого недостатка и заслуживают особого внимания конструкторов в связи с широким развитием сварки, обеспечивающей сравнительно простое соединение узлов и стыков трубчатых элементов и герметизацию их внутреннего пространства.
Конструкции сплошные менее подвержены коррозии, чем сквозные, составленные из большого числа мелких элементов, со щелями и зазорами. Сплошные конструкции, кроме того, позволяют эффективнее использовать механизмы (краскораспылители) для нанесения красок или других защитных покрытий, что обеспечивает большую плотность и долговечность последних при меньшей затрате труда и времени. Конструкции сварные более коррозиеустойчивы, чем клепаные.
Скорость коррозии тонких и толстых элементов, находящихся в аналогичных условиях, одинакова. Однако относительное влияние коррозии на тонких элементах сказывается сильнее, чем на толстых. Поэтому для конструкций, подверженных атмосферным воздействиям (мосты, эстакады и т.п.), работающих в воде или агрессивной среде, ограничивают наименьшую допускаемую толщину используемых элементов.