Типы коррозии металлических материалов и методы их тестирования

Thread Content

1. Равномерная коррозия (uniform corrosion) Равномерная коррозия (также называемая полной коррозией) – это явление коррозии, при котором происходит разрушение поверхности всего сплавного материала в довольно равномерном порядке. Его характерной особенностью является то, что при полном коррозионном разрушении толщина материала постепенно уменьшается, а иногда коррозия приводит к его полному проникновению. Полное коррозионное разрушение является основной формой отказа механических устройств в процессе их фактического использования. Полное коррозионное разрушение означает общую потерю веса материала. Такую коррозию можно предсказать с помощью простых тестов на замачивание, изучения литературы по вопросам коррозии или опыта производства, что позволяет оценить срок службы оборудования. При выборе коррозионностойких материалов их способность к общей коррозии является самым основным требованием к коррозионной стойкости. Наиболее часто используемым методом тестирования на равномерную коррозию является метод измерения изменения массы: образец помещается в раствор, в котором происходит коррозия, и после определенного времени измеряется изменение его массы. На основании этих данных определяется скорость коррозии. Стандартом является GB/T10124–1998 «Методы лабораторного тестирования на равномерную коррозию металлических материалов путем полного погружения». 2. Пятнистая коррозия (pitting corrosion). Металлы, способные противостоять коррозии, имеют на своей поверхности защитную пленку, образующуюся в результате процесса пассивации. Однако, как только этот пассивирующий слой разрушается, и отсутствуют условия или способности к самопассивации, металл начинает корродировать. Если коррозия происходит только в определенных участках поверхности устройства, где образуются небольшие ямки, проникающие вглубь материала, а большая часть поверхности остается пассивной, это явление называется точечной коррозией. Основными методами тестирования точечной коррозии являются электрохимический метод и метод химического замачивания. Электрохимический метод заключается в основном в измерении потенциала пробоя нержавеющей стали образца. Стандартом является GB/T17899‑1999 «Методы измерения потенциала пунктирной коррозии нержавеющих сталей». Метод химического замачивания предусматривает использование раствора треххлористого железа для проведения экспериментов по химическому ускорению процесса пунктирной коррозии. Стандарт — GB/T17899‑1999 «Методы испытания на точечную коррозию нержавеющих сталей с использованием треххлористого железа». 3. Межзернистая коррозия (intergranular attack) — это зоны на границах зерен, где направления кристаллизации различаются, что приводит к их хаотичному смещению друг относительно друга. Поэтому эти зоны являются подходящими местами для накопления растворенных в металле элементов или осаждения металлических соединений (таких как карбиды и σ-структуры). В некоторых коррозионных средах границы между кристаллитами могут подвергаться коррозии раньше. Такое коррозионное разрушение, происходящее сначала вдоль границ кристаллитов материала и приводящее к потере связи между кристаллитами, называется межкристаллической коррозией. Распространенными методами тестирования на коррозию межкристаллической зоны для нержавеющих сталей и сплавов являются: метод электродиэлектрического разъедания с использованием щавелевой кислоты GB/T4334.1–2000 «Метод тестирования нержавеющих сталей с использованием 10% раствора щавелевой кислоты», метод с использованием серной кислоты и железнокислого сульфата GB/T4334.2–2000 «Метод тестирования нержавеющих сталей с использованием серной кислоты и железнокислого сульфата», метод с использованием кипящей азотной кислоты GB/T4334.3–2000 «Метод тестирования нержавеющих сталей с использованием 65% раствора азотной кислоты», метод с использованием азотной кислоты и фтористоводородной кислоты GB/T4334.4–2000 «Метод тестирования нержавеющих сталей с использованием азотной кислоты и фтористоводородной кислоты», метод с использованием серной кислоты и меднокислого сульфата GB/T4334.5–2000 «Метод тестирования нержавеющих сталей с использованием серной кислоты и меднокислого сульфата». Выбор метода испытания на коррозию межкристаллической зоны определяется на основе опыта и потребностей. Основной принцип заключается в следующем: для обычных сред используется метод сульфурика и купрумсульфата ； Метод с использованием 65% нитрата применяется нечасто; он в основном используется в растворах разбавленного нитрата при температуре от 60°C до температуры кипения, а также в средах для синтеза мочевины ； Нержавеющая сталь, содержащая Mo, обычно обрабатывают с помощью раствора нитрата и фтористоводорода ； Метод с использованием 10% ортофосфорной кислоты применяется в основном в качестве дополнительного способа для отбора образцов. 4. Коррозия в щелях (crevice corrosion) – это вид коррозии, возникающий в диэлектрической среде (особенно в средах, содержащих ионы хлора) в узких щелях между поверхностями металлов или неметаллов. Из-за затруднения движения раствора в этих щелях происходит истощение кислорода в растворе. Затем ионы хлора проникают в щели извне. Кроме того, в результате гидролиза хлоридов металлов происходит самокаталитический процесс окисления, что приводит к разрушению пассивной пленки на поверхности металла. В результате возникает локальная коррозия, схожая с процессом самокаталитической точечной коррозии. Это может нарушить целостность и герметичность механических соединений, что приведет к серьезным проблемам или сбоям в нормальной работе оборудования, а иногда даже к авариям. Коррозия в щелях обычно возникает в щелях, где застаивается электролитическое растворение (особенно при наличии ионов хлора), или внутри защищенных поверхностей. В оборудовании с общим механическим узлом коррозия в зазорах часто возникает в местах соединения фланцев, в местах контакта с заклепками, болтами, прокладками, шайбами (особенно резиновыми), седлами клапанов, на поверхностях с налетами, а также там, где имеются прилипшие морские организмы. Также коррозия в зазорах может возникать в трубках теплообменников с расширяемыми трубками. Следует отметить, что коррозия в щелях может возникнуть даже в отсутствие хлорид-ионов. Чаще всего используются два метода тестирования: химическое замачивание в треххлористом железе и электрохимический метод. Стандарт метода химической обработки хлоридом железа(III): GB/T10127‑1998 «Методы испытания на коррозию в зазорах у нержавеющих сталей с использованием хлорида железа(III)». 5. Коррозия под действием напряжений. При совместном воздействии напряжений (растягивающих нагрузок) и коррозионных факторов у деталей механических устройств может происходить хрупкое разрушение при значениях напряжений, меньших предела прочности материала. Это приводит к отказу устройств и деталей. Такое явление называется коррозией под действием напряжений. В зависимости от основных компонентов коррозионной среды – хлоридов, гидроксидов, нитратов и кислородсодержащей воды – это явление называется хлоридной коррозией, щелочной коррозией, нитратной коррозией и кислородной коррозией соответственно. Разрыв под действием коррозионной усталости отличается от разрыва, вызванного исключительно механическим напряжением: он может происходить даже при чрезвычайно низких уровнях напряжения ； Оно также отличается от трещин, возникающих исключительно в результате коррозии; даже среды с крайне слабой коррозионной активностью могут вызывать трещины от напряжений. Его полное коррозионное разрушение обычно происходит медленно, и не сопровождается признаками деформации; резкое разрушение наступает внезапно. Коррозия под действием напряжений является самым опасным видом коррозии в промышленном производстве. Для возникновения коррозионного разрушения под действием напряжений у машиностроительных устройств и компонентов необходимо одновременное наличие определенных условий, связанных с материалом, окружающей средой и напряжениями. В зависимости от способа приложения напряжений, методы испытаний на коррозию под действием напряжений делятся на четыре основные категории: (1) Метод постоянного деформирования – придается образцу определенное деформирование с целью оценки его чувствительности к разрушению в условиях испытаний. (2) Метод постоянной нагрузки: при этом на образец, подвергаемый одноосному растяжению, оказывается напряжение в осевом направлении; затем проводятся испытания в коррозионной среде с целью сравнения времени разрушения. Также может использоваться кривая зависимости напряжения от времени разрушения для определения критического напряжения, при котором происходит коррозионное разрушение σscc.

(3) Метод медленного изменения скорости нагрузки: при этом на специально разработанном устройстве для испытаний с медленным изменением скорости нагрузки образец растягивается в коррозионной среде с определенной скоростью деформации до момента его разрушения. Анализируются условия разрыва образца и характеристики его края с целью оценки чувствительности к коррозионному разрыву под действием напряжений. (4) Метод механики разрушения: для исследований используются образцы, подвергаемые нагрузке в виде клиновидного раскрытия; на образцах, уже имеющих трещины, применяются различные значения K, чтобы определить критическое значение KISCC, при котором рост трещин прекращается. Стандарты включают: GB/T4157‑1984 «Метод испытаний металлов на коррозию под действием сульфидных напряжений при постоянной нагрузке», GB/T17898‑1999 «Метод испытаний нержавеющих сталей на коррозию под действием напряжений в кипящем растворе хлорида магния», GB/T10126‑1988 «Метод испытаний сплавов железа, хрома и никеля на коррозию под действием напряжений в горячей воде». Основные комбинации материалов и условий окружающей среды, способные вызвать коррозию под действием напряжений, следующие: (1) аустенитные нержавеющие стали; ионы хлора, хлориды + пары, сероводород, щелочные растворы и т. д ； (2) Углеродистая сталь и низколегированная сталь: среда — щелочные растворы, растворы нитратов, безводный аммиак, влажный сероводород, уксусная кислота ； (3) нержавеющая сталь аустенитного класса с молибденом: щелочные растворы, растворы хлоридов, растворы серной кислоты + медного сульфата и т. д ； (4) латунь, аммиак и его растворы, хлорид железа, влажный диоксид серы и т. д ； (5) Титан: формиат в растворе соляной кислоты или этанол, расплавленный хлорид натрия ； (6) Алюминий: влажный сероводород, сероводород, содержащий водород, морская вода.