Что такое щелевая коррозия
Щелевая коррозия относится к коррозии, происходящей в замкнутых пространствах, в которые ограничен доступ рабочей жидкости из окружающей среды. Эти пространства обычно называют щелями. Примерами щелей являются зазоры и области контакта между деталями, под прокладками или уплотнениями, внутри трещин и швов, пространства, заполненные отложениями, и под отвалами ила.
СОДЕРЖАНИЕ
Механизм
В трещинах может образоваться местный химический состав, который сильно отличается от химического состава основной жидкости. Например, в котлах концентрация нелетучих примесей может происходить в щелях возле поверхностей теплопередачи из-за непрерывного испарения воды. Многие миллионы «факторов концентрации» нередки для обычных примесей воды, таких как натрий, сульфат или хлорид. Процесс концентрации часто упоминается как «укрытие» (HO), тогда как противоположный процесс, при котором концентрации имеют тенденцию выравниваться (например, во время отключения), называется «возвращением в укрытие» (HOR). В растворе с нейтральным pH pH внутри щели может упасть до 2, что является очень кислым состоянием, которое ускоряет коррозию большинства металлов и сплавов.
Некоторые явления, происходящие в щели, могут чем-то напоминать гальваническую коррозию :
гальваническая коррозия два связанных металла + единая среда щелевая коррозия одна металлическая часть + две связанные среды
Режим атаки
В зависимости от среды, развивающейся в щели, и природы металла, щелевая коррозия может принимать форму:
Что такое щелевая коррозия
Одна из лучших статей о электрохимических реакциях с нержавеющией сталью и о коррозии нержавейки была опубликована в 2004 году в журнале КАТЕРА И ЯХТЫ по материалам фирмы Quicksilver Marine Parts & Accessories. Приведем здесь частично текст и изображения из этой статьи.
Спустя некоторое время мы наткнулись на тренд обсуждение этого материала на форуме о подводной охоте. Статья не претендует на «глубину» познания процессов, а скорее отвечает на вопрос: что же делать, и как не наступить на грабли? Истина где-то рядом с кислородом 🙂 и по теме топика там есть много здравых мыслей. Еще ветка есть тут.
Этому виду коррозии подвержены многие металлы, а в особенности — нержавеющая сталь. “Щель” в данном случае — это пространство под всевозможными отложениями (песка, ила и т.д.), под пластиковыми шайбами, фетровыми прокладками и т.д. — иначе говоря, место, из которого попавшая туда влага не может найти выхода и где образовалась застойная зона.
Нержавеющая сталь — это сложнолегированный сплав, в который входят хром и никель. Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома. Этот окисел хрома на самом деле идеально прозрачний и прочный как броня. Именно он защищает поверхность от ржавчины. При отсутствии кислорода оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной. Иными словами, “нержавейка” не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода и покрывающие ее окисел хрома не разрушен. Вот именно понимание этого процесса позволит ответить на много вопросов о применяемости нержавейки.
Расположенные под водой металлические детали обычно подвергаются двум типам коррозии: гальванической и так называемой “коррозии от блуждающих токов”.
Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию между двумя и более различными (или разнородными) металлами. Различными, потому что для того, чтобы началась реакция, один должен быть более химически активным (или менее стабильным), чем другой или другие. Когда мы говорим про гальваническую коррозию, то имеем в виду электрообмен. Все металлы обладают электрическим потенциалом, поскольку у всех атомов есть электроны, движение которых и есть электричество.
Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет (по этой причине корпуса судов, эксплуатирующихся в жарком климате, заметно больше подвержены коррозии, чем на Севере).
Процесс гальванической коррозии можно наиболее наглядно проиллюстрировать на примере алюминиевой подводной части подвесного мотора и гребного винта из нержавеющей стали. Алюминий — более химически активный металл — является в данном случае анодом, а менее активная нержавеющая сталь — катодом.
Вот что происходит, когда эта пара помещается в воду, играющую роль электролита (рис. 1):
1. На аноде:
a. Через место контакта (в нашем случае — через гребной вал) электроны перетекают с анода, металла более химически активного на катод — гребной винт. Происходит следующая реакция: Al ® Al+++ +3e.
b. При этом атомы более химически активного металла превращаются в ионы (этим термином обозначаются атомы с “недостатком“ или “избытком” электронов), которые устремляются в воду и связываются с ионами кислорода, обмениваясь с ними электронами и образуя оксид алюминия. (Процесс этот ничем не отличается от того, что происходит с ионами железа при образовании оксида железа).
c. Образовавшиеся молекулы оксида алюминия либо уносятся потоком воды, либо оседают на алюминиевой поверхности. Таким образом, подводная часть вашего подвесника в результате гальванической коррозии буквально растворяется в воде.
2. На катоде:
a. С анода поступают электроны, причем они не просто накапливаются, а вступают в реакцию с ионами электролита.
b. Реакция обычно происходит такая:
11/2 О2 + 3 Н2О + 6 е ® 6 ОН—.
c. Ион гидроокиси ОН— — щелочной, поэтому в районе катода образуется щелочная среда. (Следует отметить, что это обстоятельство надо обязательно иметь в виду владельцам деревянных корпусов — щелочь разрушает целлюлозу).
Очень важно понять, что следствием освобождения каждого позитивного иона металла на аноде обязательно является формирование негативного иона электролита, образующегося вследствие реакции электронов катода. Электрически анодные и катодные реакции должны быть эквивалентны. Рост или снижение уровня катодной реакции вызывает ответные рост или снижение уровня анодной реакции. Это ключевой факт для понимания процесса коррозии и управления им. Его можно проиллюстрировать эффектом влияния размеров анода и катода. Если к очень большому аноду подключить маленький катод, процесс коррозии анода пойдет медленно. А если поступить наоборот, то анод очень быстро разрушится.
Алюминиевых деталей на катере или мотолодке полным-полно. И если не контролировать процесс гальванической коррозии, все они быстро выйдут из строя.
Гальваническая коррозия может протекать даже в том случае, если на вашей лодке нет ни одной детали из нержавеющей стали. Предположим, что и подводная часть мотора, и винт алюминиевые, но лодку вы обычно ставите у пирса со стальной стенкой и подключаетесь при этом к береговой системе электроснабжения. Провод заземления (так называемый “третий” — дань безопасности) соединяет при этом алюминиевые детали лодки с погруженной в воду стальной стенкой (рис. 2). Если учесть внушительную массу стальной стенки, то и подводной части мотора, и винту грозят серьезные повреждения. Предотвратить их можно при помощи гальванического изолятора — своеобразного фильтра, отсекающего токи низкого напряжения и позволяющего при этом заземляющему проводу в случае пробоя изоляции или короткого замыкания выполнить свою функцию — отвести ток в землю и спасти вам жизнь.
Гальваническую коррозию подводных частей подвесных моторов и угловых колонок — или любых алюминиевых частей лодки — значительно ускоряет наличие деталей из нержавеющей стали, таких, как гребные винты, триммеры (особенно если они “заземлены” на двигатель), узлы дистанционного управления. Именно на них и уходят электроны алюминиевых деталей.
Другая причина, способная ускорить процесс гальванической коррозии — это уменьшение полезной площади анодных протекторов (о них тоже будет рассказано позже). Но и без наличия нержавеющей стали расположенные под водой алюминиевые детали все равно подвергаются воздействию гальванической коррозии — хотя и не столь интенсивной, как при контакте с иным металлом. При наличии электролита на большинстве однородных, вроде бы, металлических поверхностей все равно образуются крошечные аноды и катоды — в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются посторонние вкрапления или примеси — например, частицы металла с форм или штампов.
Нержавеющую сталь в качестве катода и алюминий в качестве анода мы использовали лишь в качестве одного из примеров; образовать “батарею” для запуска гальванической коррозии в паре с алюминием способен любой другой металл. К примеру, такая пара образуется и при контакте алюминия с цинком, только на сей раз катодом становится алюминий, а подвергается коррозии цинк — металл более химически активный. Один из худших врагов алюминия при образовании гальванической пары — это медь или медные сплавы (бронза).
Резюмируя сказанное, рекомендуется всегда обращать внимание при монтаже на ряд активности металлов: золото, нержавейка, бронза, медь, латунь, сталь, чугун, алюминий, цинк, магний. Чем дальше друг от друга стоят металлы в этом ряду активности, тем больше вероятность возникновения между ними электрохимической коррозии.
Например, категорически не рекомендуется использовать нержавеющий крепеж в контакте с алюминием, если этот узел подвергается интенсивному влиянию влаги. Вот тут нужно сделать оговорку. Именно нельзя, если нержавейка с алюминием будет в воде постоянно. Скажем ниже ватерлинии. Как раз наоборот, при монтаже деталей на корпусе лодки или на фасадных конструкциях, надо применять нержавейку по алюминию. Только использовать герметик для борьбы с щелями и затеканием. Оцинкованные детали для этого не годны совсем.
Другая причина гальванической коррозии — подключение к береговой электросети. При этом алюминиевая подводная часть вашего мотора или колонки посредством заземляющего вывода подключается к подводным частям других лодок и становится частью огромной гальванической батареи, связанной с погруженным в воду береговым металлом. При этом не только на вашей лодке, но и на соседних коррозия значительно ускоряется.
Произойти подобное может в том случае, если металл, по которому течет электрический ток, поместить в любой заземленный водоем (в реку, озеро, море, океан — без разницы, не в счет разве что стеклянный аквариум). Ток через воду устремится в землю. Следствием этого явится интенсивная коррозия в том месте, где произошел “пробой”. В наихудшем случае та же алюминиевая подводная часть мотора может разрушиться буквально за несколько дней.
Данная разновидность коррозии отличается от гальванической, хотя природа у них одна. Гальваническая коррозия вызывается соединением двух разнородных металлов и происходит за счет их электрических потенциалов. Один металл выступает в роли анода, другой — в роли катода. Здесь же электрический ток попадает на подводную часть лодки из внешнего источника и через воду уходит в землю.
К примеру, ваша лодка расположена между лодкой с утечкой постоянного тока и местом, являющимся хорошим заземлением для этого тока. Хотя ток могут уходить в землю и через воду, ваша лодка может явиться проводником со значительно меньшим сопротивлением. Таким образом, ток будет уходить в землю и с нее. Наиболее интенсивно коррозия будет развиваться в том месте лодки, откуда ток уходит в воду.
Блуждающие токи могут вызываться не только внешними, но и внутренними источниками — коротким замыканием в сети лодки, плохой изоляцией проводки, подмокшим контактом или неправильным подключением какого-либо элемента электрооборудования.
Наиболее распространенный внешний источник блуждающих токов — береговая сеть электроснабжения. Лодка с внутренним источником блуждающих токов (например, по причине повреждения изоляции одного из проводов) может стать причиной усиленной коррозии множества соседних лодок, подключенных к той же береговой электросети, если они обеспечивают лучшее заземление. Ток при этом передается на другие лодки посредством все того же “третьего” заземляющего провода.
Гораздо более неуловимый — но потенциально более опасный — случай коррозии блуждающих токов может происходить безо всяких проблем с электрооборудованием (и вашей лодки, и соседних). Предположим, что вы возвращаетесь на стоянку после выходных на воде, подсоединяетесь к береговому источнику, чтобы подзарядить аккумулятор, и спокойно уходите домой — автоматическое зарядное устройство само отключит зарядившуюся батарею. В понедельник по соседству с вашей лодкой причаливает большой стальной катер (с ободранной и поцарапанной краской). Владелец его тоже подключается к береговой сети и тоже оставляет свою посудину на несколько дней. Электрическая батарея готова — большой стальной корпус и небольшая подводная часть вашего мотора, соединенные заземляющим проводом. В зависимости от разделяющего их расстояния, разницы размеров и времени, которое ваш сосед решил провести на берегу, в следующие выходные вы можете обнаружить, что подводная часть вашего мотора либо просто покрыта белесым налетом, либо разрушилась чуть ли не полностью.
Типы коррозии металла
В технической терминологии под понятием «коррозия» понимают разрушение разных видов металлов вследствие их взаимодействия с атмосферными факторами. Скорость развития и масштабность распространения коррозии обусловлена разными причинами.
Именно поэтому сегодня не существует универсальных способов защиты металлоконструкций от негативного воздействия коррозийных процессов. Однако в зависимости от разновидности коррозийного процесса используются разные технологические решения.
На основании показателя активности и скорости протекания выделяют отдельные типы коррозии металлов – химическая и электрохимическая. В первом случае реакция наблюдается вследствие взаимодействия металла со средой с минимальной электропроводимостью. Благодаря этому во время реакции отсутствует эффект электростатики.
Во втором случае реакция протекает при воздействии на металл среды с высокой электрической проводимостью (электролит). Как правило, электрохимическая реакция возникает в воде, атмосфере и почве, а также в кислотных, солевых и щелочных растворах.
Классификация коррозии в зависимости от типа окружающей среды
Атмосферная коррозия
Это один из самых распространенных видов коррозии, который в зависимости от объема влаги, воздействующей на металлическую поверхность, также классифицируется как мокрая, сухая и влажная коррозия. При этом в зависимости от агрессивности атмосферы выделяют следующие виды атмосферной коррозии, которая может проявляться:
Главные особенности атмосферной коррозии проявляются в скорости ее распространения. На этот фактор оказывают влияние такие параметры, как температура, уровень влажности, состав металла, качество его поверхности, особенности состава окружающей среды, а также другие параметры.
Почвенная коррозия
Коррозийные процессы, проходящие с металлами в грунте или под землей, оказывают на их эксплуатационные характеристики разрушительное воздействие. Существует не только почвенная коррозия металлов, но также процесс, который возникает после воздействия внешних и блуждающих электротоков.
Под напряжением коррозийные процессы протекают вследствие одновременного воздействия на поверхность металлоконструкций коррозийной среды и механических напряжений. Как следствие, на поверхности металлоконструкции может наблюдаться коррозийное растрескивание или коррозийная усталость. Это зависит от вида и интенсивности напряжения.
Щелевая коррозия металла
Щелевая коррозия развивается вследствие контакта изделий в электропроводящих средах, имеющих разные электрохимические характеристики. Помимо этого различают коррозийные процессы в зависимости от разновидности и сложности вызываемых повреждений – это сплошная (или общая) и местная (или локальная) коррозия.
Между тем, сплошная коррозия может быть равномерной (процесс проходит с одинаковой скоростью по всей площади металлоконструкции) и неравномерной (на разных участках детали процесс протекает с разной скоростью).
Локальный коррозийный процесс классифицируют на сосредоточенный (проявляется в виде пятен, язв, точек и др.) и подповерхностный (транс- и межкристаллитный, структурно-избирательный).
Более опасной и разрушительной считается локальная коррозия, поскольку она образует дефекты (свищи и трещины в стенах емкостей и трубопроводов), которые стремительно снижают прочностные и функциональные характеристики конструкции.
Если же говорить об изделиях, поверхность которых обработана по технологии горячего цинкования, то в данном случае большую угрозу несет общая коррозия. Она вызывает разрушение защитного слоя, что приводит к утрате изделием первоначального привлекательного внешнего вида.
Также для продукции, имеющей цинковый слой, нанесенный горячим цинкованием, опасность несет коррозия под напряжением (разрушение происходит на наиболее напряженных участках детали) и точечная (питтинговая) коррозия (по аналогичным причинам).
Заказывайте оцинковку металла в Точинвест Цинк
Каждый клиент при обращении в нашу компанию получает следующие преимущества:
Работы проводятся на современном оборудовании чешской компании EKOMOR и немецко-австрийской компании KVK KOERNER.
Сравнение точечной и щелевой коррозии: Выявление различий
Сравнение точечной и щелевой коррозии: выявление различий
Почти все металлы в нашем мире подвержены коррозии при определенных условиях. Существуют способы предотвращения коррозии в нефтегазовой отрасли, в особенности при шельфовой добыче. Однако они требуют фундаментальных знаний различных видов коррозии и понимания причин ее возниковения. Понимание того, где искать коррозию, помогает свести к минимуму риски ее возникновения на буровых платформах и нефтеперерабатывающих заводах, а также существенно экономит время и деньги.
Хотите найти подходящие материалы для шельфовой добычи? Руководство Swagelok по подбору материалов поможет принять меры для предотвращения коррозии.
Возникновение коррозии
Коррозия возникает при окислении атомов металла под воздействием жидкости или газа, что ведет к потере материала на его поверхности. Такая потеря материала приводит к уменьшению толщины стенок компонентов из углеродистой и низколегированных сталей, которые подвержены общей коррозии, что повышает вероятность механических повреждений.
Системы металлических трубок чаще всего используются в аналитических и технологических системах, гидравлических трубопроводах, а также в системах управления и бытовых системах. Многие специализированные металлы, используемые в нефтегазовой отрасли, представляют собой нержавеющую сталь с содержанием хрома более 10 %. Это способствует формированию оксидного слоя, защищающего металл от коррозии. Тем не менее при разрушении этого слоя под воздействием окружающей среды возникает коррозия нержавеющей стали.
Практически все металлы подвержены коррозии при определенных условиях. К примеру, ржавление является обычным явлением, сопутствующим коррозии углеродистой стали, в результате которого происходит разрушение железа и образование оксида железа. Однако существует и множество других видов коррозии. Каждый вид коррозии представляет опасность, которую необходимо оценить при выборе наиболее подходящего материала для вашей области применения.
Выявление распространенных видов коррозии
Существует множество различных видов коррозии, которые могут нанести серьезный урон нефтегазовым установкам. Многие виды коррозии возникают только при определенном химическом составе металла и условиях эксплуатации. Далее мы рассмотрим две формы местной коррозии нержавеющей стали: точечную и щелевую.
Точечная коррозия
Точечная коррозия возникает при разрушении защитного оксидного слоя на поверхности нержавеющей стали, в результате чего находящиеся под ним атомы чистого металла могут начать терять электроны путем окисления в коррозионном водном растворе. Эта электрохимическая реакция вызывает образование небольших точечных выемок, или «питтингов».
Как правило, питтинги можно обнаружить при тщательном визуальном осмотре, однако они могут распространяться глубоко, полностью пронизывая стенку трубки. Точечная коррозия также может способствовать образованию трещин в компонентах, находящихся под механической нагрузкой. В средах с повышенной концентрацией хлора, в том числе вызванной испарением из капель соленой воды, вероятность точечной коррозии выше, особенно при высоких температурах.
Во время осмотра металлических трубок на предмет точечной коррозии ищите красновато-коричневые отложения оксида железа и точечные выемки на поверхности металла.
Щелевая коррозия
Как и точечная коррозия, щелевая коррозия начинается с разрушения защитной оксидной пленки нержавеющей стали с дальнейшим образованием неглубоких выемок. Однако щелевая коррозия, как следует из названия, возникает не на виду, а в щелях.
В обычной жидкостной или газовой системе щели имеются между трубками и их опорами или хомутами, между соседними линиями трубопроводов, а также под слоем грязи и отложений, которые могут скапливаться на поверхностях. Избежать образования щелей в трубопроводных конструкциях практически невозможно, а узкие щели представляют собой большую опасность нарушения целостности нержавеющей стали. Щелевая коррозия возникает в результате диффузии морской воды в щель, что приводит к образованию агрессивной химической среды, в которой вызывающие коррозию ионы растворяются и не могут быстро диффундировать из щели. В такой ситуации коррозия может быстро распространиться по всей поверхности внутри щели.
Щелевую коррозию можно увидеть только после снятия хомута с установленной трубки. Важно помнить, что щелевая коррозия может возникать при более низких температурах, чем точечная коррозия, поскольку под геометрической щелью (например, под трубным хомутом) легче образуется «питтинг».
Предотвращение коррозии
Зачастую коррозию можно свести к минимуму благодаря обучению персонала, предоставив ему базовые знания о материалах.
Подбор материалов. Прежде всего уделите внимание подбору материалов для трубок, опор и хомутов. Трубки из нержавеющей стали 316 подходят во многих случаях при условии, что их содержат в чистоте, а температура не слишком высока. В теплом климате, особенно в местах, где быстро образуются отложения солей, и в ситуациях, когда ржавчина со строительных балок и пола из углеродистой стали скапливается на поверхностях нержавеющей стали, коррозия трубок из нержавеющей стали 316 наблюдается чаще.
В таких случаях лучше использовать трубки из супераустенитной (например, 6Mo или 6HN) или супердуплексной (например, 2507) нержавеющей стали, которые имеют гораздо более высокую стойкость к коррозии. Повышенный предел прочности на разрыв и предел текучести супердуплексной нержавеющей стали также упрощает создание систем с более высоким максимально допустимым рабочим давлением (МДРД). Во избежание дорогостоящих ошибок обратитесь в региональный авторизованный центр продаж и сервисного обслуживания Swagelok, где вам помогут подобрать подходящие продукты и материалы для вашей области применения.
Расположение и конструкция. Для предотвращения щелевой коррозии требуется тщательное проектирование системы для сведения к минимуму числа мест, в которых может возникнуть коррозия. Один из способов уменьшения количества щелей в системе трубок — избегать размещения трубок вплотную к стенам или друг к другу. При выявлении щелевой коррозии трубок из нержавеющей стали 316 можно заменить их трубками из более устойчивого к коррозии материала и смонтировать их при помощи недорогих трубных обжимных фитингов из нержавеющей стали 316. Компания Swagelok предлагает несколько сочетаний трубных обжимных фитингов из нержавеющей стали 316 с трубками из различных коррозионностойких сплавов.
Курс обучения — материаловедение и коррозия
Помимо этих простых мер рекомендованный подход к предотвращению коррозии включает в себя углубленное обучение и внедрение эффективной программы регулярного контроля коррозии. Компания Swagelok предлагает курс обучения материаловедению, который поможет инженерам, техническим специалистам и другим сотрудникам, участвующим в процессе подбора материалов, выбрать подходящие коррозионностойкие сплавы для жидкостных и газовых систем. Получение базового представления о коррозии — как она выглядит, где и по каким причинам возникает — теми, кто работает с трубными системами каждый день, может предотвратить разрушение материалов и дорогостоящий ремонт. Обратитесь в региональный центр продаж и сервисного обслуживания Swagelok и узнайте, как курс обучения материаловедению может помочь вашей организации в борьбе с коррозией.
Повышение уровня безопасности и сокращение затрат благодаря использованию оптимальных материалов
Узнайте, как владельцы морских платформ могут выбрать оптимальные материалы для трубок и трубных обжимных фитингов, обеспечив контроль затрат и повышение уровня безопасности в различных областях применения.
Материал имеет важное значение: подбор материала для обеспечения коррозионной стойкости
На морской платформе может находиться около 15 километров трубок, более 20 000 компонентов жидкостных и газовых систем, не менее 10 000 фитингов и до 8000 соединений. Стоит ли удивляться тому, как трудно выбрать коррозионностойкий материал? Узнайте, как сделать правильный выбор для вашей области применения.
Максимальное увеличение срока службы компонентов промышленной трубопроводной арматуры
Стоимость замены компонента промышленной трубопроводной арматуры превышает стоимость самого компонента. Рекомендации специалистов компании Swagelok, касающиеся профилактического технического обслуживания, помогут вам узнать, как уменьшить издержки и максимально увеличить срок службы ваших компонентов.