Лекція №12

Тема: Підземна корозія і корозія металів у морській воді

Мета. Подати студентам загальні відомості про підземну корозію,

розглянути землю, як корозійне середовище, показати вплив блукаючих

струмів і мікроорганізмів на корозію металів у ґрунті, охарактеризувати

корозію конструкційних металів і сплавів у ґрунті, проаналізувати методи

захисту металів і сплавів від підземної корозії. Метою цієї лекції є також

охарактеризувати морську воду, як корозійний електроліт, розглянути основні

особливості електрохімічних процесів морської корозії, показати роль

географічного і біологічного факторів, пояснити вплив швидкості руху

морської води на процес корозії металів, подати відомості про контактну

корозію металів у морській воді, пояснити вплив характеру стикання металу з

морською водою, проаналізувати способи захисту металів від корозії у

морській воді.

План

Вступ

1.1. Основні поняття

1.2. Земля, як корозійне середовище

1.3. Вплив блукаючих струмів

1.4. Вплив мікроорганізмів

1.5. Корозія конструкційних металів і сплавів у ґрунті

1.6. Методи захисту від підземної корозії

1.7. Морська вода, як корозійний електроліт

1.8. Основні особливості електрохімічних процесів морської корозії

1.9. Роль географічного фактору

1.10. Вплив біологічного фактору

1.11. Вплив швидкості руху морської води на процес корозії металів

1.12. Контактна корозія

1.13. Вплив характеру стикання металу з морською водою

1.14. Способи захисту металів від корозії у морській воді

Зміст лекції

Вступ

На сучасному етапі боротьби з корозією гостро постало питання про

усунення корозії підземних споруд. Це зв’язано з тим, що в нашій країні є

велика кількість підземних трубопроводів, обладнання і споруд. Це – нафто -

проводи, газопроводи, водопроводи, каналізаційні мережі, обсадні труби сверд-

ловин, силові електричні кабелі, кабелі зв’язку, баки, ємності, самі різноманітні

будівельні конструкції.

Досвід показує, що без достатнього захисту підземні споруди швидко

виходять з ладу по причині корозії. Вже через 4-5 років появляються наскрізні

про ржавіння на підземних трубопроводах, що, крім втрати металу труб,

приводять до втрат цінного продукту. Особливих захисних заходів вимагають

підземні споруди, які знаходяться в зоні дії блукаючих струмів. В першу чергу

це відноситься до підземного господарства міст, де є трамваї, і магістральних

трубопроводів прокладених поблизу електрифікованих на постійному струмі

залізничних доріг. Блукаючі струми можуть виводити з ладу своєчасно

незахищені споруди на протязі 0,5-1,5 років. Є випадки, коли блукаючі струми

викликали наскрізні про ржавіння трубопроводів, ще не зданих в експлуатацію.

Розрахунки показують що внаслідок корозії виходить із ладу 2-3% підземних

споруд, тобто біля 1 млн. т металу, що знаходиться в землі.

Тому вивчення механізму підземної корозії, впливу різних факторів, які

впливають на швидкість підземної корозії, методів захисту від підземної корозії

має велике народногосподарське значення.

Розвиток транспортного і промислового флоту, освоєння глибин океану і

прибережного шельфу, опріснення морської води, будівництво прибережних

електростанцій, портів і промислових об’єктів, які використовують морську

воду, потребують знання корозійних і корозійно-механічних властивостей

конструкційних матеріалів, методів і засобів захисту від корозії, а також

правильного інженерного вирішення при проектуванні і будівництві морських

об’єктів.

Щоб правильно вибрати матеріал для морських споруд, конструкцій, суден,

трубопроводів і т.п. необхідно враховувати багато факторів. До них відносяться

вихідна вартість матеріалів, ефективність їх використання в конструкції, що

проектується, передбачуваний термін служби з точки зору корозії, зношування і

дії навантажень. В більшості систем, які працюють в морських умовах основні

затрати зв’язані з доглядом і ремонтом, необхідними для підтримки обладнання

в робочому стані.

При експлуатації в морських умовах руйнування багатьох матеріалів

відбувається непередбачувано і відрізняється від поведінки таких одержаних на

основі лабораторних досліджень в сольових розчинах. Хімічні реакції різних

матеріалів з морською водою достатньо складні. Присутність у воді органічних

речовин і живих організмів ще більше ускладнює процеси корозії матеріалів.

Тому знання всіх нюансів корозії металів і сплавів у різних умовах

(атмосферних, підземних, морських) дасть можливість студентам розібратися з

механізмами корозійних процесів, впливом різних факторів на швидкість

корозії, методами захисту від корозії.

1.1. Основні поняття

Руйнування металічних конструкцій і споруд, які знаходяться у землі або

ґрунтах (шарах, які лежать під землею і не містять органічних речовин),

називають підземною корозією.

Підземній корозії підлягають основним чином металічні трубопроводи,

кабелі, підземні резервуари, палі, опори, арматура і інші підземні споруди.

Підземна корозія носить електрохімічний характер. Електролітами служать

розчини солей і інших речовин у ґрунтовій волозі.

Швидкість підземної корозії визначається головним чином її водо- і

повітре- проникливістю, омічним опором землі, складом ґрунтових вод,

температурою і ін. Великий вплив на підземну корозію мають блукаючі струми

і дія мікроорганізмів; швидкість корозії металічних споруд у землі при цьому

значно збільшується.

Підземні споруди кородують також, якщо на їх металічній поверхні є

прокатна окалина, так як в окремих випадках, різниця потенціалів між металом

окалини і основним металом може досягати 0,45 В.

Підземна корозія проявляється у вигляді виразок, каверн, часто наскрізних.

Тому небезпечність підземної корозії полягає не у втраті металу, а в

можливості аварій установок, трубопроводів і споруд.

1.2. Земля, як корозійне середовище.

Електрохімічна корозія у ґрунті відрізняється деякими особливостями в

порівнянні з корозією в розчинах електролітів. Ця особливість полягає в

наступному:

1. Ґрунт має неоднорідну будову. В зв’язку з цим швидкість корозії в ґрунті

визначається виникненням мікроелементів не тільки внаслідок неоднорід-

ності металічної конструкції, але в далеко більшій мірі із-за неоднорідності

структури і складу самого ґрунту. Внаслідок неоднорідності структури

окремі зони ґрунту мають різну проникливість повітря. Повітропро-

никність ґрунту виявляє великий вплив на розвиток корозійних процесів,

так як останні протікають з кисневою деполяризацією.

2. В ґрунті майже немає механічного перемішування і природної конвекції

твердих частинок, тому ґрунт можна розглядати як нерухомий електроліт по

відношенню до поверхні металічної конструкції.

3. Пори ґрунту заповнені повітрям і вологою. Вода у ґрунті може мати різні

форми зв’язку: фізико-механічну (вода в порах або у вигляді поверхневих

плівок на стінках пор); хімічну (утворення гідратованих сполук); фізико-

хімічну (вода у вигляді адсорбційної плівки, колоїдних сполук). Форма

зв’язку води і визначає корозійні властивості ґрунту.

Ґрунт представляє собою складну систему, яка складається з твердих,

рідких і газоподібних речовин. Тверда речовина складає основну частину

ґрунту і хоча вона безпосередньо не впливає на електрохімічний корозійний

процес, але в залежності від характеру його мінеральної і органічної складових

і розмірів їх частинок складаються певні умови для доступу до металічної

конструкції водного розчину і повітря.

Степінь корозійної активності ґрунту залежить від характеру і кількості

водорозчинної частини ґрунту. Підвищення її кількості зв’язано зі зменшенням

омічного опору середовища і, значить, сприяє посиленню корозійного процесу.

Найбільш важливими іонами, які знаходяться в ґрунтах і впливають на

швидкість корозійного процесу є Cl-, NO3

-, SO4

2-, HCO3

-, Ca

2+, Mg

2+, K

+, Na

+.

Органічні сполуки, особливо феноли і органічні кислоти, які утворюються в

ґрунті в результаті бактеріальних процесів, посилюють корозію.

Велике значення при оцінці небезпеки корозії має кислотність ґрунту.

Дуже кислі ґрунти, для яких рН3, викликають сильну корозію. До них

відносяться торф’яні і болотисті ґрунти.

Величина рН впливає на

1. величину різниці потенціалів, яка виникає на поверхні металічних

конструкцій і споруд, які знаходяться в землі.

2. здатність до осадження солей заліза, кальцію, що, в свою чергу , веде до

зміни умов електрохімічної корозії.

3. стійкість, утворених в процесі корозії, на поверхні металу захисних плівок

(чим вище рН, тим менша корозійна дія).

Корозійна активність ґрунтів буде найменшою для заліза при рН = 1014,

алюмінію — рН = 67, свинцю — рН = 78, цинку — рН = 1111,5, олова — рН

- 1011.

Частини металічної конструкції, прокладені в більш щільному ґрунті,

служать анодами в концентраційному елементі, що утворюється внаслідок

нерівномірного доступу повітря; анодні ділянки руйнуються, якщо поряд

знаходиться більш рихлий ґрунт, який забезпечує більш легкий доступ повітря

для деполяризації катоду.

Повітропроникність ґрунту в значній мірі залежить від величини частинок

з яких складається ґрунт, їх кількості, а також від співвідношення глини і

наносів, які заповнюють пустоти між основними частинками ґрунту. До ґрунтів

з малою пористістю відносяться глини, які включають частинки дуже малого

діаметру (2мкм). Піщані ґрунти складаються з частинок відносно великого

діаметру (3 мм), між якими легко проникає повітря. Трубопроводи прокладені

в таких ґрунтах порівняно мало руйнуються від корозії.

Вологість є суттєвим фактором ґрунтової корозії металів. Для того щоб

електрохімічний корозійний процес міг протікати без перешкод, необхідний

певний мінімум води. Якщо ґрунт сухий, корозія не має місця, так як відсутній

електроліт.

Підвищення вологості ґрунтів до 20% викликає збільшення швидкості

корозії, так як при цьому зменшується омічний опір виникаючих корозійних

елементів. При вологості ґрунтів порядку 15-25% спостерігається максимальна

швидкість корозійного процесу. Після вказаного значення критичної вологості

наступає таке насичення ґрунту водою, при якому вона утворює суцільний шар,

який утруднює поступлення кисню до металу. В результаті цього корозія

металу різко сповільнюється.

Ґрунти, які містять навіть невелику кількість солей, при 10-12%-ній

вологості володіють дуже низьким електроопором.

Степінь корозійної активності ґрунту визначають тим строком, по

закінченню якого у підземній споруді може утворитися наскрізна каверна.

Корозійну активність ґрунтів класифікують по п’ятибальній системі,

розділяючи її на

1. низьку;

2. нормальну;

3. підвищену;

4. високу;

5. особливо високу.

Наприклад, строк появи наскрізних каверн для стального трубопроводу з

внутрішнім діаметром 300 мм і товщиною стінки 8-9 мм при низькій корозійній

активності ґрунту складає 25 років, при нормальній—10–15 років, при

підвищеній—5 – 10 років, при високій—3 – 5 років і при особливо високій—1 –

3 роки; причому втрати у вазі складають відповідно 0 - 1; 1 - 2; 2 - 3; 3 – 6 і 5 – 6

г в день.

1.3. Вплив блукаючих струмів.

Особливо велику небезпеку для підземних металічних споруд представ-

ляють блукаючі струми, які відгалужуються від рейкових шляхів трамваїв і

електричних залізних доріг, в яких рейки використовують в якості зворотного

проводу для струмів. Виникнення блукаючих струмів може мати місце і в

умовах заземлення однопровідних ліній електропередачі і заземлення різних

промислових установок.

Корозія, яка викликається блукаючими струмами, має особливе значення в

тих випадках. коли цей процес постійний. Змінні блукаючі струми пред-

ставляють меншу небезпеку. Таким чином, небезпека виникнення блукаючих

струмів спостерігається і при проведенні електрозварювальних робіт постій-

ним струмом, при використанні установок катодного захисту і ін. На хімічних

заводах дії блукаючих струмів може підлягати апаратура електролізних цехів і

т.п. В цехах електролізу технологічний процес зв’язаний зі споживанням

постійного струму силою в декілька тисяч ампер і корозія блукаючими

струмами може бути дуже значною.

Розглянемо простеньку принципову схему корозії підземної труби при

наявності блукаючих струмів від струмонесучих рейок. Струм поступає від

позитивного джерела в робочий повітряний провід і повертається назад до

негативного полюсу по рейках. Однак в більшості випадків в зв’язку з тим, що

рейки стикаються з ґрунтом, частина струму внаслідок недостатньої ізоляції

відгалужується і направляється по ґрунту, який є електролітом. Тут струм

шукає собі шляхи найменшого опору, якими можуть стати металічні споруди,

такі як трубопроводи, розміщені в ґрунті. Якщо металічна труба розміщена

поблизу струмонесучих рейок, то частина блукаючих струмів потече по трубі.

Шлях проходження блукаючих струмів по трубі можна розділити на три зони:

1. Катодна зона — ділянки входу блукаючих струмів з ґрунту в трубопровід;

катодна зона в корозійному відношенні безпечна.

2. Зона протікання блукаючого струму по трубопроводу; в цій зоні немає

переходу струму ні з ґрунту в трубопровід ні назад і, значить, ця зона також

безпечна.

3. Анодна зона — ділянки виходу блукаючих струмів з металу трубопроводу в

ґрунт; це зона корозії трубопроводу, яка проявляється тут у вигляді

глибоких виразок. Чавунні труби в цих умовах часто підлягають

графітизації.

Для свинцю і алюмінію небезпечними є і катодні зони, так як можливе

виникнення так званої катодної корозії із-за підвищення основності середо-

вища біля катодних ділянок. В цьому випадку має місце взаємодія свинцю і

алюмінію з утвореною основою. Це явище має велике значення при застосу-

ванні електрохімічних методів захисту кабелів зі свинцевою і алюмінієвою

бронею.

Величина протікаючи по підземних спорудах блукаючих струмів може

бути дуже велика. Поблизу електричних залізничних доріг величина блука-

ючого струму у трубопроводі досягала 200-300 А. В звичайних умовах для

підземних трубопроводів характерні блукаючі струми величиною 10-20 А. Так

як струм силою 1А на протязі року руйнує біля 9 кг заліза, 11 кг міді, 34 кг

свинцю, то цей вид корозії дуже небезпечний. Радіус дії блукаючих струмів, які

сходять в землю з рейок електрифікованих залізничних доріг, визначається

іноді десятками кілометрів.

Ґрунти з низьким опором особливо сприятливі для процесів електролізу, а

значить, і для корозії блукаючими струмами, які можуть виникнути не тільки в

землі, але і у звичайних розчинах електролітів. Так, на хімічних заводах в цехах

електролізу NaCl при наявності витоку струму спостерігається корозія труб і

ванн, яка викликається вказаними явищами.

1.4. Вплив мікроорганізмів.

Деякий вплив на процеси підземної корозії металів виявляють мікро-

організми, продукти життєдіяльності яких можуть в значній мірі прискорити

руйнування металічних конструкцій.

Процеси бактеріальної корозії можуть протікати в аеробних анаеробних

умовах. Найбільш характерні випадки посилення корозії залізних конструкцій

під впливом життєдіяльності бактерій спостерігаються в анаеробних умовах.

Мікроорганізми можуть безпосередньо впливати на катодні чи анодні

електрохімічні процеси, можуть змінювати фізико-хімічні властивості ґрунту, а

значить і його агресивність, а в деяких випадках можуть руйнувати захисні

покриття.

Відомо, що в анаеробних ґрунтових умовах бактерії можуть виробляти

сірководень, вуглекислоту, вуглеводні і ін. Життєдіяльність сульфато -

відновлюючих бактерій зв’язана з процесом відновлення сульфатних солей, які

містяться в ґрунті по реакції

SO42-S

2- + 2O2

При відновлені сульфатів у сульфіди виділяється вільний кисень, який

може стати катодним деполяризатором корозії заліза. Утворення H2S, а також

наявність іонів S2-

, сприяє також протіканню корозійного процесу з водневою

деполяризацією.

При анаеробній корозії заліза можуть протікати наступні реакції:

1. анодний процес

FeFe2+

+ 2e

2. біологічні процеси

SO42-S

2- + 2O2

2Н + 1/2О2Н2О

3. катодні процеси

О2 + 2Н2О+ 4е4ОН-

Н+ + еН

4. вторинні хімічні процеси

Fe2+

+ 2ОН- Fe(ОН)2

Fe2+

+ S2- FeS

Внаслідок виділення енергії при біологічному окислені катодноутворю-

ючого водню (а в кінцевому рахунку в результаті електрохімічного процесу

корозії заліза) бактерії одержують необхідні енергетичні можливості для свого

існування і, значить, для здійснення ендотермічної реакції відновлення

сульфатного іона. Тобто утворюється замкнене коло. Бактерії живляться

енергією катодного відновлення водню і витрачають її на відновлення сульфат-

іона.

Сульфатредуцуючим бактеріям приписують також виникнення точкової

корозії. Розмноження сульфатредуцуючих бактерій лише на окремих ділянках

металічних споруд в ґрунті може відбутися також у зв’язку з наявністю в ґрунті

залишків рослин, мішковини або інших матеріалів, що містять целюлозу.

В анаеробних умовах бактерії можуть утворювати метан шляхом

відновлення оксиду карбону(ІУ) по реакції

4Fe + 6H2O + CO24Fe(OH)2 + CH4

Цей процес протікає при рН від 5,2 до 8,7.

Певну роль можуть грати і марганцевовідновлюючі бактерії. В процесі

життєдіяльності вони поруч з азотом і вуглецем, поглинають іони Fe і Mn.

Продуктами їх життєдіяльності є відклади на поверхні металу пагорбків, які

складаються з гідроксидів заліза або мангану. Під такими пагорбками в

анаеробних умовах протікає корозія металів.

Значно меншу роль в біологічній корозії металів грають аеробні бактерії. З

цієї точки зору найбільший інтерес представляють сіркобактерії. В процесі

життєдіяльності вони окислюють H2S спочатку в S2, а потім в H2SO4 по

рівнянню

2H2S + O2 = 2H2O + S2

S2 + 2H2O + 3O2 = 2H2SO4

Утворена сульфатна кислота може викликати інтенсивну корозію стальних

трубопроводів. Ці бактерії розвиваються в кислому середовищі. Тому в умовах

експлуатації трубопроводів, ущільнених у місцях з’єднань в’яжучими

речовинами в склад яких входить сірка (сірчані цементи), є небезпека корозії

внаслідок мікробіологічного окислення.

Нарешті, є бактерії, які сприяють створенню концентраційних макро -

корозійних пар внаслідок утворення різних несуцільних плівок і шарів на

металічній поверхні. Застосовувані, наприклад, при захисті трубопроводів від

корозії різноманітні обгорткові матеріали на текстильній основі можуть

руйнуватися в результаті життєдіяльності гнилісних бактерій.

1.5. Корозія конструкційних металів і сплавів у ґрунті.

Характер корозії металів і сплавів в ґрунтових умовах відрізняється від

корозії в розчинах електролітів і в атмосферних умовах, оскільки процеси

підземної корозії металів в більшості випадків протікають при недостатній

аерації, а руйнування носить місцевий характер. Виразковий характер корозії,

наприклад підземних магістральних газопроводів можна пояснити різною

повітропроникністю ґрунту і чергуванням на трасі залягання конструкції

ґрунтів різного хімічного складу. При цьому роль мікро корозійних елементів

буде незначна, а корозійний ефект буде визначатися роботою протяжних

корозійних пар з великою поверхнею катодних ділянок і малою — анодних.

Дослідження показали також, що швидкість корозії підземних трубопроводів

залежить від їх діаметру і площі стикання їх з ґрунтом, і чим вони більші тим

інтенсивніше протікає корозійний процес, тим більша глибина виразок.

Швидкість підземної корозії в тих випадках, коли немає блукаючих струмів

залежить також від металу конструкції. Більшість технічних металів і сплавів

підлягають корозії майже у всіх ґрунтах.

В деяких ґрунтах чавун підлягає особливій формі корозії, яка спостеріга-

ється, головним чином, у багатих графітом сірих чавунів. В результаті такої

корозії будова чавуну стає рихлою (губчастою). Процес утворення цієї

губчастої будови полягає в тому, що ферит поступово майже цілком переходить

в розчин і врешті-решт деталь яка кородує, складається тільки з вуглецевого

скелета (графіт і трохи цементиту), простір всередині якого заповнений замість

зерен фериту рихлими продуктами корозії. Механічна міцність такої деталі

незначна.

Корозійна стійкість вуглецевих і низьколегованих сталей, а також чавунів в

різних ґрунтах приблизно однакова. Середня знаходиться в межах 0,2-0,4

мм/рік, максимальна може досягати в особливо агресивних ґрунтах 1-2 мм/рік.

Мідисті сталі (добавка Cu порядку 0,2-2%) в ґрунтових умовах не показали

підвищеної стійкості.

Високолеговані сталі (хромисті і хромонікелеві) підлягають точковій

корозії, але в деяких ґрунтах вони руйнуються повільніше, ніж вуглецеві сталі.

А коли хрому і нікелю ввести, відповідно, більше 18 і 9% то корозія не

спостерігається і в дуже агресивних ґрунтах.

Мідь і мідні сплави в більшості випадків кородують в ґрунтах значно

повільніше, ніж вуглецеві сталі. Швидкість їх тільки збільшується в ґрунтах, які

містять сполуки аміаку, а також сірчисті і хлористі сполуки.

Свинець кородує більше як мідь. Так як він широко застосовується в

підземних кабелях, його корозійну стійкість розглянемо детальніше. Корозія

свинцю і його сплавів залежить, в основному, від рН середовища, причому

небезпечні як низькі, так і високі значення рН, тобто як кислі, так і основні

ґрунти. Сульфати безпечні для свинцю, так як PbSO4, який утворюється мало

розчинний у воді. Корозію свинцю збільшує СО2, який розчиняє карбонатну

плівку на свинці з утворенням, розчинного у воді, бікарбонату свинцю.

Свинець і його сплави приблизно у 4-5 раз більш стійкі в ґрунтах, ніж

вуглецева сталь, за виключенням ґрунтів, багатих органічними речовинами.

Органічні кислоти і феноли, які утворюються в ґрунті в процесі життє -

діяльності мікроорганізмів, посилюють корозію свинцю.

Цинк підлягає корозії в більшості ґрунтів. В ґрунтах з кислою реакцією він

непридатний. Однак цинкові покриття по сталі, в порівнянні з іншими

металічними покриттями, є більш ефективні в ґрунтових умовах, так як крім

механічного захисту, вони захищають конструкцію електрохімічно.

Мідно цинкові сплави тим більше підлягають корозії, чим більше в них

цинку. Латуні з високим вмістом цинку в умовах підземної корозії схильні до

обезцинкуванню. Цей вид корозії можна попередити введення в латунь біля

0,09% As.

Алюміній широко застосовують в якості оболонок підземних кабелів.

Стійкість алюмінію і його сплавів у звичайних ґрунтах, головним чином в

сухих піщаних ґрунтах, досить висока. Лужне середовище шкідливе для

алюмінію, так як воно руйнує захисні плівки, утворені на поверхні. Однак вже

при рН = 1011 швидкість корозії різко зменшується. В широкій області від рН

= 1011 до рН = 45 швидкість корозії алюмінію майже не міняється. При

нейтральних значеннях рН алюміній іноді піддається місцевій корозії. Різні

домішки в сплавах алюмінію часто збільшують їх корозію. Всі алюмінієві

сплави, навіть, так звані, корозійностійкі, менш стійкі, ніж чистий алюміній.

Виключення складають сплави з магнієм, більш стійким у лужному

середовищі. Нестійкість алюмінію і його сплавів у лужних середовищах сильно

утруднює застосування для них електричних методів захисту із-за утворення

високої основності.

1.6. Методи захисту металів від підземної корозії.

До числа основних методів захисту від підземної корозії відносяться:

1. Вибір корозійностійких металів і сплавів;

2. Ізолювання металічної поверхні антикорозійними покриттями (металічні,

силікатні, пластмасові, лакофарбові і ін.);

3. Обробка корозійного середовища (застосування сповільнювачів корозії,

засипка траншей інертними речовинами і ін.);

4. Електрохімічний захист (захист накладеним ззовні струмом, протекторний

захист, електродренаж і ін.);

Перший метод мало застосовується. Високолеговані сталі і деякі кольорові

метали невигідно застосовувати по економічних причинах. Застосування

чорних металів без захисту не дало позитивних результатів.

Самий поширений метод захисту — нанесення покрить на поверхню

металу. Захисні покриття повинні бути водонепроникними, хімічно стійкими,

мати добру адгезію до металу, механічно міцними, стабільними за час пере-

бування в ґрунті, діелектричними і т.п. Крім того вони повинні бути якісними,

так як корозійний процес концентрується в несу цільностях покрить і корозія

носить місцевий характер. Металічні покриття для захисту від підземної корозії

застосовуються дуже обмежено, внаслідок їх пористості. Відомі тільки випадки

гарячої оцинковки труб невеликих діаметрів. Використання для захисту

підземних споруд лакофарбових покрить часто неефективне (спостерігається

відшарування плівки, старіння). Цей спосіб захисту добре застосовувати разом

з електрохімічним захистом.

Для захисту підземних трубопроводів використовують обкладки з липких

поліхлорвінілових і поліетиленових стрічок, товщина обкладки не 0,5 мм.

Найбільше розповсюджені різноманітні нафтобітумні захисні покриття з

мінеральними наповнювачами в комбінації з обкладками.

Для захисту трубопроводів ґрунт, для зниження його агресивних

властивостей, обробляють різними речовинами (кислі ґрунти вапнують,

заливають цементом і т.п.).

Для збільшення однорідності ґрунту, який безпосередньо прилягає до

металу застосовують спеціальні засипки, які попереджують можливість

виникнення місцевих корозійних елементів. Для захисту від мікроорганізмів

вводять різні отрути, які зупиняють або обмежують життєдіяльність

мікроорганізмів.

Застосовують також катодний захист (протектори або потенціостати).

1.7. Морська вода, як корозійний електроліт.

Особливість морської води, як корозійного середовища визначається в

першу чергу вмістом в ній солей. Склад води і загальна солоність світового

океану досить постійна. Солоність і склад води внутрішніх морів можуть мати

дуже великі коливання Деякі дані загальної солоності різних морів і океанів

представлені в табл.

Таблиця

Солоність морів і океанів

Назва водойми Загальна солоність,%

Атлантичний океан 3,54

Тихий океан 3,49

Середземне море 3,7-3,9

Червоне море До 4,1

Чорне море 1,7

Азовське море 0,9-1,2

Звичайна річкова вода 0,01-0,03

Склад сольового залишку в морській воді доволі постійний для океанів і

більшості відкритих морів. Найбільш типовий склад сольового залишку

морської води у відношенні основних її компонентів (табл. )

Таблиця

Типовий склад сольового залишку морської води

Cіль % Сіль %

NaCl 77,8 K2SO4 2,5

MgCl2 10,9 CaCO3 0,3

MgSO4 4,7 MgBr2 0,2

CaSO4 3,6

Іонний склад морської води

Аніони Cl-

SO42-

HCO3-

Br-

F-

H3BO3

% від суми сольового

складу

55,04 7,68 0,41 0,19 0,004 0,07

Катіони Na+

Mg2+

Ca2+

K+

Sr2+

% від суми сольового

складу

30,61 3,69 1,16 1,10 0,04

В розчиненому стані завжди присутні характерні для повітря гази: N2, O2,

CO2, інертні гази і ін.

Крім основних катіонів (Na+, Mg

2+, Ca

2+, K

+) і аніонів (Cl

-, SO4

2-, HCO3

-, Br

-,

F-), в корозійному відношенні можуть мати деяке значення і інші складові

морської води, які містяться в далеко менших кількостях, такі як озон, вільні

йод і бром (сильні катодні деполяризатори і прискорювачі корозії), сполуки

кремнієвої кислоти (можливі сповільнювачі корозії). Крім того, морська вода

містить в незначних кількостях ряд інших елементів, які несуттєво впливають

на корозію металів і сплавів.

Загальний високий вміст добре дисоційованих солей робить морську воду

електролітом з високою електропровідністю. Питома електропровідність

морської води складає біля 2,5 – 3,010-2

1/ом см (для загальної солоності 2-

3%).

Високий вміст Cl—

іонів надає морській воді підвищену корозійну актив-

ність по відношенню до більшості сучасних конструкційних металів. Напри-

клад, встановлення пасивного стану для заліза, чавуну, низьколегованих і

середньолегованих сталей є неможливим у морській воді. Навіть для високо-

легованих хромом сталей пасивний стан у морській воді є не зовсім стійким із-

за чого можлива поява піттінгової корозії.

Внаслідок великої площі стикання поверхні моря з повітрям, постійного

механічного перемішування (хвилювання моря), а також внаслідок енергійної

природної конвекції морська вода до значної глибини, як правило, добре

аерована і може у верхніх шарах, виключаючи особливі випадки, рахуватися

насиченою киснем, що приблизно відповідає вмісту останнього біля 8 мг/л або

0,001 нормальності.

Нейтральний характер морської води (рН коливається в межах 7,2-8,6) і

велика кількість кисню визначають характер механізму корозії більшості

конструкційних металів і сплавів у морській воді. За виключенням магнію і

його сплавів, всі конструкційні метали кородують в морській воді з кисневою

деполяризацією. В деяких більш рідких випадках, як наприклад глибини

Чорного моря, морська вода може містити значні кількості сірководню при

майже повній відсутності кисню. В цьому випадку значна корозійна активність

морської води повинна пояснюватися вже помітним зростанням ролі водневої

деполяризації (із-за деякого підкислення середовища, зниження перенапруги

процесу катодного виділення водню, а також полегшення анодної деполяризації

за рахунок утворення FeS.

1.8. Основні особливості електрохімічних процесів морської корозії.

Основні особливості електрохімічних процесів морської корозії можна

представити наступним чином:

1. Процеси корозії в морській воді для більшості металів (наприклад, залізо,

чавун, сталь, цинк, кадмій і ін.) характерні малим анодним гальмуванням і

внаслідок цього високою швидкістю корозії. По цій причині можливості

боротьби з корозією сплавів на основі заліза в морській воді шляхом

підвищення анодного гальмування дуже обмежені. Навіть перехід на

виготовлення деталей, конструкцій і споруд з нержавіючих сталей не

гарантує від корозії: ці матеріали можуть руйнуватися в морській воді за

рахунок розвитку піттінгової корозії. Підвищення стійкості може досягатися

тільки за рахунок легування сталей компонентами, які підвищують стійкість

пасивної плівки по відношенню до хлор-іону, наприклад присадками

молібдену. Значне зниження швидкості корозії сплавів в морській воді

можна чекати тільки при умові створення нових конструкційних металів і

сплавів, які характеризуються стійким станом в розчинах, що містять хлор-

іони, наприклад сплавів на основі титану, цирконію, танталу, ніобію і ін.

2. Швидкість корозії заліза, чавуну і сталі в морській воді майже цілком

визначається катодним гальмуванням. При спокійному стані, або помірній

швидкості руху морської води катодний процес контролюється швидкістю

доставки кисню до кородуючої поверхні. Це пояснює порівняно малий

вплив легуючих добавок і складу низьколегованих сталей на швидкість

корозії в морській воді.

3. Внаслідок малого омічного гальмування (висока електропровідність

морської води) для корозії в морській воді характерна також велика

активність не тільки мікропар (наприклад мікроструктурних включень, пор в

захисній плівці), але і макропар. Однак на відміну від ґрунтової корозії для

морських умов більш суттєве значення набуває робота корозійних пар, які

утворюються за рахунок контактів різнорідних металів і наявності на

поверхні сталі ділянок з не знятою окалиною.

4. Корозійні пари, які виникають за рахунок неоднакової аерації, на відміну від

умов підземної корозії не мають при морській корозії основного значення

внаслідок трудності анодної пасивації заліза у морській воді.

1.9. Роль географічного фактору.

Вплив географічного фактору на швидкість корозії металів у морській воді,

тобто різниця у характері складу і солоності води, її температури і інших умов,

які визначаються місце розміщенням даної акваторії, як правило, не дуже

значне. Швидкість корозії металів в різних морських водоймах, як правило, не

дуже сильно відрізняється. Невеликі зміни швидкості корозії металів, які

спостерігаються, обумовлені головним чином температурним фактором,

біологічними причинами і в деяких випадках помітним відхиленням від

звичайного складу морської води (наприклад наявність у воді H2S, або інших

активних домішок. Значення географічного фактору на швидкість корозії

низько вуглецевих сталей в морській воді представлено в табл.

Таблиця

Корозія низько вуглецевих сталей при повному занурені у морську воду.

Місцеположення станції Ксер, мм/рік Кмакс.виразок, мм/рік

Гавр (Франція) 0,11 0,80

Байон (США) 0,10 0,58

Галіфакс (Канада) 0,12 0,13

Окленд (Нова Зеландія) 0,07 0,07

Як видно з таблиці, швидкість корозії низько вуглецевої сталі в різних

районах світового океану відрізняється небагато, максимум у 1,5 рази. З таблиці

також видно, що в умовах морської корозії спостерігається помітне місцеве

роз’їдання, так як максимальна глибина виразок майже у 5-8 разів

перевищували середню величину глибинного показника швидкості корозії.

1.10. Вплив біологічного фактору.

Обростання металів мікроорганізмами має великий вплив на характер і

розвиток корозійних процесів. Негативний вплив обростання складається з

наступних факторів:

1. У випадку несуцільності обростання корозійний процес буде протікати

більш локалізовано, так як будуть збільшені можливості дифузійного

підводу кисню на ділянках, які не підлягають обростанню і стане утруд-

нюватися анодний процес роз’їдання оброслих зон.

2. Можливе посилення корозії внаслідок додаткової зміни складу води без-

посередньо біля обростаючих організмів (наприклад постачання приляга-

ючих до металу шарів води киснем за рахунок діяльності рослинних

організмів, які містять хлорофіл), підкислення води внаслідок виділення

вуглекислоти в результаті життєдіяльності зоообростаючих організмів, а

також іноді по причині можливого утворення H2S при розкладі відмираючих

організмів.

3. Деякі обростаючі організми (наприклад, морські жолуді) здатні проникати

під захисне лакофарбове покриття і руйнувати його: встановлена можли-

вість проникнення обростаючих організмів навіть через 8-ми шарове бітумне

покриття.

4. У ряді випадків руйнування захисного покриття може відбутися навіть у

тому випадку, якщо не відбувається безпосередньої дії на нього оброста-

ючих організмів. Це зв’язано з виникненням більш міцного зчеплення

обростаючих організмів з захисним покриттям, ніж зчеплення останнього з

металом. В цьому випадку при всяких механічних навантаженнях,

наприклад при ударі хвиль, шар обростання буде видалятися разом з

захисним покриттям.

Можливий позитивний вплив обростання на корозійну поведінку металу

визначається його захисною покриваючою дією обростаючих організмів. Так,

наприклад, корозія стальних зразків без покрить в Чорному морі мала

швидкість 0,09-0,13 мм/рік, а зразків з наростами—0,03-0,06 мм/рік.

Різні метали і сплави з неоднаковою швидкістю обростають організмами в

морській воді. Найменш обростаючою є мідь і її сплави, бо іони міді токсичні

для обростаючих організмів. Цинк і магній можуть не обростати при значній

швидкості власної корозії (наприклад при застосуванні їх у вигляді протек-

торів). Тут велика швидкість обновлення поверхні не дає закріпитися

обростаючим організмам і вони безперервно видаляються з поверхні разом з

руйнуючим металом.

Найбільш обростаючим є алюміній і його сплави, всі сталі, як нелеговані,

так і низьколеговані і навіть нержавіючі, а також корозійностійкі сплави на

нікелевій основі і навіть олово, свинець і їх сплави.

1.11. Вплив швидкості руху морської води на процес корозії металів.

Так як морська корозія проходить з кисневою деполяризацією і переважно

з дифузійним контролем доставки кисню до катодів кородуючої поверхні, то

очевидно, що перемішування або збільшення швидкості руху морської води

буде одним з основних факторів прискорення корозійного процесу.

Для морської води при збільшенні швидкості її течії, пасивність сталі не

наступає. При ще більшій швидкості виникає явище корозійної ерозії, а потім і

корозійної кавітації.

1.12. Контактна корозія.

Металічний контакт різнорідних металів в умовах знаходження їх в

морській воді приводить до більш сильної корозії електронегативного металу.

Корозія більш позитивного металу в контакті навпаки буде понижуватися

(явище електрохімічного захисту). Висновок про полярність сполучених

металів можна зробити на основі співставлення електродних стаціонарних

потенціалів цих металів у морській воді (див. табл. ).

Таблиця

Значення електродних стаціонарних потенціалів у морській воді

Метал або сплав Ест., В Метал або сплав Ест., В

Mg -1,45 Ni -0,12

Zn -0,80 Бронза (5-10% Al) -0,10

Al -0,53 Cu -0,08

Fe -0,50 Нержавіюча сталь Х13

(пасивний стан)

+0,03

Вуглецева сталь -0,40 Ni (пасивний стан) +0,05

Сірий чавун -0,36 Нержавіюча сталь Х17

(пасивний стан)

+0,10

Нержавіюча сталь Х13 і

Х17 (активний стан)

-0,32

Нержавіюча сталь

Х18Н9 (пасивний стан)

+0,20

Нержавіюча сталь

Х18Н9 (активний стан)

-0,30

Ag +0,12+0,20

Pb -0,30 Ti +0,15+0,20

Латунь (40% Zn) -0,20 Pt +0,40

Кожний попередній метал цієї таблиці буде в морській воді працювати

анодом по відношенню до любого послідуючого металу, який буде працювати

катодом такої пари.

Швидкість контактної корозії вуглецевої сталі в залежності від швидкості

руху морської води представлені в табл.

Таблиця

Швидкість контактної корозії вуглецевої сталі в залежності від швидкості

руху морської води.

Пара

Швидкість морської води

0,15 м/с 2,4 м/с

Швидкість корозії, мг/дм2 добу, К

Сталь-сталь 60 170

Сталь-Х18Н9 141 195

Сталь-титан 139 224

Сталь-мідь 119 525

Сталь-нікель 117 607

1.13. Вплив характеру стикання металу з морською водою

В залежності від умов стикання металу з морською водою швидкість і

характер корозійної дії можуть сильно відрізнятися. Наприклад, інтенсивність

корозійного руйнування металічної конструкції буде залежати від глибини її

занурення у морську воду. Найбільша інтенсивність корозії зразка зануреного в

морську воду, спостерігається дещо вище рівня ватерлінії, в зоні капілярного

підняття води. Для морських реальних конструкцій ділянка максимальної

корозії знаходиться в зоні найбільш частого зрошення поверхні при набіганні

хвилі, на верхньому рівні припливу або обприскування. Швидкість корозії в

зоні припливу або хвилі в 3-5 раз більша, ніж в зоні повного занурення.

В цих умовах одночасно діє декілька прискорюючих факторів:

- достатнє і періодично часто відновлююче зволоження поверхні;

- максимально можливі швидкості дифузії кисню через тонкі шари вологи;

- чисто механічна дія припливних хвиль, безперервно руйнуючих шари

продуктів корозії, які після деякого потовщення могли би чинити певну

захисну дію.

При поглибленні під ватерлінією швидкість корозії знижується. Однак

пропорційного зменшення швидкості корозії з глибиною не спостерігається.

Навіть при порівняно великих глибинах швидкість корозії не дуже набагато

менша, ніж на глибині 2-3 м нижче рівня води. Це відбувається тому, що

доставка кисню в товщу води йде не за рахунок повільного дифузійного

процесу, а більш швидким шляхом за рахунок механічного перемішування води

(хвилювання, течії), а також дякуючи природній конвекції внаслідок опускання

вниз верхніх шарів, які поступово стають більш тяжкими із-за випаровування,

що призводить до збільшення концентрації солей і їх охолодження. Згідно

деяких досліджень

- корозія при повному занурені становить 0,18 г/м2 год.

- в зоні хвиль і обприскування 0,5 г/м2 год.

- в зоні недосяжній для хвиль і обприскування 0,01-0,05 г/м2 год.

Другорядні складові морської води можуть мати доволі суттєве значення.

Кремнекислі сполуки і вуглекислий кальцій дають осади на металі, які можуть

захищати метал від корозії. Йод і бром навіть при дуже малому вмісті їх у

морській воді можуть грати роль додаткових катодних деполяризаторів і

прискорювати корозію металів. Сірководень в придонній області може нега-

тивно впливати на корозійну стійкість металів, підкислюючи морську воду і

зв’язуючи іони металів у важкорозчинні сульфіди, тобто полегшуючи проті-

кання катодного і анодного електродних процесів електрохімічної корозії.

Прокатна окалина на сталі в морській воді грає роль ефективного катоду, що

може збільшити корозію металів в десятки разів. Таку ж роль катодів можуть

грати пофарбовані ділянки металу по відношенню до не пофарбованих ділянок.

Зазори і щілини виявляють дуже негативну дію на довговічність стальної

конструкції, так як в них, внаслідок поганої аерації, посилено протікає анодний

процес розчинення металу.

Електрокорозія суден і морських споруд при проходженні електричного

струму через їх підводну частину буває обумовлена двома причинами:

1. неправильними схемами споживання споживачами електричного струму;

2. наявністю в районі стоянки судна або розміщення підводної металічної

конструкції блукаючих струмів (робота поблизу морського берега рейкового

електротранспорту і т.п.).

Про корозію чорних металів в морській воді ми вже говорили. Легування

сталей більш благородними металами мало впиває на їх корозійну стійкість із-

за наявності хлоридів. Тільки добавка молібдену може покращити корозійну

стійкість нержавіючих сталей.

Корозійна стійкість міді в значній мірі визначається позитивним значенням

її рівноважного електродного потенціалу (термодинамічною стійкістю), а для її

сплавів в деякій мірі також схильністю до пасивації. Швидкість корозії чистої

міді при постійному занурені складає 0,02-0,07 мм/рік, а при перемінному

занурені—0,02-0,1 мм/рік, тобто приблизно можна рахувати, що стійкість міді

при постійному занурені у 2-5 раз вища ніж простої сталі. При перемінному

занурені перевага міді робиться ще більш помітною. Латуні найбільш стійкі в

морській воді при вмісті міді в них порядку 70%. Склад часто застосовуваної

морської (адміралтейської) латуні 70%Cu, 29%Zn і 1%Sn. Латуні з більш

високим вмістом міді схильні до виразкової корозії і роз’їданню по ватерлінії, з

меншим вмістом міді — до обезцинкування.

З алюмінієвих конструкційних сплавів найбільше застосування в морських

умовах находять литі сплави на основі системи Al-Si (силуміни), Al-Mg

(магналії) і Al-Mn. Ці сплави володіють достатньою корозійною стійкістю при

умові додаткового захисту лакофарбовими покриттями.

Магній і магнієві сплави по причині їх підвищеної активності в середо-

вищах, що містять хлор-іони, як правило, не застосовуються в якості

конструкційних матеріалів в морських умовах. Застосовуються протектори з

магнієвих сплавів.

Цинк і цинкові сплави майже не знаходять самостійного застосування для

морських конструкцій. Цинк застосовується в якості захисних покрить.

Титан і його сплави володіють абсолютною корозійною стійкістю в

морських умовах

1.14. Способи захисту металів від корозії в морській воді.

До найбільш розповсюджених способів захисту металів і сплавів від

корозії в морській воді відносяться:

1. Видалення прокатної окалини зі стального листа хімічним травленням,

піскоструминною очисткою або полум’ям.

2. Застосування лакофарбових покрить на вініловій, фенолформальдегідній,

кам’яновугільній, бітумній основі. Для підготовки металічної поверхні під

покриття застосовують холодне фосфатування. Підводну частину морських

суден додатково покривають необростаючими фарбами, в склад яких

входять речовини токсичні для морських організмів такі як оксид міді, оксид

ртуті і ін. Використовують також металічні покриття, в першу чергу цинкові,

товщина яких повинна бути порядку 150-200 мкм. Алюмінієві сплави

охороняють від корозії в морській воді оксидуванням.

3. Застосування електрохімічного захисту (протекторний і від зовнішнього

джерела постійного струму) в комбінації з захисними покриттями, або як

самостійний засіб захисту від корозії.

4. Раціональне конструювання, наприклад рівномірний розподіл напруг в

конструкції, виведення відповідальних елементів з зони періодичного

змочування, усунення контактної корозії.

5. Електрокорозію морських суден і споруд можна попередити застосуванням

схем живлення струмом, які виключають електрокорозію і дренуванням.

Висновки.

1. Руйнування металічних конструкцій і споруд, які знаходяться у землі або

ґрунтах (шарах, які лежать під землею і не містять органічних речовин),

називають підземною корозією.

2. Швидкість підземної корозії визначається головним чином її водо- і

повітре- проникливістю, омічним опором землі, складом ґрунтових вод,

температурою і ін. Великий вплив на підземну корозію мають блукаючі

струми і дія мікроорганізмів; швидкість корозії металічних споруд у землі

при цьому значно збільшується. Підземні споруди кородують також, якщо

на їх металічній поверхні є прокатна окалина, так як в окремих випадках,

різниця потенціалів між металом окалини і основним металом може

досягати 0,45 В.

3. Підземна корозія проявляється у вигляді виразок, каверн, часто наскрізних.

Тому небезпечність підземної корозії полягає не у втраті металу, а в

можливості аварій установок, трубопроводів і споруд.

4. Ґрунт має неоднорідну будову. В зв’язку з цим швидкість корозії в ґрунті

визначається виникненням мікроелементів не тільки внаслідок неоднорід-

ності металічної конструкції, але в далеко більшій мірі із-за неоднорідності

структури і складу самого ґрунту. Внаслідок неоднорідності структури

окремі зони ґрунту мають різну проникливість повітря. Повітропро-

никність ґрунту виявляє великий вплив на розвиток корозійних процесів,

так як останні протікають з кисневою деполяризацією.

5. В ґрунті майже немає механічного перемішування і природної конвекції

твердих частинок, тому ґрунт можна розглядати як нерухомий електроліт по

відношенню до поверхні металічної конструкції.

6. Пори ґрунту заповнені повітрям і вологою. Вода у ґрунті може мати різні

форми зв’язку: фізико-механічну (вода в порах або у вигляді поверхневих

плівок на стінках пор); хімічну (утворення гідратованих сполук); фізико-

хімічну (вода у вигляді адсорбційної плівки, колоїдних сполук). Форма

зв’язку води і визначає корозійні властивості ґрунту.

7. Ґрунт представляє собою складну систему, яка складається з твердих,

рідких і газоподібних речовин. Тверда речовина складає основну частину

ґрунту і хоча вона безпосередньо не впливає на електрохімічний корозійний

процес, але в залежності від характеру його мінеральної і органічної

складових і розмірів їх частинок складаються певні умови для доступу до

металічної конструкції водного розчину і повітря.

8. Найбільш важливими іонами, які знаходяться в ґрунтах і впливають на

швидкість корозійного процесу є Cl-, NO3

-, SO4

2-, HCO3

-, Ca

2+, Mg

2+, K

+, Na

+.

Органічні сполуки, особливо феноли і органічні кислоти, які утворюються в

ґрунті в результаті бактеріальних процесів, посилюють корозію.

9. Частини металічної конструкції, прокладені в більш щільному ґрунті,

служать анодами в концентраційному елементі, що утворюється внаслідок

нерівномірного доступу повітря; анодні ділянки руйнуються, якщо поряд

знаходиться більш рихлий ґрунт, який забезпечує більш легкий доступ

повітря для деполяризації катоду.

10. Вологість є суттєвим фактором ґрунтової корозії металів. Для того щоб

електрохімічний корозійний процес міг протікати без перешкод, необхідний

певний мінімум води. Якщо ґрунт сухий, корозія не має місця, так як

відсутній електроліт.

11. Підвищення вологості ґрунтів до 20% викликає збільшення швидкості

корозії, так як при цьому зменшується омічний опір виникаючих корозійних

елементів. При вологості ґрунтів порядку 15-25% спостерігається

максимальна швидкість корозійного процесу. Після вказаного значення

критичної вологості наступає таке насичення ґрунту водою, при якому вона

утворює суцільний шар, який утруднює поступлення кисню до металу. В

результаті цього корозія металу різко сповільнюється.

12. Особливо велику небезпеку для підземних металічних споруд представ-

ляють блукаючі струми, які відгалужуються від рейкових шляхів трамваїв і

електричних залізних доріг, в яких рейки використовують в якості

зворотного проводу для струмів. Виникнення блукаючих струмів може мати

місце і в умовах заземлення однопровідних ліній електропередачі і

заземлення різних промислових установок.

13. Корозія, яка викликається блукаючими струмами, має особливе значення в

тих випадках. коли цей процес постійний. Змінні блукаючі струми пред-

ставляють меншу небезпеку. Таким чином, небезпека виникнення

блукаючих струмів спостерігається і при проведенні електрозварювальних

робіт постійним струмом, при використанні установок катодного захисту і

ін. На хімічних заводах дії блукаючих струмів може підлягати апаратура

електролізних цехів і т.п. В цехах електролізу технологічний процес

зв’язаний зі споживанням постійного струму силою в декілька тисяч ампер

і корозія блукаючими струмами може бути дуже значною.

14. Процеси бактеріальної корозії можуть протікати в аеробних анаеробних

умовах. Найбільш характерні випадки посилення корозії залізних

конструкцій під впливом життєдіяльності бактерій спостерігаються в

анаеробних умовах. Мікроорганізми можуть безпосередньо впливати на

катодні чи анодні електрохімічні процеси, можуть змінювати фізико-хімічні

властивості ґрунту, а значить і його агресивність, а в деяких випадках

можуть руйнувати захисні покриття.

15. Характер корозії металів і сплавів в ґрунтових умовах відрізняється від

корозії в розчинах електролітів і в атмосферних умовах, оскільки процеси

підземної корозії металів в більшості випадків протікають при недостатній

аерації, а руйнування носить місцевий характер. Виразковий характер

корозії, наприклад підземних магістральних газопроводів можна пояснити

різною повітропроникністю ґрунту і чергуванням на трасі залягання

конструкції ґрунтів різного хімічного складу. При цьому роль мікро

корозійних елементів буде незначна, а корозійний ефект буде визначатися

роботою протяжних корозійних пар з великою поверхнею катодних ділянок

і малою — анодних. Дослідження показали також, що швидкість корозії

підземних трубопроводів залежить від їх діаметру і площі стикання їх з

ґрунтом, і чим вони більші тим інтенсивніше протікає корозійний процес,

тим більша глибина виразок.

16. Швидкість підземної корозії в тих випадках, коли немає блукаючих струмів

залежить також від металу конструкції. Більшість технічних металів і

сплавів підлягають корозії майже у всіх ґрунтах.

17. Високолеговані сталі і деякі кольорові метали невигідно застосовувати по

економічних причин.

18. Самий поширений метод захисту — нанесення покрить на поверхню

металу. Захисні покриття повинні бути водонепроникними, хімічно

стійкими, мати добру адгезію до металу, механічно міцними, стабільними за

час перебування в ґрунті, діелектричними і т.п. Крім того вони повинні бути

якісними, так як корозійний процес концентрується в несуцільностях

покрить і корозія носить місцевий характер. Металічні покриття для захисту

від підземної корозії застосовуються дуже обмежено, внаслідок їх

пористості. Відомі тільки випадки гарячої оцинковки труб невеликих

діаметрів. Використання для захисту підземних споруд лакофарбових

покрить часто неефективне (спостерігається відшарування плівки, старіння).

Цей спосіб захисту добре застосовувати разом з електрохімічним захистом.

19. Особливість морської води, як корозійного середовища визначається в

першу чергу вмістом в ній солей. Склад води і загальна солоність світового

океану досить постійна. Солоність і склад води внутрішніх морів можуть

мати дуже великі коливання. В морській воді в розчиненому стані завжди

присутні характерні для повітря гази: N2, O2, CO2, інертні гази і ін. Крім

основних катіонів (Na+, Mg

2+, Ca

2+, K

+) і аніонів (Cl

-, SO4

2-, HCO3

-, Br

-, F

-), в

корозійному відношенні можуть мати деяке значення і інші складові

морської води, які містяться в далеко менших кількостях, такі як озон,

вільні йод і бром (сильні катодні деполяризатори і прискорювачі корозії),

сполуки кремнієвої кислоти (можливі сповільнювачі корозії). Крім того,

морська вода містить в незначних кількостях ряд інших елементів, які

несуттєво впливають на корозію металів і сплавів.

20. Загальний високий вміст добре дисоційованих солей робить морську воду

електролітом з високою електропровідністю. Питома електропровідність

морської води складає біля 2,5 – 3,010-2

1/ом см (для загальної солоності 2-

3%).

21. Високий вміст Cl—

іонів надає морській воді підвищену корозійну актив-

ність по відношенню до більшості сучасних конструкційних металів.

Наприклад, встановлення пасивного стану для заліза, чавуну,

низьколегованих і середньолегованих сталей є неможливим у морській воді.

Навіть для високолегованих хромом сталей пасивний стан у морській воді є

не зовсім стійким із-за чого можлива поява піттінгової корозії.

22. Внаслідок великої площі стикання поверхні моря з повітрям, постійного

механічного перемішування (хвилювання моря), а також внаслідок

енергійної природної конвекції морська вода до значної глибини, як

правило, добре аерована і може у верхніх шарах, виключаючи особливі

випадки, рахуватися насиченою киснем, що приблизно відповідає вмісту

останнього біля 8 мг/л або 0,001 нормальності.

23. Нейтральний характер морської води (рН коливається в межах 7,2-8,6) і

велика кількість кисню визначають характер механізму корозії більшості

конструкційних металів і сплавів у морській воді. За виключенням магнію і

його сплавів, всі конструкційні метали кородують в морській воді з

кисневою деполяризацією.

24. Процеси корозії в морській воді для більшості металів (наприклад, залізо,

чавун, сталь, цинк, кадмій і ін.) характерні малим анодним гальмуванням і

внаслідок цього високою швидкістю корозії. По цій причині можливості

боротьби з корозією сплавів на основі заліза в морській воді шляхом

підвищення анодного гальмування дуже обмежені. Навіть перехід на

виготовлення деталей, конструкцій і споруд з нержавіючих сталей не

гарантує від корозії: ці матеріали можуть руйнуватися в морській воді за

рахунок розвитку піттінгової корозії. Підвищення стійкості може досягатися

тільки за рахунок легування сталей компонентами, які підвищують стійкість

пасивної плівки по відношенню до хлор-іону, наприклад присадками

молібдену. Значне зниження швидкості корозії сплавів в морській воді

можна чекати тільки при умові створення нових конструкційних металів і

сплавів, які характеризуються стійким станом в розчинах, що містять хлор-

іони, наприклад сплавів на основі титану, цирконію, танталу, ніобію і ін.

25. Швидкість корозії заліза, чавуну і сталі в морській воді майже цілком

визначається катодним гальмуванням. При спокійному стані, або помірній

швидкості руху морської води катодний процес контролюється швидкістю

доставки кисню до кородуючої поверхні. Це пояснює порівняно малий

вплив легуючих добавок і складу низьколегованих сталей на швидкість

корозії в морській воді.

26. Внаслідок малого омічного гальмування (висока електропровідність

морської води) для корозії в морській воді характерна також велика

активність не тільки мікропар (наприклад мікроструктурних включень, пор

в захисній плівці), але і макропар. Однак на відміну від ґрунтової корозії для

морських умов більш суттєве значення набуває робота корозійних пар, які

утворюються за рахунок контактів різнорідних металів і наявності на

поверхні сталі ділянок з не знятою окалиною.

27. Корозійні пари, які виникають за рахунок неоднакової аерації, на відміну

від умов підземної корозії не мають при морській корозії основного

значення внаслідок трудності анодної пасивації заліза у морській воді.

28. Вплив географічного фактору на швидкість корозії металів у морській воді,

тобто різниця у характері складу і солоності води, її температури і інших

умов, які визначаються місце розміщенням даної акваторії, як правило, не

дуже значне. Швидкість корозії металів в різних морських водоймах, як

правило, не дуже сильно відрізняється. Невеликі зміни швидкості корозії

металів, які спостерігаються, обумовлені головним чином температурним

фактором, біологічними причинами і в деяких випадках помітним

відхиленням від звичайного складу морської води (наприклад наявність у

воді H2S, або інших активних домішок.

29. Різні метали і сплави з неоднаковою швидкістю обростають організмами в

морській воді. Найменш обростаючою є мідь і її сплави, бо іони міді

токсичні для обростаючих організмів. Цинк і магній можуть не обростати

при значній швидкості власної корозії (наприклад при застосуванні їх у

вигляді протекторів). Тут велика швидкість обновлення поверхні не дає

закріпитися обростаючим організмам і вони безперервно видаляються з

поверхні разом з руйнуючим металом.

30. Найбільш обростаючим є алюміній і його сплави, всі сталі, як нелеговані,

так і низьколеговані і навіть нержавіючі, а також корозійностійкі сплави на

нікелевій основі і навіть олово, свинець і їх сплави.

31. Так як морська корозія проходить з кисневою деполяризацією і переважно з

дифузійним контролем доставки кисню до катодів кородуючої поверхні, то

очевидно, що перемішування або збільшення швидкості руху морської води

буде одним з основних факторів прискорення корозійного процесу. Для

морської води при збільшенні швидкості її течії, пасивність сталі не

наступає. При ще більшій швидкості виникає явище корозійної ерозії, а

потім і корозійної кавітації.

32. . В залежності від умов стикання металу з морською водою швидкість і

характер корозійної дії можуть сильно відрізнятися. Наприклад,

інтенсивність корозійного руйнування металічної конструкції буде залежати

від глибини її занурення у морську воду. Найбільша інтенсивність корозії

зразка зануреного в морську воду, спостерігається дещо вище рівня

ватерлінії, в зоні капілярного підняття води. Для морських реальних

конструкцій ділянка максимальної корозії знаходиться в зоні найбільш

частого зрошення поверхні при набіганні хвилі, на верхньому рівні

припливу або обприскування. Швидкість корозії в зоні припливу або хвилі в

3-5 раз більша, ніж в зоні повного занурення.

33. До найбільш розповсюджених способів захисту металів і сплавів від корозії

в морській воді відносяться: видалення прокатної окалини зі стального

листа хімічним травленням, піскоструминною очисткою або полум’ям;

застосування лакофарбових покрить на вініловій, фенолформальдегідній,

кам’яновугільній, бітумній основі, підводну частину морських суден

додатково покривають необростаючими фарбами, в склад яких входять

речовини токсичні для морських організмів такі як оксид міді, оксид ртуті і

ін., використовують також металічні покриття, в першу чергу цинкові,

товщина яких повинна бути порядку 150-200 мкм; застосування

електрохімічного захисту (протекторний і від зовнішнього джерела

постійного струму) в комбінації з захисними покриттями, або як

самостійний засіб захисту від корозії; раціональне конструювання,

наприклад рівномірний розподіл напруг в конструкції, виведення

відповідальних елементів з зони періодичного змочування, усунення

контактної корозії; електрокорозію морських суден і споруд можна

попередити застосуванням схем живлення струмом, які виключають

електрокорозію і дренуванням.

Література

1. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов—М.: АН СССР, 1959-

592 с.

2. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов—М.: Машгиз, 1962 – 856 с.

3. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов—М.: Металургиздат, 1970 –

448 с.

4. Семенова И.Л., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от

коррозии: Учебн. пос.—М.: Физматлит, 2010 – 416 с.

5. Кенис Г. Коррозия металлов—М.: Металлургия, 1984 – 400 с.

6. Тодт Ф. Коррозия и защита от коррозии. Коррозия металлов и сплавов.

Методы защиты от коррозии. Пер. с нем.—Л.: Химия, 1966 – 848 с.

7. Бекман В.,Швенк В. Катодная защита от коррозии: Справочник /Под ред.

И.В.Стрижевского—М.: Металлургия, 1984 – 495 с.

8. Красноярский В.В. Электрохимический метод защиты металлов от

коррозии—М.: Машгиз, 1961 – 125 с.

9. Защита подземных металлических сооружений и методы их защиты—М.:

Стройиздат, 1990 – 303 с.

10. Стрижевский И.В., Сурис М.А. Защита подземных теплопроводов от

коррозии—М.: Энергоатомиздат, 1983 – 344 с.

11. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и

сооружений: Справочник.Т.1 /А.А.Герасименко, Я.И.Александров,

И.Н.Анреев и др. Под ред. А.А.Герасименко—М.: ММашиностроение,

1987– 688 с.

12. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и

сооружений: Справочник. Т.2 /А.А.Герасименко, Я.И.Александров,

И.Н.Анреев и др. Под ред. А.А.Герасименко—М.: Машиностроение, 1987 –

784 с.

13. Морская коррозия: Справочник /Пер с англ. П.П.Поздеева, Б.И.Розенфельда

под ред. М.М.Шумахера—М.: 1983 – 512 с.

Завдання для самоконтролю.

1. Чим визначається швидкість підземної корозії?

2. В чому полягає небезпечність підземної корозії?

3. В чому полягає особливість електрохімічної корозії в ґрунті?

4. Як кислотність ґрунту впливає на корозійний процес металу?

5. Як вологість ґрунту впливає на швидкість корозії металів?

6. Від чого залежить повітрепроникливість ґрунту і як вона впливає на

швидкість корозії металів?

7. На які зони можна розділити шлях проходження блукаючих струмів по

металічній трубі?

8. Звідки у ґрунті появляються блукаючі струми?

9. Які реакції можуть протікати при анаеробній корозії заліза?

10. Які реакції можуть протікати при аеробній корозії заліза?

11. Чим відрізняється характер корозії металів і сплавів в ґрунтових умовах від

корозії в розчинах електролітів і в атмосферних умовах?

12. Чим пояснюється виникнення губчатої будови чавуну при його корозії в

ґрунті?

13. Як поводять себе в ґрунті вуглецеві, низьколеговані і високолеговані сталі?

14. Як поводять себе в ґрунті

15. Які Ви знаєте основні методи захисту металів від підземної корозії?

16. Якими властивостями повинні володіти захисні покриття металічної

поверхні в ґрунті?

17. Для чого вапнують ґрунт і використовують різні засипки навколо металічної

поверхні закопаній в землю?

18. Які основні особливості електрохімічних процесів морської корозії?

19. Як проявляється роль географічного фактору при корозії металів у морській

воді?

20. В чому проявляється негативний вплив обростання металів мікро-

організмами?

21. В чому можливий позитивний вплив обростання металів мікроорганізмами?

22. Як різні метали і сплави відносяться до обростання мікроорганізмами?

23. Як швидкість руху морської води впливає на процес корозії металів?

24. Які прискорюючи фактори діють на швидкість корозії в морській воді при

неповному занурені?

25. Як поводять себе у морській воді вуглецеві, низьколеговані і високолеговані

сталі?

26. Як поводять себе у морській воді кольорові метали (мідь, свинець, цинк,

алюміній і їх сплави)?

27. Які найбільш розповсюджені способи захисту від морської корозії?