Коррозия нержавеющей стали
Коррозионная стойкость нержавеющей стали определяется наличием тонкой оксидной пленки на поверхности. Эта пленка, в основном — окись хрома, очень легко образуется в окислительной среде, например, в воздухе, и защищает нижележащий металл от коррозии. Металл, защищенный таким образом, называют пассивированным. Очень важно, чтобы оксидная пленка сохраняла свою целостность, не имела пор, трещин и т.п., в противном случае на незащищенных участках будет идти коррозия. Поверхность должна быть свободна от окалины, остатков шлака и т.д. Если пленка повреждена и условия не благоприятствуют ее образованию, поверхность металла остается незащищенной и может коррозировать. Восстановители — сернистая кислота и сероводород — повреждают и разрушают пассивирующую пленку, в то время как растворенные кислород, азотная кислота, ионы Cu 2+ и Fe3+ способствуют ее образованию. Эта оксидная пленка обеспечивает очень хорошую защиту от окисляющих кислот, таких как азотная, хромовая, разбавленная серная и т.д. С другой стороны, ее стойкость к неокисляющим кислотам, таким как соляная, очень низкая.
Сплошная коррозия. Это коррозия, равномерно охватывающая всю поверхность. Она обычно происходит в кислотах и щелочах. Скорость такой коррозии предсказуема. Если некое оборудование коррозирует за год на глубину 0,5 мм, то за два года оно коррозирует, скорее всего, на 1 мм. С такой коррозией легко справляться. В холодильных установках не должно быть коррозии этого типа.
Электрохимическая коррозия. Такая коррозии происходит при контакте двух металлов с различными электрохимическими потенциалами в электропроводящем растворе. Примером может послужить находящаяся в морской воде алюминиевая лодка, отремонтированная с помощью медной пластины (это случалось в первое время эксплуатации алюминиевых лодок).
Пара металлов образует гальванический элемент («батарею»), где металл с меньшим потенциалом служит анодом, а другой -катодом. Анод растворяется, т.е. коррозирует. В принципе этот вид коррозии возможен при контакте меди с нержавеющей сталью, но на практике это редко случается в водных растворах. В случае плохого качества воды точечная или щелевая коррозия, вероятно, будет происходить быстрее. Воздухоохладители и воздушные конденсаторы часто изготовляются из медных трубок с алюминиевыми ребрами, и в морской атмосфере могут коррозировать. В этих условиях лучше применять теплообменники с медным оребрением.
Точечная и щелевая коррозия это разновидности электрохимической коррозии. Этим процессам благоприятствуют следующие условия. - Окислительная среда, например, присутствие кислорода, азотной кислоты, ионов Си2+ или Fe3+
- Ионы хлора, даже в низкой концентрации.
- Нарушения пассивной поверхностной пленки, через которые могут проникать ионы хлора. Это может быть щель между прокладкой и утянутой поверхностью фланца, плохо выполненный сварной шов или соединение внахлестку. Точечная коррозия происходит на поверхности под отложениями шлака, накипи или под воздушным пузырем.
- Зоны нарушения пленки должны быть погружены в окисляющую среду.
- Низкое значение рН. При рН > 12 опасность локальной коррозии пренебрежимо мала (зато высока опасность образования накипи).
- Застойная жидкость. Это очень важное условие. Например, можно было бы использовать нержавеющую сталь для работы с морской водой, если бы поверхность контактировала исключительно с проточной водой. Но обычно в аппаратах всегда имеются застойные зоны, а при отключении теплообменника вся поверхность подвергается опасности точечной коррозии.
- Высокая температура. Однако в открытых системах (при атмосферном давлении) и при условии, что кислород является единственным окислителем, высокая температура (более 80°С) понижает концентрацию кислорода, т.е. снижает риск коррозии.
В таких условиях образуются локальные гальванические элементы, в которых зона повреждения пленки является анодом, а окружающая пассивированная — катодом. Поскольку у анода площадь намного меньше, чем у катода, плотность тока на нем велика и скорость коррозии может составлять несколько мм в день. Развитие щелевой коррозии непредсказуемо, так как зависит от многих факторов. Она весьма опасна, поскольку в щелях, в отличие от поверхности металла, с высокой вероятностью складываются условия для развития коррозии. Коррозия под напряжением сходна с точечной и щелевой коррозией. Поверхность металла в зоне действия растягивающих нагрузок в растворах хлоридов становится анодом гальванического элемента. Для развития коррозии под напряжением требуется более высокая температура, чем обычная для холодильных установок или тепловых насосов.