Атмосферна корозія нержавіючої сталі

Атмосферна корозія нержавіючої сталі - це процес руйнування нержавіючого металу внаслідок його взаємодії з повітрям, водою та іншими речовинами в приземній атмосфері. Особливістю атмосферної корозії є можливість вільного підходу кисню до поверхні, що кородує. Це зумовлено малою товщиною оксидної плівки та за рахунок конвекції перемішування електроліту.

Нержавіючі сталі широко використовуються як архітектурні та будівельні матеріали через їх високий ступінь корозійної стійкості, унікальну естетичну якість і стабільність у незабрудненому атмосферному середовищі. Хоча нержавіюча сталь дуже стійка до корозії, локалізована корозія може виникнути в певних середовищах, особливо в морських атмосферних умовах, якщо не використовується відповідний сорт / марка нержавіючої сталі.

Вплив агресивного середовища на нержавіючу сталь може завдати шкоди не тільки естетичному вигляду конструкції, а й навіть вивести її з експлуатації чи завдати непоправної шкоди міцності несущої конструкції.

Вибір відповідної марки нержавіючої сталі потребує певних знань адже її потрібно підбирати під умови фактичного місця розташування конструкції та атмосферні умови які будуть її оточувати. З точки зору вибору матеріалів, аустенітна нержавіюча сталь марки AISI 316 / 316L виявилася дуже популярним вибором для архітектурних програм в багатьох місцях, але це не завжди підходить для вимогливих місць, таких як морське середовище на Близькому Сході. У таких випадках використання високопродуктивного сорту, часто в поєднанні з хорошою обробкою поверхні та встановленими процедурами очищення, необхідні для підтримки чистоти поверхонь.

Швидкість процесу атмосферної корозії нержавійки залежить від кліматичних факторів: вологість і температура повітря. Концентрації таких домішок як оксиди сірки, азоту, викиди хімічного виробництва та інші, що забруднюють атмосферу - теж впливають на швидкість процесу корозії.

Які є типи / види атмосферної корозії нержавіючої сталі ?

Атмосферну корозію нержавіючої сталі за ступенем зволоженості поверхні прийнято розділяти на суху, вологу та мокру. Волога та мокра протікають по електрохімічному механізму, а суха по хімічному.

Суха атмосферна корозія

Суха атмосферна корозія спостерігається за відсутності на поверхні нержавіючого металу плівки вологи. Якщо відносна вологість повітря становить 60% і менше - протікає атмосферна суха корозія. Механізм корозійної руйнації - хімічний. На поверхні утворюються захисні оксидні плівки, які гальмують процес корозії.

Спочатку процес протікає досить швидко (утворення тонкої окисної плівки), потім сильно уповільнюється і встановлюється постійна, дуже маленька швидкість корозії. Таке явище зумовлене невисокою температурою довкілля. На металі майже відразу чи на протязі кількох годин утворюється тонка окисна плівка, яка призводить до потьмарення поверхні. Гранична товщина шару вологи при перебігу сухої атмосферної корозії незначна. Якщо в атмосфері є домішки агресивних газів таких як, наприклад, сірчисті гази, то швидкість корозії значно зростає.

Волога атмосферна корозія

Волога атмосферна корозія спостерігається за наявності на поверхні тонкої плівки вологи. Товщина такої плівки становить до 1 мкм. Відносна вологість повітря, коли починається утворення вологої плівки, становить близько 60 - 70%. Значення, у якому починається конденсація лежить на поверхні вологи, називається критичної вологістю. Критична вологість залежить від забруднення повітря та стану металу. Конденсація вологи при цьому відбувається за капілярним, хімічним або адсорбційним механізмом.

Капілярна конденсація вологи

Капілярна конденсація вологи спостерігається у щілинах, зазорах, тріщинах на поверхні металу, порах у плівці продуктів корозії, під забрудненнями тощо.

Хімічна конденсація вологи

Хімічна конденсація вологи проявляється у взаємодії продуктів корозії з атмосферною вологою. При цьому утворюється іржа, яка й утримує цю вологу.

Адсорбційна конденсація вологи

Адсорбційна конденсація вологи виникає внаслідок прояву на поверхні металу адсорбційних сил.

Мокра атмосферна корозія

Мокра атмосферна корозія протікає при відносній вологості повітря близько 100%, коли на поверхні волога збирається у вигляді добре видимих крапель, або при прямому впливі на конструкцію дощу, туману. Мокра атмосферна корозія також спостерігається на конструкціях, що обливаються водою або повністю занурюються. При мокрій корозії плівка вологи становить завтовшки понад 1 мм. Збільшення концентрації домішок у плівці води стимулює корозію.

Чинники атмосферної корозії нержавіючої сталі

Швидкість атмосферної корозії нержавіючих сталей залежить від наявності чи відсутності деяких факторів.

Характеристики нержавіючої сталі

Характеристики марки нержавіючої сталі можуть впливати на стійкість до атмосферної корозії.  Вміст легуючих елементів, обробка поверхні, обробка зварних швів - дуже важливі фактори що впливають на здатність нержавіючого металу чинити опір атмосферній корозії.

Вологість повітря при атмосферній корозії

Наявність вологи на поверхні металоконструкції з нержавіючої сталі значно посилює атмосферну корозію. Волога найчастіше надходить як атмосферні опади у вигляді дощу, туману. З підвищення температури значення відносної вологості зменшується.

Існує критичне значення атмосферної вологості. І для кожної марки / сплаву нержавіючого металу це своє певне число. Якщо відносна вологість повітря укладається у рамки прийнятних для певного сорту нержавіючої сталі - то корозійне руйнування таких марок незначне або взагалі відсутнє. Якщо ж вище - починається посилена руйнація. При сильно забрудненій атмосфері (наприклад, технологічне середовище) поняття критичної вологості не завжди застосовується і грає значну роль, так як корозійний процес значно посилюється за рахунок шкідливих домішок в атмосфері.

Домішки в атмосфері (гази)

Забруднення атмосфери газами різко підвищує швидкість корозії. Дуже агресивним середовищем є технологічне середовище поблизу великих промислових підприємств, які щохвилини викидають у повітря шкідливі домішки. Присутність таких сполук значно збільшує швидкість атмосферної корозії нержавіючої сталі певних сортів.

Дуже сильний вплив має діоксид сірки (SO₂). Мала його концентрація збільшує швидкість корозії в десятки і сотні разів. У великих концентраціях швидкість атмосферної корозії збільшується не так сильно (всього в 5 - 7 разів). Цей компонент утворюється під час згоряння вугілля, газоліну, нафти.

Гази, потрапляючи на плівку вологи на поверхні металоконструкції, збільшують електропровідність плівки. SO₂ та Cl₂ впливають як катодні деполяризатори, SO₃ і HCl збільшують поглинальну здатність продуктів корозії, NH₃ діє як комплексоутворювач, SO₂ та HCl - депасиватори.

Дуже сильно збільшує швидкість корозії нержавіючої сталі вміст в атмосфері сірчаної кислоти. Особливо це стосується нестійких у ній металів - залізо, нікель.

Тверді частки в атмосфері

З атмосфери на поверхню потрапляють жорсткі активні чи пасивні частки. Вони можуть діяти як депасиватори, комплексоутворювачі, збільшувати електропровідність плівки вологи та поглинальну здатність (гігроскопічність) продуктів корозії, полегшувати капілярну конденсацію вологи (такий інертний матеріал як пісок). В атмосфері зустрічаються такі тверді частинки, як Na₂SO₄, NaCl, (NH₄) ₂SO₄, частинки вугілля, різні сполуки вуглецю, оксиди металів та інші. Ці речовини у вигляді твердих частинок або пилу контактують із вологою поверхнею металоконструкції, утворюють гальванічні елементи, інтенсифікуючи корозію. Тому незапилене повітря набагато менш активне, ніж забруднена різними частинками атмосфера.

Географічний фактор

У різних географічних місцевостях вологість, забруднення атмосфери, температура різняться. Найбільший вплив на атмосферну корозію має вологість повітря. Встановлено, що у регіонах із постійно підвищеною вологістю корозійні процеси протікають інтенсивніше. Основний вплив не кількість дощових днів, а час знаходження на поверхні металу плівки вологи. У пустелях, де вологість повітря дуже мала, на поверхні виробів із нержавіючої сталі оксидна плівка досить стійка і вироби довго залишаються блискучими.

Температура навколишнього середовища

З підвищенням температури довкілля процес атмосферної корозії уповільнюється. Волога, що покриває поверхню металевого виробу, випаровується, зменшується абсолютна вологість повітря. Зі зниженням температури все відбувається навпаки. Підвищується відносна вологість середовища, що сприяє конденсації вологи. Швидкість атмосферної корозії нержавійки зростає.

Особливості протікання атмосферної корозії нержавіючої сталі

Поверхня металу вкрита тонкою плівкою електроліту. Як електроліт може виступати як сама волога, так і продукти корозії, що увібрали вологу.

Особливістю атмосферної корозії нержавіючих сталей є можливість вільного підходу кисню до поверхні, що кородує. Це зумовлено малою товщиною плівки та за рахунок конвекції перемішування електроліту. Саме тому навіть у підкислених електролітах атмосферна корозія протікає із кисневою деполяризацією.

Також через тонкий шар вологи на поверхні металу, що кородує, анодний процес йде з утрудненням, а протікання катодного, навпаки, полегшується.

При роботі гальванічних пар невелика товщина плівки вологи теж грає свою роль - збільшується омічний опір електроліту.

Атмосферна корозія нержавіючих сплавів протікає з анодно-такодно-омічним контролем. Але в залежності від деяких умов (товщина, електропровідність плівки вологи, її склад, природа сплаву) анодно-такодно-омічний контроль може переходити в переважно анодний, переважно катодний або омічний.

Додавання до складу нержавіючої сталі певної кількості нікелю, хрому, алюмінію, титану - переводять поверхню нержавіючої сталі в пасивний стан. Додавання міді (катодна добавка) та фосфору - гальмують анодну реакцію.

Як забезпечити захист конструкцій від атмосферної корозії ?

Правильний підбір марки нержавіючої сталі для конкретних умов експлуатації виробів і конструкцій з нержавійки буде найкращим захистом від руйнівного впливу атмосферної корозії. Також важливим для протидії корозії є обробка поверхні нержавіючого металу. Чим більш рівна блискуча відполірована поверхня вашого виробу - тим вона більш стійка до негативних чинників атмосферного впливу. Не менш важливу роль відіграє правильність обробки зварних швів.