Коррозия материалов и ее влияние на прочность деталей энергоустановок

Детали энергоустановок изготавливают из различных металлических материалов.  Они работают в широком диапазоне температур и испытывают воздействия окружающей среды и компонентов, поступающих вместе с воздухом (пыль, песок, оксиды железа, брызги морской воды и т. д.); компонентов топлива и продуктов его сгорания; теплоносителей. Поэтому в зависимости от уровня температуры и состава среды детали энергоустановок могут подвергаться коррозии различных типов.

Коррозией называют разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Одним из видов коррозии является процесс самопроизвольного окисления металлов, оказывающий вредное влияние на эксплуатационную надежность изделий. Коррозия металлов является естественным процессом, обусловленным термодинамической нестойкостью металлов в условиях эксплуатации.
Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды называется коррозионной стойкостью. Она определяется или качественно как балл определенной шкалы, или количественно в виде значения скорости коррозии или глубины коррозии в данных условиях.
Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах называют жаростойкостью.

Окалина — продукт газовой коррозии.

Протектор — металл, применяемый для электрохимической защиты и имеющий более отрицательный потенциал, чем у защищаемого металла.
Деаэрация — удаление из коррозионной среды кислорода воздуха.

Различают внутренние факторы коррозии — связанные с составом и структурой металла и внешние факторы коррозии — связанные с внешней средой и условиями коррозии (температурой, давлением, скоростью движения металла относительно среды).
Коррозию различают по следующим типам и видам (большинство из них изложены в ГОСТ 5272-68 на терминологию):

1. химическая коррозия — взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя коррозионной среды протекают в одном акте;
2. электрохимическая коррозия — взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала;
3. газовая коррозия — химическая коррозия металла в газах при высоких температурах;
4. атмосферная коррозия — химическая коррозия металлов в атмосфере воздуха;
5. коррозия при полном (или неполном) погружении — коррозия металлов, полностью (или частично) погруженных в жидкость;
6. контактная коррозия — электрохимическая коррозия, вызванная электрическим контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите;
7. равномерная коррозия — сплошная (охватывающая всю поверхность металла) коррозия, протекающая примерно с одинаковой скоростью по всей поверхности металла;
8. неравномерная коррозия — сплошная коррозия, протекающая с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла;
9. точечная коррозия — местная коррозия металла в виде отдельных точечных поражений;
10. коррозионные язвы (питтинг) — местное коррозионное разрушение, имеющее вид отдельных более или менее глубоких язв;
11. сквозная коррозия — коррозия, вызвавшая разрушение металла насквозь;
12. межкристаллитная коррозия — коррозия, распространяющаяся по границам кристаллитов (зерен) металла;
13. коррозия под напряжением — коррозия при одновременном воздействии коррозионной среды и напряжений;
14. фреттинг — коррозия — коррозия при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды;
15. ножевая коррозия — локализованный вид коррозии металла в зоне сплавления сварных соединений в сильно агрессивных средах;
16. обезлегированный слой — поверхностный слой на металле измененного химического состава, образовавшийся из-за взаимодействия металла со средой; частным случаем является обезуглероженный слой;
17. коррозионное растрескивание — образование трещин на металлах при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних напряжений растяжения;
18. коррозионная усталость — снижение предела выносливости при одновременном воздействии циклических растягивающих напряжений и коррозионной среды.

При оценке сопротивления металла коррозии используют десятибалльную шкалу (см. табл. 1).
В промышленной практике используются различные способы защиты металлов от коррозии. Подробнее они будут рассматриваться в каждом разделе, а укрупнено они сводятся к следующим:

1. Изоляция поверхности металла от агрессивной среды; частными случаями являются нанесение покрытий и образование на металле в естественных условиях (при его взаимодействии с окружающей коррозионной средой) защитной оксидной пленки.
2. Дезактивирующая обработка среды, снижающая ее агрессивность; частным случаем является использование ингибиторов (замедлителей) коррозии, введение которых в коррозионную среду в незначительных количествах заметно снижает скорость коррозии.
3. Поддержание такого энергетического состояния металла, при котором его коррозия термодинамически невозможна или сильно заторможена.

Таблица 1
Шкала стойкости против коррозии по ГОСТ 13819-68