Коррозия, современные методы исследования и защиты от коррозии

Министерство образования РФ

Саратовский Государственный Технический Университет

Энгельсский Технологический Институт

Кафедра ТЭП

Курсовая работа

на тему:

Коррозия. Современные методы исследования и защиты от коррозии

Выполнил:

Студент группы ТЭП-42

Шумейко И. К.

Проверил:

Профессор кафедры ТЭП

Попова С. С.

Энгельс 2011

Содержание

Введение_____________________________________________________ 3

Глава 1. Виды коррозии_________________________________________ 7

Глава 2. Коррозионная характеристика металлов и сплавов___________ 18

Глава 3. Защита от коррозии_____________________________________ 27

Глава 4. Методы исследования процессов коррозии _________________ 36

Заключение ___________________________________________________ 43

Список используемой литературы ________________________________ 44

Введение

Металлы и их сплавы являются и наиболее важными современными конструкционными материалами. Всюду, где эксплуатируются металлические конструкции, есть вещества, которые взаимодействуют с металлами и постепенно их разрушают: ржавление металлических конструкций (железных кровель зданий, стальных мостов, станков и оборудования цехов) в атмосфере; ржавление наружной металлической обшивки судов в речной и морской воде; разрушение металлических баков и аппаратов растворами кислот, солей и щелочей на химических и других заводах; ржавление стальных трубопроводов в земле; окисление металлов при их нагревании и т. п. У большинства металлов в условиях их эксплуатации более устойчивым является окисленное (ионное) состояние, в которое они переходят в результате коррозии. Слово «коррозия» происходит от латинского «corrodere», что означает «разъедать».

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Под металлами подразумеваются простые металлы и их сплавы, а также металлические изделия и конструкции. Средой, в которой происходит коррозия металлов, обычно бывают различные жидкости и газы.

Коррозия является самопроизвольным процессом разрушения металлов в отличие от неназываемого коррозией преднамеренного разрушения при их растворении в кислотах (с целью получения солей), и гальванических элементах (с целью получения электрического тока), при анодном растворении в электролизерах (с целью последующего катодного осаждения металла из раствора).

Причина коррозии металлов – химическое или электрохимическое взаимодействие с окружающей средой - отграничивает коррозионные процессы от процессов радиоактивного распада металлов от эрозии – механического разрушения металлов (при шлифовке металлов или износе трущихся деталей машин). Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз металл - окружающая среда, т.е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом. Коррозия металлов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где обрабатываются металлы или эксплуатируются металлические изделия и конструкции. [1]

Коррозия металлов наносит большой ущерб хозяйственной деятельности производств, для функционирования которых необходимы аппараты, вспомогательное оборудование, коммуникации. Население Земли достигло уже 7 млрд. человек, а вместе с этим растут и потребности к строительству широкой сети коммуникаций. Оборудование для промышленности изготавливают   на основе сплавов черных и цветных металлов, а также из природных или искусственных химически стойких материалов. Со временем оно стареет или разрушается вследствие коррозии. Это приносит не только большие экономические потери, но и приводит к глобальным экологическим катастрофам.

Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций, неисчислим. В США он соответствует 6% национального дохода всей страны. В Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12% общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодно производимого металла. Как правило, металлическое изделие, пришедшее в негодность вследствие коррозионных разрушений, отправляют на переплавку. В этом случае общие потери будут включать безвозвратные потери металла, перешедшего в продукты коррозии, стоимость изготовления металлических изделий и косвенные потери. По статистическим данным безвозвратные потери составляют 8 – 12% от первоначальной массы металла. Стоимость изготовления металлических конструкций зачастую превосходит стоимость самого металла. К косвенным потерям относят расходы, связанные с отказом в работе металлического оборудования, с его простоями и ремонтом.

Росту потерь от коррозии способствует интенсивное постоянное развитие наиболее металлоемких отраслей промышленности, например, энергетики (тепловой и атомной), транспорта (в том числе трубопроводного), металлургии, химической, нефтяной и нефтехимической промышленности и др., а также ужесточение условий эксплуатации металла, как в промышленности, так и в городском хозяйстве. Все это указывает на исключительную важность проблемы борьбы с коррозией металлов, а, следовательно, и на большую значимость развития научно – технических работ в данной области. Но главное, что определяет необходимость решения проблемы научного подхода к поиску оптимальных путей противокоррозионной защиты металлов, связано с безвозвратностью затрат на борьбу с коррозией металлических изделий и конструкций и невосполнимостью израсходованных при этом земных ресурсов.

Химическая промышленность производит более 90 тысяч наименований разнообразных химических продуктов, но лишь 1/5 от этого количества производится на основе всесторонних и действительно научных разработок. Технология производства около 80% из них не оптимизирована. Необходимо отметить, что создание самых совершенных машин и аппаратов не гарантирует их от разрушений. Повышение надежности, экологической безопасности систем предъявляет особо жесткие требования к  качеству конструкций и монтажа. В условиях несовершенства производства, нарушения  технологий эксплуатации, износа оборудования  вероятность «отказов» и аварий возрастает. Кроме того, 40 – 50% машин и сооружений работают в агрессивных средах, 30% - в слабо агрессивных и только около 10% не требуют активной антикоррозионной защиты.

Степень удовлетворенности страны основными средствами защиты металлоконструкций существенно ниже необходимой. В частности, потребность в лакокрасочных покрытиях и ингибиторах удовлетворяется наполовину, а в защите готового металлопроката, например, в трубах с покрытиями – менее чем на 30%. Наибольшие потери от коррозии несут топливно-энергетический комплекс (ТЭК), сельское хозяйство, химия и нефтехимия. Потери металла от коррозии составляют: в ТЭК – 30%, химии и нефтехимии – 20%, сельском хозяйстве – 15%, металлообработке – 5%.

В настоящее время проблема коррозии усугубляется резким старением основного металлофонда, физическим и моральным износом, совершенно недостаточной степенью возобновляемости реновации (реконструкции, ремонта). Большая часть из 800 млн. тонн потенциально опасных сварных конструкций выработала свой ресурс на 50 – 70%. Значительная часть сооружений исчерпала свой плановый ресурс и вступает в период интенсификации отказов.

Нефтегазовые сооружения (трубопроводные, магистральные и промысловые системы, несущие конструкции  нефтеперерабатывающих заводов и т.д.)  эксплуатируются в условиях воздействия  добываемых, транспортируемых, перерабатываемых углеводородных продуктов и агрессивных коррозионных сред. Анализ причин отказов и аварий нефтегазовых сооружений свидетельствует о превалирующем влиянии коррозионного фактора. В нефтедобывающей промышленности и транспорте нефти 70% отказов произошло по причине коррозионных повреждений.

Для нахождения путей практического решения тех или иных задач, возникающих в результате коррозионного разрушения различных металлических объектов, необходимо знание законов такого разрушения, т.е. теории коррозии металлов. Это требует рассмотрения общих вопросов, к которым, кроме механизма коррозии металлов, следует отнести такие разделы, как:

- диагностика конструкций и оборудования потенциально опасных производств и объектов;

- оценка прочности и остаточного ресурса эксплуатируемых конструкций и оборудования повышенной опасности;                                                                                                                        

- разработка ресурсосберегающих технологий сварки и смежных процессов для повышения надежности работы конструкций;

- сертификация и нормирование, как основа обеспечения качества оборудования;

- экологические и социально-экономические проблемы обеспечения надежности эксплуатации потенциально опасных объектов.

Целевым назначением материалов указанных направлений является изложение научных основ коррозии металлов и способов практического использования этих основ при выборе и реализации оптимальных путей противокоррозионной защиты металлических изделий и конструкций. [2]

В каждом конкретном случае приходится решать каким из средств, или в каком их сочетании можно получить наибольший экономический эффект. Современная наука о коррозии металла и борьбе с ней достигла серьезных успехов, которые кратко описаны выше. В настоящее время в производство вводятся новые, непрерывно нарастающие объемы металлоизделий и, соответственно, растут ежегодные убытки, исчисляемые миллионами тонн прокорродировавшего металла и сотнями миллиардов рублей, затраченных на борьбу с коррозией. Перечисленные факты делают дальнейшие исследования в этой области науки крайне актуальными и важными.

В России накоплен определенный опыт проведения натурных обследований строительных конструкций промышленных зданий для определения скорости коррозионных процессов и методов защиты. Усилены работы в области повышения долговечности и улучшения противокоррозионной защиты строительных зданий и сооружений. Работы проводятся комплексно, включая натурные обследования, экспериментальные и производственные исследования и теоретические разработки. При натурных обследованиях выявляются условия работы конструкций, учитывающие особенности влияния на них нагрузок, температурно-влажностных и климатических воздействий, агрессивных сред.

Актуальность решения проблемы противокоррозионной защиты диктуется необходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды. Эта проблема находит широкое отражение в печати. Издаются научные труды, проспекты, каталоги, устраиваются международные выставки и ярмарки с целью обмена опытом между развитыми странами мира.

Таким образом, необходимость исследования коррозионных процессов является одной из наиболее важных проблем, для решения которых государство выделяет огромные средства на развитие науки и научного потенциала.

Глава 1. Виды коррозии

Несмотря на многообразие форм проявления коррозионных процессов на металлических материалах, существует классификация, позволяющая более или менее четко относить каждое из наблюдаемых на практике коррозионных поражений к определенному классу. В один класс выделены так называемые локальные коррозионные процессы, общей чертой которых является то, что все они протекают на сравнительно небольших по площади участках поверхности металла и развиваются с крайне высокой скоростью. В результате происходит быстрая потеря металлическими конструкциями эксплуатационных свойств из-за разрушения их сравнительно небольших участков. Повышенная опасность локальных коррозионных процессов связана с тем, что из-за малых размеров пораженных ими площадей поверхности и высоких скоростей растворения металла в них существование самого очага зачастую обнаруживается только в момент выхода оборудования из строя. Постоянное ужесточение условий эксплуатации металлического оборудования и вовлечение в промышленную сферу все новых металлических конструкционных материалов приводит к тому, что с течением времени доля локальных коррозионных поражений неуклонно возрастает.

Как правило, все локальные коррозионные процессы протекают через несколько последовательно сменяющих друг друга стадий, каждой из которых соответствует свой лимитирующий процесс.

Основными являются:

- стадия зарождения, соответствующая нарушению равномерного протекания коррозии и переходу процесса к стационарному развитию очагов локальной коррозии. Стадия имеет достаточно высокую продолжительность и называется индукционным периодом;

- стадия устойчивого функционирования очага локальной коррозии, в течение которой происходит катастрофически быстрое разрушение локально активированных участков металла;

- завершающая стадия развития – залечивание (репассивация) очагов локальной коррозии.

В процессе развития локальных коррозионных процессов часто происходит переход одного вида в другой. Так, например, начальной стадией развития язвенной, межкристаллитной и щелевой коррозии, а также ряда коррозионно – механических повреждений при коррозионно – усталостных процессах или при статической коррозии под напряжением, часто является питтинговая коррозия. Вид коррозии, подобный питтинговой, развивается в местах несплошности и отслоения покрытий различного типа.

Питтинговая коррозия

К питтинговой коррозии склонно подавляющее большинство металлов (Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Ti, Al, Mg, Zr, Nb, Ta, Cu, Zn и др.) и конструкционных материалов на их основе. Питтинговая коррозия возникает в морской воде, растворах солей, в охлаждающих системах холодильных машин, в системах оборотного водоснабжения химических предприятий. Термин «питтинг» применяют для описания как точечной коррозии, так и специфических коррозионных поражений.