Теоретическое введение. Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдение за

Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдение за изменением во времени какой-либо характе­ристики, объективно отражающей изменение свойств металла. Такой характеристикой (показателем) может быть, например, изменение массы металла, объема выделяющегося при растворении газа, изменение меха­нических и электрических свойств металла и т.д. Выбор показателя ско­рости коррозии определяется как целями коррозионных исследований, так и наиболее рациональными, а иногда и более доступными методами изме­рения. Чаще в коррозионной практике используются следующие показате­ли скорости коррозии.

Показатель изменения массы – изменение массы образца метал­ла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/(м²× ч)). В зависимости от условий коррозии различают:

а) отрицательный показатель изменения массы

, (2.1)

где - убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии;

б) положительный показатель изменения массы

, (2.2)

где - увеличение массы металла за время коррозии вследст­вие роста пленки продуктов коррозии.

Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пе­ресчет от положительного показателя коррозии к отрицательному (и на­оборот)

, (2.3)

где и – атомные массы металла и окислителя соответственно; n_Ме, n_{ок –}- валентности металла и окислителя соответственно.

Объемный показатель коррозии К_V – объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии металла газа ∆V, приведенный к нормальным условиям (т.е. t = 0⁰ C и P = 1 атм) и отнесенный к единице поверхности металла и к единице времени [ например, см³/(см² ч) ]:

(2.4)

Глубинный показатель коррозии – глубина коррозионного разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год):

(2.5)

Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для ха­рактеристики как равномерной, так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металлов с различными плотностями.

Переход от отрицательного, массового, токового и объемных по­казателей коррозии к глубинному показателю коррозии может быть осуществлен лишь для равномерной коррозии.

К_П = К^-_m 8,76 /r_ме, [мм/год] (2.6)

где K - отрицательный показатель изменения массы, г/(м²∙ч);

– плотность металла, г/см³; 8,76 – коэффициент пересчета в мм/год (учтено, что в году 8760 ч).

Механический показатель коррозии К_мех – изменение какого-либо показателя механических свойств за определенное время коррозионного процесса, выраженное в процентах.

Срав­нительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается

за время , (2.7)

где – изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течение времени ; – предел прочности при растяжении образца до коррозии.

Показатель изменения электрического сопротивления К_R – изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время коррозионного процесса

за время , (2.8)

где R₀ – сопротивление до коррозии.

ГОСТ рекомендует использовать десятибалльную шкалу коррозионной стойкости металлов (таблица 1).

Таблица 1 - Десятибалльная шкала коррозионной

стойкости

Группа стойкости	Скорость коррозии, мм/год	Балл
1Совершенностойкие	Менее 0,001
2 Весьма стойкие	Свыше 0,001 до 0,005 Свыше 0,005 до 0,01
3 Стойкие	Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1
4 Пониженностойкие	Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0
5 Малостойкие	Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5,0 до 10,0
6 Нестойкие	Свыше 10,0

2.2 Примеры решения задач (по теме «Показатели скорости газовой коррозии»)

Пример 1. Основной причиной высокотемпературной "ванадиевой" коррозии является загрязненность топлива соединениями ванадия, образующими при сжигании золу, содержащую легкоплавкий оксид V₂O₅. V₂O₅ образует со сталью легкоплавкую эвтектику, что вызывает ускоренное окисление. Определить глубинный показатель коррозии аустенитной стали типа X18H10 при испытании на воздухе и в атмосфере топливных газов при 1123 К в течение 120 ч, если убыль массы образцов стали с размерами 20 х 20 х 1 мм³ составляет соответственно 0,335 и 3,5 г. Плотность стали Х18Н10 равна 7,8 г/см³.

Решение.

Глубинный показатель коррозии определяется из уравнения (2.6). Таким образом, для его нахождения требуется определить отрицательный показатель изменения массы, который находят по уравнению

K = (m₀ – m_τ) / S τ,

где m₀ и m_τ – масса образца до коррозионных испытаний и после испытаний и удаления продуктов коррозии соответственно, г; ∆m =m₀ -m_τ – убыль массы образцов после испытаний; S – площадь окисленной поверхности металла, м²; τ – время испытаний, ч.

Подставляя в уравнение (2.1) значения убыли массы 0,335 г (воздухе) и 3,5 г (атмосфера топливных газов), площади поверхности м² и время испытаний 120 ч, находим значения K : 0,0317 г/(м² ∙ ч) и 0,331 г/(м² ∙ ч) при испытании на воздухе и в атмосфере топливных газов соответственно.

Из уравнения (2.6) находим значения глубинного показателя коррозии: 0,035 и 0,372 мм/год соответственно при испытании на воздухе и в атмосфере топливных газов соответственно. Таким образом, при испытании на воздухе сталь обладает баллом коррозионной стойкости «4» и относится к группе стойкости III (стойкие материалы); при испытании в атмосфере топливных газов балл коррозионной стойкости составляет «6», группа стойкости IV (пониженностойкие материалы).

Пример 2. Определить объемный показатель коррозии и оценить коррозионную стойкость меди в кислороде при 973 K. Медный образец с поверхностью 20 см² после 2-х часового окисления поглотил 13,6 см³ кислорода, приведенного к нормальным условиям. Атомная масса меди 63,54 г, плотность меди 8,76 г/cм³. При окислении образуется оксид Cu₂O.

Решение.

Для оценки коррозионной стойкости меди необходимо использование уравнения (2.6). Однако, поскольку в задаче имеются сведения о количестве поглощенного кислорода, а не убыли массы, следует воспользоваться уравнениями, связывающими отрицательный показатель изменения массы K с положительным показателем изменения массы K , а положительный показатель изменения массы с объемным показателем коррозии К_V

K = K (n_окA_Ме/n_МеA_ок),

K =(К_V·М_Г·10⁴)/V_М (г/м²_·ч),

где A_Ме , A_ок – масса грамм-атома металла и окислителя соответственно; n_Ме, n_ок – валентность металла и окислителя соответственно; М_Г и V_М – молекулярная масса и объем моля газа (22400 см³) при нормальных условиях; 10⁴ – коэффициент, учитывающий перевод см в м.

Объемный показатель коррозии находим из уравнения

К_V = ΔV /S·τ,

где ΔV - объем выделившегося (поглощенного) в результате коррозии газа.

Подставляя экспериментальные данные находим значение К_V

К_V = см³/см²·ч.

Используя уравнение для расчета K и учитывая, что молекулярная масса кислорода составляет 32 г, а объем моля при нормальных условиях – 22400 см³, определяем K K = = 4,86 г/м²·ч.

Определяем K

K = г/м²·ч.

Подставляя полученное значение K в уравнение (1.6) определяем глубинный показатель коррозии

К_П = мм/год.

Таким образом, медь в условиях испытаний в кислороде при 973 K проявляет очень низкую коррозионную устойчивость и относится к нестойким материалам (группа VI, балл –10).

Пример 3. Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при температуре 400⁰ С. Образец цинка с поверхностью 30 см² весил до испытания 21,4261 г. После 180 – часового окисления на воздухе при температуре 400 ⁰С он весил 21,4279 г. Плотность цинка – 7,14 г/см³.

Решение.

Определим положительный показатель изменения массы K

= .

При окислении кислородом воздуха цинк образует окисел ZnO. Рассчитаем отрицательный показатель изменения массы K

K = K (n_окA_Ме/n_МеA_ок)= г/м²ч.

Определим К_П

К_П = К^-_m 8,76 /r_ме = ,

что по десятибалльной шкале коррозионной стойкости соответствует стойким металлам (балл 4).

Дата добавления: 2015-07-11