El fenómeno de la corrosión de los metales es muy complejo. Según los diferentes mecanismos de corrosión de los metales, normalmente se puede dividir en dos categorías: corrosión química y corrosión electroquímica.
1 Corrosión química
El daño causado por la reacción química directa entre materiales metálicos y gases secos o no electrolitos se denomina corrosión química. La corrosión de los materiales de acero en ambientes de gas a alta temperatura suele ser corrosión química. En la producción real, a menudo se encuentran los siguientes tipos de corrosión química.
a. Oxidación del acero a alta temperatura
Cuando los materiales de acero se calientan en el aire, el hierro reacciona químicamente con el O2 en el aire. La reacción por debajo de 570 °C es la siguiente:
3Fe + 202 Fe304
El Fe304 generado es una película densa de color negro azulado o tostado, que impide la reacción continua del O2 y el Fe y desempeña el papel de una película protectora. A 570 ℃t22_k, se genera un residuo de incrustaciones de óxido con FeO como componente principal. La reacción es la siguiente: 2Fe + O2 2FeO
El FeO generado es un material que se suelta y se agrieta fácilmente a altas temperaturas. A altas temperaturas, el O2 puede continuar reaccionando con el Fe, provocando que la corrosión se desarrolle más profundamente.
No solo el oxígeno en el aire provocará la oxidación del acero a alta temperatura, sino que el CO2 y el vapor de agua en ambientes de alta temperatura también provocarán la oxidación del acero a alta temperatura. p>
Fe + CO2 FeO + CO; Fe + H2O FeO + H2
La temperatura tiene una gran influencia en la oxidación del acero a alta temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de corrosión aumenta significativamente. , los materiales de acero están expuestos a medios oxidantes de alta temperatura (O2, C02, H20, etc.). El calentamiento moderado provocará corrosión por oxidación grave.
b. Descarburación del acero
La cantidad de carbono contenida en el acero está estrechamente relacionada con las propiedades del acero. Cuando el acero se calienta en un medio oxidante a alta temperatura, el C o Fe3C de la superficie puede reaccionar fácilmente con O2, C02, vapor de agua, H2, etc. en el medio:
Fe3C (C) + 1/2O2 3Fe + CO ; Fe3C (C) + C02 3Fe + 2CO;
Fe3C (C) + H20 3Fe + CO + H2; Fe3C (C) + 2H2 3Fe + CH4
La reacción anterior hace que el acero disminuya el contenido de carbono en la superficie de la pieza de trabajo. Este fenómeno se llama "descarburación del acero". La dureza y resistencia de las piezas de acero disminuyen significativamente después de la descarburación de la superficie, lo que afecta directamente la vida útil de las piezas. Cuando la situación es grave, las piezas se desecharán, provocando grandes pérdidas en la producción.
c. Fragilización por hidrógeno
Los compuestos que contienen hidrógeno reaccionan químicamente sobre la superficie del acero, por ejemplo:
Reacción de decapado: FeO + 2HCl = FeCl2 + H20
p>Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H
Reacción del sulfuro de hidrógeno: Fe + H2S = FeS + 2H
Oxidación con vapor a alta temperatura: Fe + H20 = FeO + 2H
El hidrógeno producido en estas reacciones existe inicialmente en estado atómico. El hidrógeno atómico es de tamaño pequeño y puede difundirse fácilmente en el acero a lo largo de los límites de los granos, deformando la red del acero y generando fuertes tensiones. , y reduciendo la tenacidad, provocando la fragilidad del acero. Este proceso de destrucción se denomina "fragilización por hidrógeno". En los procesos que implican síntesis de amoníaco, síntesis de metanol, hidrogenación de petróleo y otros compuestos que contienen hidrógeno, existen riesgos de fragilización por hidrógeno en los equipos de acero. En particular, se debe prestar atención a los riesgos de los componentes de acero de alta resistencia.
d. Vulcanización a alta temperatura
El proceso en el que los materiales de acero reaccionan con medios que contienen azufre (azufre, sulfuro de hidrógeno, etc.) a altas temperaturas para generar sulfuros y causar daños. se llama "vulcanización a alta temperatura". La reacción es la siguiente:
Fe + S = FeS; Fe + H2S = FeS + H2
La reacción de vulcanización a alta temperatura generalmente ocurre en el límites de grano en la superficie de los materiales de acero y se expande gradualmente a lo largo de los límites de grano hacia el interior. La resistencia mecánica de los componentes después de la vulcanización a alta temperatura se reduce significativamente y todo el componente puede desecharse. En la producción de petróleo, la refinación y la producción de productos químicos a alta temperatura, la corrosión por sulfuro a alta temperatura ocurre a menudo y se debe prestar atención a ella.
e. Hinchazón del hierro fundido
Los gases corrosivos penetran en el hierro fundido a lo largo de los límites del grano, inclusiones de grafito y grietas finas y provocan reacciones químicas. compuestos generados, Por lo tanto, no sólo se reduce considerablemente la resistencia mecánica de los componentes de hierro fundido, sino que también aumenta significativamente el tamaño de los componentes. Este proceso de destrucción se denomina "hinchazón del hierro fundido". La práctica ha demostrado que cuando la temperatura máxima de calentamiento excede la temperatura de transformación de fase del hierro fundido, el fenómeno de hinchamiento aumentará considerablemente.
Reacción anódica: Fe — 2e = Fe2+
Reacción catódica: 2H+ + 2e = H2
El H+ en la película de agua libera H2, H20 después de recibir electrones en el cátodo Con la ionización continua, la concentración de OH- aumenta y se difunde por toda la película de agua, lo que hace que Fe2+ y OH- se combinen entre sí para formar la precipitación de Fe(OH)2. El Fe(OH)2 puede seguir oxidándose a Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + 2H20 + O2 = 4Fe(OH)3
Fe(OH) 3 Puede deshidratarse para formar nFe203·mH20, que es el principal componente del óxido. Dado que en esta corrosión precipita H2, se denomina "corrosión por desprendimiento de hidrógeno".
El O2 suele estar disuelto en solución acuosa, lo que es más fácil que los iones H+ para obtener electrones y reaccionar en el cátodo. Reacción catódica: 02 + 2H20 + 4e = 40H—
Reacción anódica: Fe — 2e = Fe2+
El OH— producido por el cátodo y el Fe2+ producido por el ánodo se difunden hacia el La solución para generar Fe (OH)2 se oxida aún más para formar Fe(OH)3 y se convierte en óxido. Este tipo de corrosión se llama corrosión por absorción de oxígeno.
En medios fuertemente ácidos, debido a la gran concentración de H+, el acero está dominado por la corrosión por desprendimiento de hidrógeno; en medios débilmente ácidos o neutros, la corrosión que se produce es la corrosión por absorción de oxígeno.
2 Corrosión electroquímica
a. La corrosión electroquímica se refiere a la reacción galvánica cuando el metal o la aleación entra en contacto con la solución electrolítica. El metal más activo se oxida y hay corrosión asociada con la electricidad. corriente. Se llama corrosión electroquímica.
[Principio de corrosión galvánica] Tomemos como ejemplo la oxidación del acero en el aire. Cuando el acero está en aire húmedo, su superficie se cubre con una capa extremadamente delgada de película de agua debido a la adsorción, y la corrosión. el agua se ioniza débilmente para producir una pequeña cantidad de H+ y OH—. Al mismo tiempo, debido a la disolución del CO2 en el aire, el H+ aumenta en el agua:
H2O+CO2H2CO3H++HCO3—
De esta manera se forma en la superficie una capa de película de solución electrolítica que, junto con el hierro y las impurezas o el carbono del acero, forman innumerables células galvánicas diminutas. Entre ellos, el hierro es el electrodo negativo y el carbono es el electrodo positivo. Se produce la reacción primaria de la batería:
(—) Fe—2e=Fe2+ (+) 2H++2e=2H
<. p> 2H=H2 ↑A medida que disminuye la concentración de H+, el equilibrio de ionización del agua se desplaza hacia la derecha y la concentración de OH— aumenta gradualmente y OH— se combina con Fe2+ para formar Fe(OH)2. .
Fe2++2OH—=Fe(OH)2↓ El Fe(OH)2 se oxida con el oxígeno del aire para formar hidróxido de hierro 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 ↓
De esta forma se produce óxido en la superficie del acero. El hidrógeno se libera durante el proceso de corrosión anterior, que se denomina corrosión por evolución de hidrógeno.
La corrosión por desprendimiento de hidrógeno se produce en un medio ácido fuerte. Si la película de electrolito formada en la superficie del acero es débilmente ácida o neutra, el hierro en el electrodo negativo aún se oxidará a Fe2+, y en el electrodo negativo. La principal reacción del electrodo positivo es la reducción de electrones del oxígeno disuelto en la película de agua: (-) Fe—2e=Fe2+ (+) 2H2O+O2+4e=4OH—Este tipo de corrosión del acero causada por la disolución de El oxígeno en el aire se llama corrosión por oxígeno. De hecho, la corrosión de metales como el acero es causada principalmente por esta corrosión que absorbe oxígeno.
Hay muchos factores que afectan la corrosión electroquímica de los metales. El primero es la naturaleza del metal. Cuanto más activo es el metal, menor es su potencial de electrodo estándar y más fácil es corroerse. . Algunos metales, como Al, Cr, etc., aunque el potencial del electrodo es muy bajo, pueden formar una película de óxido que recubre herméticamente la superficie del metal, evitando que continúe la corrosión. Si la película de óxido se daña, se corroerá rápidamente. En segundo lugar, si las impurezas contenidas en el metal son más activas que el metal, la microbatería formada utilizando el metal como cátodo no se corroerá fácilmente.
Si la impureza es menos reactiva que el metal, el metal se convierte en el ánodo de la microbatería y se corroe.
b.Corrosión del suelo
El suelo es un material poroso con capilares que se llenan de aire y agua. Las sales contenidas en el suelo se disuelven en el agua y se convierten en soluciones electrolíticas. Por lo tanto, las tuberías de petróleo, gas, agua y equipos metálicos enterrados en el suelo tienen las condiciones para formar corrosión electroquímica y causar daños por corrosión, lo que resulta en perforaciones de tuberías, fugas de agua, fugas de aceite, fugas de aire y fallas de telecomunicaciones, causando daños graves. . Además, estos oleoductos están enterrados bajo tierra y son muy difíciles de mantener, lo que provoca graves pérdidas a la economía nacional.
La corrosión del suelo es un proceso de corrosión relativamente complejo. Diferentes contenidos de oxígeno en varias partes del suelo, suelo desigual en diferentes áreas, diferentes profundidades de partes metálicas o tuberías enterradas en el suelo, diferencias en la temperatura del suelo, acidez, contenido de sal, permeabilidad del aire, temperatura, etc., todos afectan el trabajo. Las características de corrosión de las baterías e incluso los microorganismos del suelo tienen un impacto en la corrosión del metal. Por lo tanto, los equipos y tuberías enterrados bajo tierra deben tomar estrictas medidas anticorrosión para minimizar las pérdidas.
c. Corrosión del agua de mar
El agua de mar es una solución electrolítica natural con una concentración de sal extremadamente alta. Además de la corrosión electroquímica general, la corrosión de las piezas estructurales metálicas en el agua de mar también incluye otras causas. especificidad.
(1) Los iones de cloruro son iones con una actividad corrosiva extremadamente fuerte, lo que hace que la pasivación de la superficie del acero al carbono, hierro fundido, acero aleado y otros materiales pierda su efecto, e incluso pasiva la superficie del acero con alto contenido de níquel. -Acero inoxidable al cromo, también puede provocar graves daños por corrosión.
(2) El impacto de las olas agita y renueva la solución electrolítica en la superficie de los componentes. Al mismo tiempo, el lavado de las olas hace que la capa de óxido corroída se caiga, acelerando el progreso de la corrosión.
(3) El crecimiento de organismos marinos en la superficie de piezas estructurales metálicas (como la parte submarina del costado del barco) puede dañar gravemente la capa protectora (como la pintura) del objeto original, provocando Los componentes se corroen y dañan. Al mismo tiempo, el crecimiento de organismos marinos. Los productos de metabolitos (que contienen sulfuros) empeoran aún más el ambiente de corrosión de los componentes metálicos, lo que lleva a un aumento de la corrosión.
Debido a los efectos combinados de los factores de corrosión electroquímica general y las condiciones anteriores, las áreas de corrosión más graves para los componentes estructurales metálicos sumergidos en agua de mar se distribuyen en el área de elevación capilar del agua ligeramente por encima de la línea de flotación. . En esta zona actúan al mismo tiempo diversos factores que aceleran la corrosión y provocan consecuencias de corrosión muy graves.
No solo las piezas estructurales metálicas sumergidas en agua de mar están sujetas a una corrosión severa, sino que también las piezas estructurales metálicas instaladas en áreas costeras se ven afectadas por la humedad y la niebla salina en la atmósfera, y también se corroen severamente.
El titanio, el circonio, el niobio y el tantalio son muy buenos materiales resistentes a la corrosión del agua de mar, pero son caros y su uso está sujeto a ciertas restricciones.
d. Los materiales y equipos de corrosión localizada común son un todo cooperativo. El daño local en un área determinada provocará la falla operativa de todo el equipo, e incluso provocará el desguace de todo el equipo, especialmente los aviones, en navegación marítima. Barcos, maquinaria de plataformas de perforación marinas, etc., los daños locales causarán consecuencias inimaginables. Por lo tanto, la corrosión local es el tipo de corrosión más peligroso y debe atraer la atención del personal técnico y de ingeniería. Las corrosiones localizadas comunes incluyen las siguientes:
(1) Corrosión galvánica Cuando metales diferentes entran en contacto en el mismo electrolito, debido a los potenciales desiguales de los metales que forman una batería de corrosión, el metal con el potencial más bajo es corroe primero. El proceso de destrucción se llama corrosión de contacto o corrosión bimetálica. Por ejemplo, un recipiente de hierro está protegido por un revestimiento de estaño y el estaño de la superficie se raya, lo que provoca daños en la batería primaria de Sn-Fe, en la que (Fe2+/Fe3+) es baja y el hierro es el daño del ánodo. Por lo tanto, si la superficie se daña en tales condiciones, se deben tomar medidas inmediatas (recubrimiento de reparación) para evitar consecuencias graves.
(2) La corrosión por orificios se produce en áreas locales de la superficie del metal y los orificios de corrosión se desarrollan hasta profundidades. Las áreas restantes no se corroen o se corroen muy ligeramente. Esta forma de corrosión se denomina corrosión por orificios. como hundimiento o corrosión por picaduras. Los metales (aleaciones) que pueden pasivarse en el aire, como el acero inoxidable, el aluminio y las aleaciones de aluminio, a menudo sufren corrosión por picaduras en medios que contienen iones cloruro. El acero al carbono también sufrirá corrosión por picaduras en agua que contiene iones cloruro.
(3) La corrosión por grietas de las piezas metálicas en el medio, debido a la formación de espacios particularmente pequeños (ancho entre 0,025~0,1 mm) entre metales y metales o metales y no metales, provoca que el medio en el espacio está estancado, lo que provoca corrosión del metal en el espacio, lo que se denomina corrosión por grietas.
Al principio, la corrosión que absorbe oxígeno se produce tanto dentro como fuera del espacio. Debido al estancamiento, el oxígeno consumido en la costura es difícil de reponer. Se forma una macro batería de diferencia de concentración de oxígeno dentro y fuera de la costura. La falta de oxígeno dentro de la costura es el ánodo y el oxígeno rico fuera de la costura es el cátodo. . A medida que la picadura de corrosión se profundiza y se expande, la fuerza de la corrosión aumenta rápidamente.
(4) Corrosión selectiva de aleaciones Durante el proceso de corrosión, el medio de corrosión no se corroe según la proporción de la aleación, sino que se produce la disolución selectiva de un determinado componente (generalmente un componente con menor potencial). , provocando que la estructura y las propiedades de la aleación se deterioren, y esta corrosión se denomina corrosión selectiva. Como la corrosión por descincificación del latón (compuesto por 30% Zn y 70% Cu).
(5) Corrosión por tensión Cuando hay tensión interna en el metal o bajo la acción de una tensión externa fija, se puede promover el proceso de corrosión.