Общая характеристика коррозии металлов

В наши дни металлы в качестве конструкционных материалов играют ведущую роль во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Различные свойства их – прочность и пластичность, высокая электропроводность, теплопроводность, металлический блеск, хорошая обрабатываемость и др. – обеспечивают им универсальное применение в качестве конструкционных материалов. Но металлы в той или иной степени химически активны и при контакте с природной внешней средой или с технологическими средами подвергаются разрушению. Такое самопроизвольное разрушение металлов под воздействием
физико-химических факторов внешней среды называют коррозией («corrodere» – по-латыни – «разъедать»). Этот термин используют и для обозначения процессов разрушения и других конструкционных материалов, например бетона, пластмасс. Однако механизмы процессов коррозии материалов различаются и поэтому рассматриваются отдельно. В этой небольшой книге уделено внимание только коррозии металлов. Общая масса металла, используемого одновременно в различных объектах техники, то есть металлический фонд, заключенный в разнообразных конструкциях, составляет несколько миллиардов тонн, и он непрерывно возрастает из года в год. В связи с ростом объема используемого металла растут и общие потери металла
от коррозии, достигая таких масштабов, что становятся сравнимыми с затратами на развитие крупнейших отраслей промышленности. По имеющимся оценкам применительно к США общий ущерб от коррозии
оценивался несколько лет назад приближенно в 100 миллиардов долларов в год. Миллионы тонн металла «съедает» коррозия и в других странах. Подсчитано, что вследствие коррозионных разрушений ежегодно выходят из строя конструкции, в которых заключено столько же металла, сколько дает 1/3 мощностей металлургической промышленности. До 2/3 металла, заключенного в выходящих из строя металлоконструкциях, возвращается в металлооборот путем переплавки, а 1/3, то есть около 10–15% общего объема ежегодно добываемого металла, распыляется и составляет невозвратимые потери. Поэтому считается, что «каждая 6-я домна металлургической промышленности работает на восполнение коррозионных потерь». Поскольку большая часть металлургических мощностей связана с возмещением коррозионных затрат, можно считать, что все защитные мероприятия, обеспечивающие снижение потерь металла от коррозии, могут косвенно способствовать увеличению металлического фонда страны. Поэтому академик Я. М. Колотыркин в свое время называл защиту от коррозии «невидимой металлургией».
В результате коррозионных разрушений выходит из строя большое количество металлических конструкций, народное хозяйство несет значительные убытки, связанные с ремонтом и заменой подчас дорогостоящего оборудования. Из-за коррозионных процессов большая часть прокорродировавшего металла безвозвратно распыляется по планете. Эти две разновидности расходов, вызванных коррозией, называют прямыми расходами. Коррозионные процессы являются причиной не только прямых, но и косвенных расходов, которые могут значительно превышать уровень прямых. Это убытки из-за простоев технологических линий и
снижения производительности оборудования при остановках отдельных агрегатов вследствие коррозии, убытки от снижения сортности производимой продукции, например, в пищевой или химической
промышленности, при загрязнении ее продуктами коррозии технологического оборудования. Особую статью в этой группе расходов составляют потери в народном хозяйстве, возникающие при разливе на больших пространствах техногенных сред при коррозионных авариях оборудования, что является одной из причин постепенного загрязнения атмосферы и водоемов. Одним из важных источников загрязнения окружающей среды является коррозионное разрушение трубопроводов, транспортирующих различные коррозионно-активные вещества, например газы, нефть, или продукты их химической переработки. Протяженность трубопроводов, используемых для транспортных целей, непрерывно возрастает, что связано с бесспорным их преимуществом перед всеми существующими способами транспортировки нефтепродуктов. В то же время увеличение протяженности трубопроводов приводит к повышению возможности их разрушения в результате коррозии, а значит, и к возрастанию загрязнения окружающей среды вследствие разлива транспортируемых
веществ. Коррозия трубопроводов, по которым транспортируются газы или нефтепродукты бывает причиной крупных катастроф1 и порождает чрезвычайные ситуации. Особенно остро стоят проблемы коррозии и защиты металлов от нее в различных отраслях добывающей и химической промышленности. В связи с этим защита от коррозии в этих отраслях имеет особенно актуальное значение, так как потери от нее оказываются весьма значительными. По усредненным оценкам, прямые потери от коррозии составляют в среднем около 4-5% национального дохода промышленно развитых стран. Косвенные потери учесть довольно трудно. Однако, во многих случаях обращалось внимание на то, что стоимость продукта, недополученного или испорченного вследствие коррозии, или ущерб, нанесенный утечкой ценных веществ или загрязнениями окружающего пространства, могут, по некоторым зарубежным данным, в 4 раза превышать затраты на ремонт и восстановление оборудования, разрушающегося при коррозии. Это позволило подсчитать, что
коррозия отнимает у промышленно развитых стран мира в среднем около десятой доли их национального дохода. Для таких крупных стран, как Россия и США, десятая часть национального дохода составляет очень крупные суммы и в пределах этих сумм даже частичная экономия может представлять большую ценность.
Коррозионные процессы часто являются поводом для споров и судебных разбирательств между поставщиками продукции или услуг и их потребителями в связи с обнаружением коррозионных поражений и
их следствий, проявляющихся в условиях эксплуатации. При разрешении таких споров большое значение имеет правильная экспертная коррозиологическая оценка коррозионного прецедента и выявление в нем определяющего фактора, так как причинами обнаруженного дефекта могут быть как недостатки проекта или ошибки в изготовлении (вина поставщика), так и нарушения технологического регламента (вина потребителя).
Юридические последствия коррозионных прецедентов возможны и в других случаях. Связано это с тем, что многие технические объекты представляют потенциальную опасность, что делает необходимым контроль их состояния на всех стадиях жизненного цикла объекта – от строительства до ликвидации в соответствии с Российскими нормативно-правовыми документами. Прогнозирование коррозии металлов6 в таких объектах особенно важно при оценке остаточного ресурса стареющей аппаратуры химических и нефтехимических
Производств. Для удобства управления безопасностью и унификации информации о техническом состоянии
металлоконструкций используют понятие предельных состояний. С коррозиологической точки зрения - это общее или местное коррозионное повреждение основного металла или сварных швов. Зависимость явления от многочисленных неучитываемых факторов делает необходимым вместо детерминированной трактовки процесса привлекать средства стохастической динамики для прогнозирования показателей надежности и безопасности техники. Прежде чем вести разговор о том, какие технологии могут быть использованы для сокращения расходов, вызванных коррозией – этим многоликим злом, имеющим множество проявлений, познакомимся с некоторыми видами коррозионных процессов.