Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi certains métaux durent plus longtemps que d'autres ? Dans cet article, nous allons explorer le monde fascinant de la résistance à la corrosion des métaux et des alliages. Vous apprendrez comment les différents matériaux réagissent dans divers environnements et découvrirez les meilleurs moyens de protéger les équipements métalliques de la rouille et de la dégradation. Préparez-vous à découvrir les secrets d'une ingénierie durable !
La sélection de matériaux résistants à la corrosion est la mesure la plus efficace et la plus proactive pour garantir le fonctionnement fiable des équipements métalliques.
Il est donc nécessaire de connaître la résistance à la corrosion des différents métaux et alliages, de comprendre l'environnement de travail approprié pour chaque matériau, et ce n'est qu'ainsi que des mesures anti-corrosion efficaces pourront être prises pour lutter contre la corrosion des équipements métalliques.
"Les alliages à base de fer (acier et fonte) sont les matériaux métalliques les plus couramment utilisés dans l'ingénierie et présentent une résistance à la corrosion satisfaisante et de bonnes propriétés mécaniques globales dans certaines situations. Leur résistance à la corrosion est étroitement liée à celle du fer pur.
Le fer est un métal thermodynamiquement instable et résiste mal à la corrosion par rapport aux métaux proches de son potentiel d'équilibre, tels que l'aluminium, le titane, le zinc, le chrome et le cadmium.
En d'autres termes, par rapport à ces métaux, le fer est le moins résistant à la corrosion dans les environnements naturels (atmosphère, sol, eau naturelle, etc.). Cela s'explique par les raisons suivantes :
Les surpotentiels d'hydrogène et d'oxygène du fer et de ses oxydes sont relativement faibles, ce qui facilite la corrosion par dégagement d'hydrogène et par absorption d'oxygène.
Les ions de fer trivalents présents dans la rouille de fer et ses solutions ont de bons effets dépolarisants.
Les produits de corrosion du fer ont des propriétés protectrices médiocres.
Le fer est sensible à la corrosion en raison de la formation d'une cellule de concentration d'oxygène.
Le fer a une faible capacité de passivation dans des conditions naturelles.
Le fer forme des produits de corrosion insolubles, communément appelés rouille, lorsqu'il est corrodé dans la plupart des solutions faiblement acides, neutres et alcalines. La rouille a une structure poreuse et lâche et offre peu de protection.
Dans les acides non oxydants, la vitesse de corrosion augmente de manière exponentielle avec l'augmentation de la concentration d'acide, mais dans les acides oxydants, la vitesse de corrosion augmente d'abord avec l'augmentation de la concentration d'acide, puis diminue rapidement en raison de l'apparition de la passivation.
Les acides organiques sont généralement peu efficaces contre la corrosion du fer, mais la corrosion du fer peut être accélérée par l'augmentation de la température et la dissolution de l'oxygène. Le fer est stable dans les solutions alcalines à température ambiante.
Les facteurs affectant la résistance à la corrosion de l'acier au carbone sont les suivants :
1. Composition chimique
⑴ L'impact du carbone : l'impact des émissions de gaz à effet de serre. teneur en carbone dans l'acier au carbone a un impact significatif sur la vitesse de corrosion de l'acier au carbone dans les solutions acides, mais l'impact n'est pas évident dans les solutions neutres.
Dans les milieux non oxydants et faiblement oxydants, la vitesse de corrosion du matériau augmente avec la teneur en carbone, car plus la teneur en carbone de l'acier est élevée, plus il y a de précipitations de carbone dans la structure et plus il se forme de microbatteries, ce qui accélère la vitesse de corrosion.
Dans les acides oxydants, la vitesse de corrosion augmente avec l'augmentation de la teneur en carbone au début, puis diminue lorsque la teneur en carbone atteint un certain niveau, ce qui est dû au fait que l'augmentation de la teneur en carbone favorise facilement la passivation de l'acier au carbone, et la vitesse de corrosion est affaiblie.
Dans un environnement naturel et dans des solutions d'eau faiblement acides, l'impact de la teneur en carbone sur la vitesse de corrosion de l'acier au carbone n'est pas significatif.
Cela s'explique par le fait que la corrosion par dépolarisation de l'oxygène est le principal facteur dans ces environnements, et que la performance du film protecteur sur la surface du métal et la facilité avec laquelle l'oxygène atteint la surface de la cathode dans la solution sont les principaux facteurs, et que la précipitation du carbone dans l'acier n'a que peu de rapport.
⑵ Le silicium et le manganèse n'ont généralement pas d'impact évident sur la vitesse de corrosion.
⑶ L'impact du soufre et du phosphore
Le soufre nuit à la résistance à la corrosion de l'acier et la vitesse de dissolution dans les solutions acides augmente avec la teneur en soufre.
L'augmentation de la teneur en soufre dans l'acier peut facilement provoquer une corrosion locale. En effet, le soufre est généralement présent dans l'acier au carbone sous la forme de FeS et de MnS, qui sont tous deux des impuretés anodiques, provoquant des piqûres et des ruptures par corrosion sous contrainte dues aux sulfures.
Le phosphore dans l'acier est également un cathode actif, et nocif dans les solutions acides comme le soufre. Cependant, le phosphore peut améliorer efficacement la résistance à la corrosion de l'acier dans des environnements atmosphériques et d'eau de mer, surtout lorsqu'il est utilisé avec du cuivre, avec des résultats particulièrement bons.
⑷ L'impact des impuretés
Pour l'acier au carbone, toutes sortes d'impuretés réduisent la résistance à la corrosion.
2. Impact de la structure
La structure de l'acier dépend de sa composition et de l'état du traitement thermique. D'une manière générale, plus la teneur en carbone de l'acier est élevée, plus l'impact du traitement thermique sur sa résistance à la corrosion est important.
À teneur en carbone égale, la perlite granulaire présente une meilleure résistance à la corrosion que la perlite lamellaire, et plus la dispersion est importante, plus la vitesse de corrosion moyenne est élevée.
La résistance à la corrosion de l'acier au carbone non passivé est étroitement liée à sa teneur en carbone et à son traitement thermique.
En général, plus la teneur en carbone est élevée, plus la résistance à la corrosion est mauvaise ; la résistance à la corrosion de l'acier au carbone trempé à haute teneur en carbone est pire, légèrement améliorée après le revenu à basse température, la vitesse de corrosion maximale apparaît après le revenu à température intermédiaire, et après le revenu à haute température, la vitesse de corrosion diminue de manière significative en raison de la réduction de la surface active de la cathode.
L'acier faiblement allié est un acier allié dont la quantité totale est de éléments d'alliage inférieur à environ 5% dans l'acier au carbone. En fonction des différents objectifs, de nombreux types d'éléments d'alliage sont ajoutés à l'acier, et la quantité de ces éléments varie également beaucoup, de sorte qu'il existe de nombreuses qualités d'acier à faible teneur en carbone. acier allié.
1. Acier faiblement allié résistant à la corrosion atmosphérique
L'acier faiblement allié résistant à la corrosion atmosphérique est également connu sous le nom d'acier résistant aux intempéries.
Ses éléments d'alliage efficaces sont le cuivre, le phosphore et le chrome, qui enrichissent la surface de l'acier et favorisent la formation d'états amorphes, améliorant ainsi la résistance de l'acier à la corrosion dans les environnements atmosphériques.
Les aciers faiblement alliés résistants à la corrosion atmosphérique sont notamment les suivants : 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe, etc.
2. Acier faiblement allié résistant à la corrosion par l'eau de mer
Dans les environnements marins, les conditions de corrosion les plus difficiles se situent dans la zone de pulvérisation qui est alternativement sèche et humide, difficile à protéger et soumise à l'impact de l'eau de mer.
La prochaine est la zone d'immersion en eau peu profonde.
L'effet des éléments d'alliage sur la résistance à la corrosion de l'acier dans différentes sections est différent : le cuivre est le plus important pour améliorer la résistance à la corrosion de l'acier dans la zone de pulvérisation, et le phosphore a également un effet significatif.
La combinaison des deux a un meilleur effet. Le silicium et le molybdène peuvent réduire la tendance à la corrosion par piqûres de l'acier dans la zone de pulvérisation ; le chrome et l'aluminium ont également un certain effet.
Pour la résistance à la corrosion de l'acier dans des conditions d'immersion totale, le chrome a l'effet le plus évident, suivi par le phosphore, le cuivre, le silicium et le nickel.
Les aciers faiblement alliés résistants à la corrosion par l'eau de mer développés en Chine comprennent principalement le 10MnPNbRe, le 09MnCuPTi, le 10CrMoAl, le 10NiCuAs, le 10CrMoCuSi, etc.
3. Acier faiblement allié résistant à la corrosion par l'hydrogène et l'azote à haute température et à haute pression
Dans l'industrie de l'hydrotraitement du pétrole et de l'ammoniac synthétique, l'acier travaille dans des environnements d'hydrogène à haute température et à haute pression, et la matrice de carbone est facilement corrodée en interagissant avec les atomes d'hydrogène actifs qui pénètrent dans l'acier.
Il est donc possible d'ajouter à l'acier des éléments d'alliage de carbone qui forment des carbures stables avec le carbone, améliorant ainsi la résistance de l'acier à la corrosion par l'hydrogène. Des études ont montré que l'ajout de Cr, Mo et de petites quantités de V, Nb et Ti à l'acier peut améliorer sa résistance à la corrosion par l'hydrogène.
Les aciers faiblement alliés résistants à la corrosion par l'hydrogène et l'azote à haute température et à haute pression en Chine comprennent principalement le 10MoWVNb, le 10MoVNbTi, le 12SiMoVNb et le 0,8SiWMoTiNb ; l'acier anti-hydrogène étranger typique 2,25Cr1Mo est actuellement reconnu comme l'un des meilleurs aciers anti-hydrogène.
Presque tous les réacteurs d'hydrotraitement de l'industrie pétrochimique sont fabriqués dans cet acier.
4. Acier faiblement allié résistant à la corrosion par le soufre
Dans les industries du raffinage du pétrole, du gaz naturel et du gaz de ville, un grand nombre d'aciers faiblement alliés sont nécessaires pour fabriquer des pipelines, des réservoirs de stockage et d'autres équipements, qui fonctionnent souvent dans des environnements contenant du soufre et sont sujets à une grave corrosion par le soufre.
La recherche actuelle estime que la microstructure de l'acier est le facteur clé qui affecte la rupture par corrosion au soufre des aciers faiblement alliés. La formation de martensite La microstructure de l'acier doit être rigoureusement
L'acier qui résiste à la corrosion dans les conditions atmosphériques et les électrolytes neutres est appelé "acier inoxydable", tandis que l'acier qui résiste à la corrosion dans les réactifs chimiques et les milieux hautement corrosifs est appelé "acier inoxydable résistant à l'acide".
L'acier inoxydable et l'acier inoxydable résistant à l'acide sont généralement désignés par le terme "acier inoxydable". L'acier inoxydable désigne généralement les aciers dont la teneur en chrome est supérieure à 12%, et le terme "inoxydable" est un concept relatif. Un même acier peut être inoxydable dans certains environnements et non dans d'autres.
Classification de l'acier inoxydable :
Sur la base de la composition chimique, il peut être divisé en acier au chrome, acier chrome-nickel, acier chrome-manganèse, etc.
Sur la base de la microstructure, il peut être divisé en acier martensitique, acier ferritique, acier austénitique et acier à double phase austénitique-ferritique.
En fonction de son utilisation, il peut être divisé en acier inoxydable résistant à l'eau de mer, acier inoxydable résistant à la corrosion sous contrainte, acier inoxydable résistant à l'acide sulfurique, etc.
Acier inoxydable au chrome désigne l'acier inoxydable qui ne contient que du chrome ou qui est complété par une petite quantité d'autres éléments d'alliage, à l'exclusion du fer et du carbone.
Le chrome est l'élément d'alliage le plus important de l'acier inoxydable et joue trois rôles remarquables dans l'amélioration de la résistance à la corrosion des matériaux en fer et en acier :
Premièrement, il favorise la passivation des alliages à base de fer, améliorant ainsi la capacité de passivation du matériau ;
Deuxièmement, il augmente le potentiel d'électrode de la solution solide (généralement l'anode de la cellule de corrosion), c'est-à-dire la stabilité thermodynamique de la structure de la matrice ;
Troisièmement, il permet à la surface de l'acier de générer un film protecteur dense et stable, améliorant ainsi la résistance à la corrosion de l'acier.
Acier inoxydable martensitique
Acier inoxydable martensitique comprend principalement l'acier inoxydable de type Cr13 (à l'exception du 0Cr13). Ce type d'acier a une teneur élevée en carbone et permet d'obtenir des teneurs en carbone plus élevées. la résistance et la dureté par traitement thermique, mais sa résistance à la corrosion n'est pas aussi bonne que celle de l'acier inoxydable ferritique et de l'acier inoxydable austénitique, et plus la teneur en carbone est élevée, plus la résistance à la corrosion est mauvaise.
Le présent type d'acier convient aux situations où des propriétés mécaniques sont requises et où la résistance à la corrosion n'est pas trop élevée.
L'augmentation de la teneur en chrome de l'acier et l'ajout d'une petite quantité de nickel peuvent améliorer la résistance à la corrosion de l'acier. acier inoxydable martensitiquePar exemple, 1Cr17Ni2 est le martensitique le plus résistant à la corrosion, avec une bonne résistance aux acides oxydants et à la plupart des acides organiques.
Acier inoxydable ferritique
Acier inoxydable ferritique comprend le type Cr13, le type Cr17, le type Cr25-28, etc. En raison de sa teneur élevée en chrome et de sa faible teneur en carbone, sa résistance à la corrosion et à l'oxydation à haute température est meilleure que celle de l'acier inoxydable martensitique, en particulier sa résistance à la corrosion sous contrainte.
Toutefois, l'acier inoxydable ferritique présente une mauvaise résistance à la piqûre et à la corrosion. corrosion intergranulaire résistance.
L'acier inoxydable ferritique est principalement utilisé pour fabriquer des équipements et des pièces qui résistent à l'oxydation à haute température, à la corrosion par l'acide sulfurique concentré et à la corrosion par le soufre gazeux.
Le nickel a une capacité passive plus forte que le fer et est également plus stable sur le plan thermodynamique, ce qui est favorable à l'amélioration de la résistance à la corrosion de l'acier.
L'ajout d'une certaine quantité de nickel à l'acier inoxydable permet notamment d'obtenir une structure d'acier inoxydable austénitique monophasé, ce qui améliore considérablement la ténacité, la plasticité et les performances de traitement du matériau.
L'acier inoxydable au chrome-nickel est l'acier inoxydable austénitique le plus typique, contenant plus de 18% de chrome et plus de 8% de nickel, formant des types d'acier inoxydable au chrome-nickel tels que 18-8 (ou 18-9), 18-12, 25-20 (HK40), etc.
L'acier inoxydable au chrome-nickel présente une excellente résistance à la corrosion dans les milieux oxydants et non oxydants, mais sa résistance à la corrosion locale, telle que la corrosion sous contrainte, la corrosion intergranulaire et la corrosion par piqûres, est médiocre.
La corrosion locale peut être inhibée par l'alliage, par exemple en contrôlant la teneur en carbone, en réduisant la teneur en P et en N, en augmentant le Ni, et en ajoutant du Si, du Mo, du Cu, etc. pour améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte.
Austenite-L'acier à double phase ferrite est un autre type d'acier inoxydable au chrome-nickel, qui combine les caractéristiques de l'acier ferrite et de l'acier austénitique et présente des performances complémentaires.
En outre, l'acier inoxydable à durcissement par précipitation (PH) appartient également à l'acier inoxydable au chrome-nickel.
L'acier résistant aux acides est un acier inoxydable doté d'une résistance spéciale à la corrosion dans certains milieux fortement corrosifs.
Certains aciers résistants à l'acide ne présentent une résistance à la corrosion exceptionnelle que dans certains milieux spécifiques.
Par conséquent, lors de la sélection d'un acier résistant à l'acide, il est nécessaire de prendre en compte les propriétés et l'état du milieu corrosif, et de réaliser des essais de faisabilité appropriés pour s'assurer que le matériau peut fonctionner de manière fiable dans des milieux fortement corrosifs.
Les métaux colorés couramment utilisés dans la production comprennent l'aluminium, le cuivre, le magnésium, le titane et d'autres. En outre, les métaux colorés tels que le zinc, l'étain, le cadmium, l'or, l'argent et le plomb sont souvent utilisés comme matériaux de revêtement et revêtements.
1. Résistance à la corrosion de l'aluminium pur
L'aluminium pur a une faible stabilité chimique, mais il a une bonne capacité de passivation, ce qui lui permet de générer rapidement un film d'oxyde dense et bien protégé dans l'air, et donc d'avoir une bonne résistance à la corrosion.
Al2O3 est amphotère, de sorte que lorsque le pH du milieu est inférieur à 4 ou supérieur à 10, le film d'oxyde devient instable et endommagé, et la protection est perdue, ce qui entraîne l'apparition de la maladie d'Alzheimer. corrosion de l'aluminium s'intensifier. L'aluminium présente une bonne résistance à la corrosion dans l'air et dans l'eau.
2. Résistance à la corrosion de alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium sont généralement plus solides que l'aluminium pur, mais moins résistants à la corrosion. Les alliages d'aluminium présentent une résistance élevée à la corrosion dans l'atmosphère industrielle, l'atmosphère marine, l'eau douce et l'eau de mer, mais peuvent présenter des piqûres.
Les alliages d'aluminium présentent une résistance élevée à la corrosion dans les milieux oxydants en raison de leur facilité de passivation, mais sont facilement sujets à la corrosion locale telle que la corrosion par piqûres, la corrosion par crevasses et la corrosion sous contrainte dans les milieux non oxydants.
1. Résistance à la corrosion du magnésium
Le magnésium est instable dans la plupart des acides inorganiques et organiques, mais il est assez stable dans l'acide chromique et l'acide fluorhydrique, ce qui est dû au fait que le film protecteur de surface entre dans un état passif. Le magnésium n'est pas résistant à la corrosion dans les atmosphères marines et industrielles.
2. Résistance à la corrosion de alliages de magnésium
En ce qui concerne la résistance à la corrosion des alliages de magnésium, les alliages de magnésium déformables sont moins résistants à la corrosion que les alliages de magnésium coulés, car ils sont plus sensibles à la CSC.
Cependant, en général, la résistance à la corrosion des alliages de magnésium est médiocre et des mesures de protection efficaces doivent être prises pendant l'utilisation.
1. Résistance du cuivre à la corrosion
Le cuivre présente une stabilité chimique relativement élevée et un potentiel d'électrode positif, de sorte qu'il ne se corrode généralement pas dans les solutions acides.
Dans les acides non oxydants, le cuivre présente une grande stabilité chimique, mais sa résistance à la corrosion est faible dans les acides oxydants.
Le cuivre est également sujet à une forte corrosion dans d'autres milieux oxydants.
Le cuivre présente une bonne résistance à la corrosion dans diverses conditions atmosphériques, mais il est sujet à une forte corrosion dans l'air humide contenant des gaz SO2, H2S et Cl2.
En outre, il est également corrodé dans les solutions d'hydroxyde d'ammonium et de cyanure en raison de la formation d'ions complexes.
2. Résistance à la corrosion des alliages de cuivre
Les alliages de cuivre présentent généralement une meilleure résistance à la corrosion que le cuivre pur en raison de l'effet combiné de la grande stabilité thermodynamique du cuivre de base et du film protecteur de surface formé par les éléments de l'alliage.
Par conséquent, le modèle de corrosion des alliages de cuivre présente parfois certaines caractéristiques des métaux passifs.
Dans les acides non oxydants, les alliages de cuivre présentent une grande stabilité chimique.
Les alliages de cuivre présentent une bonne résistance à la corrosion dans diverses conditions atmosphériques. La résistance à la corrosion des autres métaux est la même que celle du cuivre.
Il existe de nombreux types d'alliages de cuivre, qui peuvent être divisés en deux catégories : le laiton et le bronze. En termes relatifs, la résistance à la corrosion du laiton est médiocre, notamment en ce qui concerne la tendance à la fissuration par corrosion sous contrainte (fissuration saisonnière du laiton) et à la corrosion sélective (dézincification du laiton).
1. la résistance à la corrosion du titane
Le titane a une faible stabilité thermodynamique et des propriétés chimiques actives, mais dans les milieux oxydants, un film d'oxyde protecteur dense se forme à sa surface, qui se trouve dans un état passif stable.
D'une part, le film protecteur possède de bonnes propriétés d'autoréparation et, d'autre part, il est également très stable dans diverses solutions (y compris les solutions de chlorure). Par conséquent, le titane présente une excellente résistance à la corrosion dans de nombreux milieux corrosifs et a été largement utilisé dans des applications techniques.
2. Résistance à la corrosion des alliages de titane
La résistance à la corrosion alliage de titane peuvent être divisés en deux groupes : le premier est celui des métaux précieux tels que Pd, Ru, Pt, et l'ajout de traces peut améliorer de manière significative la résistance à la corrosion de l'alliage.
L'autre groupe est constitué par le Ta, le Nb et le Mo, qui sont moins chers mais dont l'effet anticorrosion n'est perceptible que lorsque leur teneur est élevée.
Il n'existe pas beaucoup d'alliages de titane disponibles dans le commerce qui présentent une bonne résistance à la corrosion. Les alliages de titane peuvent subir des formes de corrosion telles que la corrosion par crevasses, la fragilité due à l'hydrogène, la corrosion sous contrainte, la corrosion des zones de soudure et la corrosion par explosion naturelle au cours de leur utilisation.
En conclusion, le titane et les alliages de titane présentent non seulement une bonne résistance à la corrosion, mais aussi une solidité et une résistance à la chaleur supérieures à celles d'autres matériaux, ce qui en fait un matériau structurel indispensable dans de nombreux domaines, avec des perspectives d'application très prometteuses.
Ce billet présente principalement la résistance à la corrosion de certains métaux et alliages couramment utilisés.
L'étude de ce chapitre devrait permettre de maîtriser la résistance à la corrosion et les facteurs d'influence des alliages fer-carbone, de l'acier inoxydable et de certains métaux colorés, ainsi que de comprendre les principales fonctions des éléments d'alliage résistants à la corrosion et le champ d'application des alliages résistants à la corrosion.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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