Vi siete mai chiesti perché alcuni metalli durano più a lungo di altri? In questo articolo esploreremo l'affascinante mondo della resistenza alla corrosione di metalli e leghe. Imparerete come reagiscono i diversi materiali in vari ambienti e scoprirete i modi migliori per proteggere le apparecchiature metalliche dalla ruggine e dal degrado. Preparatevi a scoprire i segreti dell'ingegneria durevole!
La scelta di materiali resistenti alla corrosione è la misura più efficace e proattiva per garantire il funzionamento affidabile delle apparecchiature metalliche.
Pertanto, è necessario conoscere la resistenza alla corrosione dei vari metalli e leghe, comprendere l'ambiente di lavoro appropriato per ciascun materiale e solo in questo modo è possibile adottare misure anticorrosione efficaci per la corrosione delle apparecchiature metalliche.
"Le leghe a base di ferro (acciaio e ghisa) sono i materiali metallici più comunemente utilizzati in ingegneria e presentano una soddisfacente resistenza alla corrosione e buone proprietà meccaniche globali in determinate situazioni. La resistenza alla corrosione è strettamente correlata alla resistenza alla corrosione del ferro puro.
Il ferro è un metallo termodinamicamente instabile e ha una scarsa resistenza alla corrosione rispetto ai metalli vicini al suo potenziale di equilibrio, come alluminio, titanio, zinco, cromo e cadmio.
In altre parole, rispetto a questi metalli, il ferro è il meno resistente alla corrosione in ambienti naturali (atmosfera, suolo, acqua naturale, ecc.). Ciò è dovuto ai seguenti motivi:
I sovrapotenziali di idrogeno e ossigeno del ferro e dei suoi ossidi sono relativamente bassi, il che rende facile la corrosione per evoluzione dell'idrogeno e la corrosione per assorbimento di ossigeno.
Gli ioni di ferro trivalente presenti nella ruggine di ferro e nelle sue soluzioni hanno buoni effetti depolarizzanti.
I prodotti di corrosione del ferro hanno scarse proprietà protettive.
Il ferro è soggetto a corrosione a causa della formazione di una cella di concentrazione di ossigeno.
Il ferro ha una debole capacità di passivazione in condizioni naturali.
Il ferro forma prodotti di corrosione insolubili, comunemente noti come ruggine, quando viene corroso nella maggior parte delle soluzioni debolmente acide, neutre e alcaline. La ruggine ha una struttura porosa e poco stabile e fornisce una scarsa protezione.
Negli acidi non ossidanti, la velocità di corrosione aumenta esponenzialmente con l'aumento della concentrazione di acido, ma negli acidi ossidanti, la velocità di corrosione aumenta prima con l'aumento della concentrazione di acido e poi diminuisce rapidamente a causa dell'inizio della passivazione.
Gli acidi organici sono generalmente deboli alla corrosione del ferro, ma la corrosione del ferro può essere accelerata con l'aumento della temperatura e la dissoluzione dell'ossigeno. Il ferro è stabile nelle soluzioni alcaline a temperatura ambiente.
I fattori che influenzano la resistenza alla corrosione dell'acciaio al carbonio sono:
1. Composizione chimica
⑴ L'impatto del carbonio: l'impatto del carbonio. contenuto di carbonio nell'acciaio al carbonio ha un impatto significativo sulla velocità di corrosione dell'acciaio al carbonio in soluzioni acide, ma l'impatto non è evidente nelle soluzioni neutre.
Nei mezzi non ossidanti e debolmente ossidanti, la velocità di corrosione del materiale aumenta con l'aumento del contenuto di carbonio, perché più è alto il contenuto di carbonio nell'acciaio, più precipitazioni di carbonio nella struttura e più microbatterie si formano, accelerando così la velocità di corrosione.
Negli acidi ossidativi, la velocità di corrosione aumenta con l'aumento del contenuto di carbonio all'inizio, per poi diminuire quando il contenuto di carbonio raggiunge un certo livello; ciò è dovuto al fatto che l'aumento del contenuto di carbonio favorisce facilmente la passivazione dell'acciaio al carbonio e la velocità di corrosione si indebolisce.
In ambiente naturale e in soluzioni di acqua debolmente acida, l'impatto del contenuto di carbonio sulla velocità di corrosione dell'acciaio al carbonio non è significativo.
Ciò è dovuto al fatto che la corrosione per depolarizzazione dell'ossigeno è il fattore principale in questi ambienti, e le prestazioni del film protettivo sulla superficie del metallo e la facilità con cui l'ossigeno raggiunge la superficie del catodo nella soluzione sono i fattori principali, mentre la precipitazione di carbonio nell'acciaio ha una scarsa relazione.
⑵ Il silicio e il manganese in genere non hanno quasi alcun impatto evidente sulla velocità di corrosione.
⑶ L'impatto di zolfo e fosforo
Lo zolfo è dannoso per la resistenza alla corrosione dell'acciaio e la velocità di dissoluzione in soluzioni acide aumenta con l'aumentare del contenuto di zolfo.
L'aumento del contenuto di zolfo nell'acciaio può facilmente causare corrosione locale. Questo perché lo zolfo è solitamente presente nell'acciaio al carbonio sotto forma di FeS e MnS, entrambe impurità anodiche che causano la vaiolatura e la frattura da tensocorrosione da solfuro.
Il fosforo nell'acciaio è anche un catodo attivo e dannoso in soluzioni acide come lo zolfo. Tuttavia, il fosforo può migliorare efficacemente la resistenza alla corrosione dell'acciaio in ambienti atmosferici e marini, soprattutto se utilizzato con il rame, con risultati particolarmente buoni.
⑷ L'impatto delle impurità
Per l'acciaio al carbonio, tutti i tipi di impurità riducono la resistenza alla corrosione.
2. Impatto della struttura
La struttura dell'acciaio dipende dalla sua composizione e dallo stato di trattamento termico. In generale, maggiore è il contenuto di carbonio nell'acciaio, maggiore è l'impatto del trattamento termico sulla sua resistenza alla corrosione.
A parità di contenuto di carbonio, la perlite granulare presenta una migliore resistenza alla corrosione rispetto alla perlite lamellare, e maggiore è la dispersione, più alto è il tasso medio di corrosione.
La resistenza alla corrosione dell'acciaio al carbonio non passivato è strettamente correlata al contenuto di carbonio e al trattamento termico.
In generale, maggiore è il contenuto di carbonio, peggiore è la resistenza alla corrosione; la resistenza alla corrosione dell'acciaio al carbonio bonificato ad alto tenore di carbonio è peggiore, leggermente migliorata dopo il rinvenimento a bassa temperatura, il tasso di corrosione massimo appare dopo il rinvenimento a temperatura intermedia e dopo il rinvenimento ad alta temperatura, il tasso di corrosione diminuisce significativamente a causa della riduzione della superficie catodica attiva.
Per acciaio basso legato si intende l'acciaio legato con una quantità totale di elementi in lega inferiore a circa 5% nell'acciaio al carbonio. In base ai diversi scopi, ci sono molti tipi di elementi di lega aggiunti all'acciaio e anche la quantità di questi elementi varia notevolmente, quindi ci sono molti gradi di acciaio a basso tenore di carbonio. acciaio legato.
1. Acciaio a bassa lega resistente alla corrosione atmosferica
L'acciaio basso legato resistente alla corrosione atmosferica è noto anche come acciaio per gli agenti atmosferici.
Gli elementi di lega efficaci sono il rame, il fosforo e il cromo, che arricchiscono la superficie dell'acciaio e favoriscono la formazione di stati amorfi, migliorando così la resistenza dell'acciaio alla corrosione in ambiente atmosferico.
Gli acciai bassolegati rappresentativi resistenti alla corrosione atmosferica includono 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe, ecc.
2. Acciaio a bassa lega resistente alla corrosione dell'acqua di mare
Negli ambienti marini, le condizioni di corrosione più difficili si verificano nell'area di spruzzatura, che è alternativamente asciutta e bagnata, è difficile da proteggere ed è soggetta all'impatto con l'acqua di mare.
La successiva è l'area di immersione in acque poco profonde.
L'effetto degli elementi di lega sulla resistenza alla corrosione dell'acciaio nelle diverse sezioni è diverso: il rame è il più importante nel migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio nella zona di spruzzatura, e anche il fosforo ha un effetto significativo.
La combinazione dei due elementi ha un effetto migliore. Il silicio e il molibdeno possono ridurre la tendenza alla corrosione per vaiolatura dell'acciaio nell'area di spruzzatura; anche il cromo e l'alluminio hanno un certo effetto.
Per la resistenza alla corrosione dell'acciaio in condizioni di immersione completa, il cromo ha l'effetto più evidente, seguito da fosforo, rame, silicio e nichel.
Gli acciai basso legati resistenti alla corrosione dell'acqua di mare sviluppati in Cina comprendono principalmente 10MnPNbRe, 09MnCuPTi, 10CrMoAl, 10NiCuAs, 10CrMoCuSi, ecc.
3. Acciaio a bassa lega resistente alla corrosione da idrogeno e azoto ad alta temperatura e alta pressione
Nell'industria dell'idrotrattamento del petrolio e dell'ammoniaca sintetica, l'acciaio lavora in ambienti con idrogeno ad alta temperatura e ad alta pressione e la matrice di carbonio si corrode facilmente interagendo con gli atomi di idrogeno attivi che penetrano nell'acciaio.
Pertanto, è possibile aggiungere all'acciaio elementi legati al carbonio, che formano carburi stabili con il carbonio, migliorando così la resistenza alla corrosione da idrogeno dell'acciaio. Alcuni studi hanno dimostrato che l'aggiunta di Cr, Mo e piccole quantità di V, Nb e Ti all'acciaio può migliorare la sua resistenza alla corrosione da idrogeno.
Gli acciai basso legati resistenti alla corrosione da idrogeno e azoto ad alta temperatura e ad alta pressione in Cina includono principalmente 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb e 0,8SiWMoTiNb; il tipico acciaio straniero anti-idrogeno 2,25Cr1Mo è attualmente riconosciuto come uno dei migliori acciai anti-idrogeno.
Quasi tutti i reattori di idrotrattamento dell'industria petrolchimica sono realizzati con questo acciaio.
4. Acciaio a bassa lega resistente alla corrosione da zolfo
Nell'industria della raffinazione del petrolio, del gas naturale e del gas di città, è necessario un gran numero di acciai basso legati per la produzione di condotte, serbatoi di stoccaggio e altre attrezzature, che spesso lavorano in ambienti contenenti zolfo e sono soggetti a una grave corrosione da zolfo.
La ricerca attuale ritiene che la microstruttura dell'acciaio sia il fattore chiave che influenza la frattura per corrosione da zolfo degli acciai basso legati. La formazione di martensite microstruttura dell'acciaio deve essere rigorosamente
L'acciaio resistente alla corrosione in condizioni atmosferiche ed elettroliti neutri è noto come "acciaio inossidabile", mentre l'acciaio resistente alla corrosione con reagenti chimici e mezzi altamente corrosivi è noto come "acciaio inossidabile resistente agli acidi".
In genere si parla di acciaio inossidabile e di acciaio inossidabile resistente agli acidi semplicemente come acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile si riferisce solitamente ad acciai con un contenuto di cromo superiore a 12%, e il termine "inossidabile" è un concetto relativo. Uno stesso acciaio può essere inossidabile in alcuni ambienti ma non in altri.
Classificazione dell'acciaio inossidabile:
In base alla composizione chimica, può essere suddiviso in acciaio al cromo, acciaio al cromo-nichel, acciaio al cromo-manganese, ecc.
In base alla microstruttura, può essere suddiviso in acciaio martensitico, acciaio ferritico, acciaio austenitico e acciaio austenitico-ferritico a doppia fase.
In base all'uso, può essere suddiviso in acciaio inox resistente all'acqua di mare, acciaio inox resistente alla corrosione, acciaio inox resistente all'acido solforico, ecc.
Acciaio inossidabile al cromo si riferisce all'acciaio inossidabile che contiene solo cromo o è integrato con una piccola quantità di altri elementi di lega, esclusi Fe e C.
Il cromo è l'elemento di lega più importante dell'acciaio inossidabile e svolge tre ruoli fondamentali nel migliorare la resistenza alla corrosione dei materiali in ferro e acciaio:
In primo luogo, favorisce la passivazione delle leghe a base di ferro, migliorando la capacità di passivazione del materiale;
In secondo luogo, aumenta il potenziale elettrodico della soluzione solida (di solito l'anodo della cella di corrosione), ovvero la stabilità termodinamica della struttura della matrice;
In terzo luogo, fa sì che la superficie dell'acciaio generi una pellicola protettiva superficiale densa e stabile, migliorando così la resistenza alla corrosione dell'acciaio.
Acciaio inossidabile martensitico
Acciaio inossidabile martensitico comprende principalmente l'acciaio inossidabile di tipo Cr13 (escluso lo 0Cr13). Questo tipo di acciaio ha un elevato contenuto di carbonio e può ottenere una maggiore forza e durezza attraverso un trattamento termico, ma la sua resistenza alla corrosione non è pari a quella degli acciai inossidabili ferritici e austenitici; inoltre, più alto è il contenuto di carbonio, peggiore è la resistenza alla corrosione.
Questo tipo di acciaio è adatto a situazioni in cui sono richieste proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione non troppo elevata.
L'aumento del contenuto di cromo nell'acciaio e l'aggiunta di una piccola quantità di nichel possono migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio. acciaio inossidabile martensiticoAd esempio, 1Cr17Ni2 è il martensitico più resistente alla corrosione, con una buona resistenza agli acidi ossidanti e alla maggior parte degli acidi organici.
Acciaio inossidabile ferritico
Acciaio inossidabile ferritico comprende il tipo Cr13, il tipo Cr17, il tipo Cr25-28, ecc. Grazie all'elevato contenuto di cromo e al basso contenuto di carbonio, la resistenza alla corrosione e all'ossidazione ad alta temperatura è migliore rispetto all'acciaio inossidabile martensitico, soprattutto per quanto riguarda la resistenza alla tensocorrosione.
Tuttavia, gli acciai inossidabili ferritici hanno una scarsa resistenza alla vaiolatura e corrosione intergranulare resistenza.
L'acciaio inossidabile ferritico è utilizzato principalmente per produrre apparecchiature e parti resistenti all'ossidazione ad alta temperatura, alla corrosione da acido solforico concentrato e alla corrosione da zolfo gassoso.
Il nichel ha una maggiore capacità passiva rispetto al ferro ed è anche più stabile dal punto di vista termodinamico, il che è favorevole al miglioramento della resistenza alla corrosione dell'acciaio.
In particolare, aggiungendo una certa quantità di nichel all'acciaio inossidabile, si può ottenere una struttura austenitica monofase, migliorando notevolmente la tenacità, la plasticità e le prestazioni di lavorazione del materiale.
L'acciaio inossidabile al cromo-nichel è il più tipico acciaio inossidabile austenitico, contenente più di 18% di cromo e più di 8% di nichel, che forma tipi di acciaio inossidabile al cromo-nichel come 18-8 (o 18-9), 18-12, 25-20 (HK40), ecc.
L'acciaio inossidabile al cromo-nichel ha un'eccellente resistenza alla corrosione sia in mezzi ossidativi che non ossidativi, ma la sua resistenza alla corrosione locale, come la tensocorrosione, la corrosione intergranulare e la vaiolatura, è scarsa.
La corrosione locale può essere inibita mediante leghe, come il controllo del contenuto di carbonio, la riduzione del contenuto di P e N e l'aumento del Ni, mentre l'aggiunta di Si, Mo, Cu, ecc. può migliorare la resistenza alla tensocorrosione.
Austenite-L'acciaio a doppia fase ferritico è un altro tipo di acciaio inossidabile al cromo-nichel, che combina le caratteristiche dell'acciaio ferritico e di quello austenitico e ha prestazioni complementari.
Inoltre, anche l'acciaio inossidabile a indurimento per precipitazione (PH) appartiene agli acciai inossidabili al cromo-nichel.
L'acciaio resistente agli acidi si riferisce all'acciaio inossidabile con una speciale resistenza alla corrosione in alcuni mezzi fortemente corrosivi.
Per alcuni acciai resistenti agli acidi, la resistenza alla corrosione è eccezionale solo in alcuni mezzi specifici.
Pertanto, nella scelta dell'acciaio resistente agli acidi, è necessario considerare in modo esaustivo le proprietà e lo stato del mezzo corrosivo e condurre test di fattibilità appropriati per garantire che il materiale possa funzionare in modo affidabile in mezzi fortemente corrosivi.
I metalli colorati più comuni utilizzati nella produzione includono alluminio, rame, magnesio, titanio e altri. Inoltre, metalli colorati come zinco, stagno, cadmio, oro, argento e piombo sono spesso utilizzati come materiali di rivestimento e rivestimenti.
1. Resistenza alla corrosione dell'alluminio puro
L'alluminio puro ha una scarsa stabilità chimica, ma ha buone prestazioni di passivazione, in grado di generare rapidamente un film di ossido denso e ben protetto nell'aria, e quindi ha una buona resistenza alla corrosione.
L'Al2O3 è anfotero, per cui quando il pH del mezzo è inferiore a 4 o superiore a 10, il film di ossido diventa instabile e danneggiato, e la protezione viene meno, causando l'insorgere di problemi di salute. corrosione dell'alluminio per intensificarsi. L'alluminio ha una buona resistenza alla corrosione in aria e in acqua.
2. Resistenza alla corrosione di leghe di alluminio
Le leghe di alluminio sono generalmente più resistenti dell'alluminio puro, ma meno resistenti alla corrosione. Le leghe di alluminio hanno un'elevata resistenza alla corrosione in atmosfera industriale, marina, in acqua dolce e di mare, ma possono soffrire di vaiolatura.
Le leghe di alluminio hanno un'elevata resistenza alla corrosione in mezzi ossidativi grazie alla facilità di passivazione, ma sono facilmente soggette a corrosione locale come pitting, corrosione interstiziale e corrosione da stress in mezzi non ossidativi.
1. Resistenza alla corrosione del magnesio
Il magnesio è instabile nella maggior parte degli acidi inorganici e organici, ma è abbastanza stabile all'acido cromico e all'acido fluoridrico, grazie alla pellicola protettiva superficiale che passa allo stato passivo. Il magnesio non è resistente alla corrosione in atmosfera marina e industriale.
2. Resistenza alla corrosione di leghe di magnesio
In termini di resistenza alla corrosione delle leghe di magnesio, le leghe di magnesio deformabili sono meno resistenti alla corrosione rispetto alle leghe di magnesio fuse, in quanto più sensibili alla SCC.
Tuttavia, in generale, la resistenza alla corrosione delle leghe di magnesio è scarsa e occorre adottare misure di protezione efficaci durante l'uso.
1. Resistenza del rame alla corrosione
Il rame ha una stabilità chimica relativamente elevata e un potenziale elettrodico positivo, quindi in genere non si corrode in soluzioni acide.
Negli acidi non ossidanti, il rame ha un alto grado di stabilità chimica, ma la sua resistenza alla corrosione è scarsa negli acidi ossidanti.
Il rame è soggetto a forte corrosione anche in altri mezzi ossidanti.
Il rame ha una buona resistenza alla corrosione in varie condizioni atmosferiche, ma è soggetto a una forte corrosione in aria umida contenente gas SO2, H2S e Cl2.
Inoltre, si corrode anche in soluzioni di idrossido di ammonio e cianuro a causa della formazione di ioni complessi.
2. Resistenza alla corrosione delle leghe di rame
Le leghe di rame presentano generalmente una migliore resistenza alla corrosione rispetto al rame puro, grazie all'effetto combinato dell'elevata stabilità termodinamica del rame di base e della pellicola superficiale protettiva formata dagli elementi della lega.
Pertanto, il modello di corrosione delle leghe di rame presenta talvolta anche alcune caratteristiche dei metalli passivi.
Negli acidi non ossidanti, le leghe di rame presentano un elevato grado di stabilità chimica.
Le leghe di rame hanno una buona resistenza alla corrosione in varie condizioni atmosferiche. La resistenza alla corrosione delle altre leghe è uguale a quella del rame.
Esistono molti tipi di leghe di rame, che possono essere suddivise in due categorie: ottone e bronzo. In termini relativi, la resistenza alla corrosione dell'ottone è scarsa, soprattutto per quanto riguarda la tendenza alla tensocorrosione (brass season cracking) e alla corrosione selettiva (brass dezincification).
1.Resistenza alla corrosione del titanio
Il titanio ha una scarsa stabilità termodinamica e proprietà chimiche attive, ma in presenza di mezzi ossidanti, sulla sua superficie si forma una densa pellicola protettiva di ossido, che si trova in uno stato passivo stabile.
Da un lato, la pellicola protettiva ha buone proprietà autorigeneranti e, dall'altro, è molto stabile in varie soluzioni (comprese quelle di cloruro). Di conseguenza, il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione in molti mezzi corrosivi ed è stato ampiamente utilizzato nelle applicazioni ingegneristiche.
2. Resistenza alla corrosione delle leghe di titanio
La resistenza alla corrosione lega di titanio Gli elementi possono essere divisi in due gruppi: un gruppo è costituito da metalli preziosi come Pd, Ru, Pt, e l'aggiunta di tracce può migliorare significativamente la resistenza alla corrosione della lega.
L'altro gruppo è costituito da Ta, Nb e Mo, che sono più economici ma hanno un effetto anticorrosione notevole solo quando il contenuto è elevato.
Non sono molte le leghe di titanio disponibili in commercio con una buona resistenza alla corrosione. Durante l'uso, le leghe di titanio possono subire forme di corrosione come la corrosione interstiziale, la fragilità da idrogeno, la corrosione da stress, la corrosione delle aree di saldatura e la corrosione naturale da esplosione.
In conclusione, il titanio e le leghe di titanio non solo hanno una buona resistenza alla corrosione, ma anche una maggiore forza e resistenza al calore rispetto ad altri materiali, il che li rende un materiale strutturale indispensabile per molti settori, con prospettive di applicazione molto promettenti.
Questo post introduce principalmente la resistenza alla corrosione di alcuni metalli e leghe comunemente utilizzati.
Attraverso lo studio di questo capitolo, l'attenzione dovrebbe essere rivolta alla padronanza della resistenza alla corrosione e dei fattori di influenza delle leghe ferro-carbonio, dell'acciaio inossidabile e di alcuni metalli colorati, nonché alla comprensione delle funzioni principali degli elementi di lega resistenti alla corrosione e dell'ambito di applicazione delle leghe resistenti alla corrosione.
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