УДК 54

ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ

№22,

Технические науки

Нурмиев Ильнат Азатович

Ключевые слова: ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ; ОКАЛИНА; ДИФФУЗИЯ; GAS CORROSION; SCALE; DIFFUSION.

Аннотация: В данной статье рассматривается газовая коррозия. В статье рассмотрены определения газовая коррозия, окалина, диффузия.

Газовая коррозия, происходит при непосредственном контакте твердого тела с химически активным газом. Характеризуется образованием на поверхности тела пленки продуктов химической реакции между веществами, входящими в состав тела и адсорбируемыми из внешней газовой среды. В дальнейшем эта пленка препятствует непосредственному контакту корродируемого материала с газом. Взаимодействие последних осуществляется посредством твердофазных реакций в тонких приповерхностных слоях пленки продуктов вследствие встречной диффузии сквозь нее реагирующих веществ. Особенно интенсивно развивается газовая коррозия при высоких температурах; возникающая при этом пленка продуктов, называемая окалиной, непрерывно утолщается.

Обычно окалина состоит из нескольких слоев (фаз), которые образованы соединениями различного химического состава и кристаллического строения. Эти слои последовательно располагаются от внутреннего края окалины к внешнему по мере убывания в составе продукта элементов, поступающих из твердого тела. В каждом слое устанавливается градиент концентраций реагирующих веществ, поддерживающий их диффузию, а в тонких приграничных зонах между слоями осуществляются промежуточные твердофазные реакции, в результате которых изменяется кристаллическая решетка фаз. Наличие градиента концентраций означает отклонение состава каждой фазы от стехиометрического АmВn и существование в кристаллической решетке двух типов дефектов — вакансий, т.е. узлов, не занятых атомами (или ионами) элемента, содержащегося в недостатке, и междоузельных атомов (или ионов) элемента, содержащегося в избытке. Кристаллическая решетка фазы может быть представлена формулами или ( — степень дефектности), которым соответствуют твердые растворы вычитания или внедрения. Соответственно и диффузия происходит по двум механизмам: путем обмена атомов с вакансиями и перемещения атомов по междоузлиям. В большинстве случаев газовая коррозия металлов элементы газовой среды образуют анионную подрешетку с дополнительно заполненными междоузлиями, металл — катионную подрешетку с большим числом вакансий. Типичный пример-образование в окалине железа твердого раствора (вюстита).

Слои окалины имеют поликристаллическое строение, поэтому скорость дифф узии реагирующих веществ и, следовательно, кинетика газовая коррозия существенно различны при диффузии сквозь микрокристаллы (зерна) и по межзеренным границам. Диффузия сквозь микрокристаллы происходит в соответствии с законами Фика, и нарастание окалины характеризуется параболической зависимостью от времени. В случае сильно легированных материалов на кинетику газовая коррозия влияет образование фаз сложных оксидов и других соединений, включающих легирующие элементы. Если эти фазы слабо проницаемы для реагирующих веществ и образуют первичные слои окалины, газовая коррозия сильно замедляется. Это используют для создания жаростойких сплавов и защитных покрытий, причем в ходе коррозии тонкий поверхностный слой защищаемого материала оказывается сильно легированным. Сталь легируют Cr, Ni, Al, Si и др. Возможен другой крайний случай, когда в окалине образуется фаза сложного оксида с низкой температурой плавления, которая в условиях газовая коррозия оказывается жидкой, что вызывает резкое ускорение процесса (так называемое катастрофическое окисление). Так бывает, например, при попадании на поверхность лопаток турбин летучих или пылевидных продуктов сгорания топлива, содержащего примеси таких элементов, как Li или V.

Диффузия по межзеренным границам протекает ускоренно; в этом случае на кинетику газовая коррозия существенно влияют особенности микроструктуры окалины: размер и форма зерен, их взаимная кристаллографическая ориентация (текстура) и т.п. Существенное значение имеет неравномерность распределения легирующих элементов (обогащение ими приграничных зон зерен). Изменение удельного объема вещества при перестройке кристаллической решетки на границах слоев создает механического напряжения вплоть до возникновения трещин, что резко ускоряет газовую коррозию.

Разновидность газовой коррозии — так называемое внутреннее окисление (и аналогичное ему внутренней азотирование или др. процессы) некоторых сплавов, содержащих элементы с высоким сродством к веществу, диффундирующему из внешней газовой среды. При этом в приповерхностном слое корродируемого материала (под окалиной) образуются мелкодисперсные частицы оксида такого элемента. Это может быть использовано для изменения механических, в частности прочностных, свойств материалов.

Система защиты от коррозии влияет не только на срок службы, но и на стоимость эксплуатации, технического обслуживания, расходы на прокачку, пропускную способность трубопровода.

Список литературы

  1. https://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_720.html
  2. Гафаров Н.А., Гончаров А.А., Кушнаренко В.М. Определение характеристик надежности и технического состояния оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений.-М. «Недра»,2001.
  3. Сухотин А.М., Чекулаев Е.И. Способы защиты оборудования от коррозии – М., «Химия»,1987.
  4. Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров – М., «Недра»,1978.
  5. Дьяков В.Г., Шрейдер А.В. Защита от сероводородной коррозии оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической помышленности – М.,ЦНИИТЭнефтехим,1984.