Сучасні уявлення про пітінгову корозію корозійнотривких сталей і сплавів

Abstract

UK: Мета роботи. Проаналізувати, систематизувати та узагальнити сучасні уявлення про пітінгову корозію корозійнотривких сталей і сплавів у хлоридовмісних середовищах. Методи досліджень. Аналіз літературних даних згідно з метою роботи, порівняльний аналіз, метод експертних оцінок. Отримані результати. Встановлено, що метастабільні і стабільні пітінги, в основному, зароджуються та розвиваються в околі включень, які є в складі сталей і сплавів. Їх природа та розмір безпосередньо впливають на пітінготривкість цих конструкційних матеріалів. До того ж метастабільні пітінги суттєво впливають на інтенсивність підростання стабільних внаслідок перерозподілу анодних струмів між ними. При цьому, що чим вони більші та вища їх кількість на поверхні сталі або сплаву, то нижче анодні струми в стабільних пітінгах та швидкість їх підростання. Доведено, що в пітінгах метал розчиняється селективно. Внаслідок цього в їх околі протікає твердо фазна дифузія основних компонентів сплаву, що приводить до збагачення поверхні метастабільних пітінгів хромом, а стабільних залізом. Через це метастабільні пітінги репасивуються, а стабільні підростають внаслідок утворення дефектів структури. Враховуючи характерні особливості селективного розчинення металів у метастабільних і стабільних пітінгах, їх ідентифікують за коефіцієнтом селективного розчинення Cr із пітінгів. Зокрема, якщо він менший за одиницю, то сталь або сплав пітінгує з утворенням стабільних пітінгів, а якщо більший, то метастабільних. Виявлено, що хімічний склад сталей і сплавів також визначає їх пітінготривкість у хлоридовмісних середовищах. При цьому найсуттєвіше на неї впливають Cr, Mo, N. Позитивний вплив Cr і Mo на пітінготривкість корозійнотривких сталей і сплавів пов’язують зі змішаними оксидними плівками, які ці хімічні елементи утворюють на їх поверхні. Разом з тим, є дані, що фосфор сприяє сегрегації атомів Mo і Cr, до оксидної плівки і, отже, сприяє росту пітінготривкості цих конструкційних матеріалів у хлоридовмісних середовищах. Водночас Cr сприяє збільшенню розчинності нітрогену в твердому розчині аустеніту, що призводить до утворення в пітінгах комплексу аміаку,який знижує рН корозивного середовища в пітінгах, через що вони репасивуються. Наукова новизна. Метастабільні пітінги зароджуються та розвиваються до їх репасивації, коли катодна реакція в їх околі на поверхні сталі або сплаву протікає за кисневої деполяризації, а стабільні – за кисневої та водневої на її поверхні внаслідок гідратації, розчинених компонентів сплаву в продуктах корозії. Практична цінність. Підприємства, які виробляють теплообмінне обладнання, що працююче в хлоридовмісних оборотних водах, можуть вибирати оптимальні за пітінготривкістю корозійнотривкі сталі і сплави та прогнозувати їх корозійну поведінку. RU: Цель работы. Проанализировать, систематизировать и обобщить современные представления о питтинговой коррозии коррозоннностойких сталей и сплавов в хлоридсодержащих средах. Методы исследований. Анализ литературных данных согласно цели работы, сравнительный анализ, метод экспертных оценок. Полученные результаты. Установлено, что метастабильные и стабильные питтинги в основном,зарождаются и развиваются около включений, которые есть в составе сталей и сплавов. Их природа и размер непосредственно влияют на питингостойкость этих конструкционных материалов. К тому же метастабильные питтинги существенно влияют на интенсивность роста стабильных в результате перераспределения анодных токов между ними. При этом, чем они больше и выше, их количество на поверхности стали или сплава, то ниже анодные токи в стабильных питтингах и скорость их роста. Доказано, что в питтингах металл растворяется селективно. Вследствие этого около них протекает твердофазная диффузия основных компонентов сплава, что способствует обогащению поверхности метастабильных питтингов хромом, а стабильных – железом. Поэтому метастабильные питтинги репасивируются, а стабильные растут в результате образования дефектов структуры. Учитывая характерные особенности селективного растворения металлов в метастабильных и стабильных питтингах, их идентифицируют по коэффициенту селективного растворения Cr из питтинггов. В частности, если он меньше единицы, то стали или сплав коррозируют с образованием стабильных питтингов, а если больше, то – метастабильных. Обнаружено, что химический состав сталей и сплавов также определяет их питтингостойкость в хлоридсодержащих средах. При этом наибольшее влияние на их питтингостойкость оказывают Cr, Mo, N. Поз и ти в н о е влияние Cr и Mo на питтингостойкость сталей и сплавов связывают со смешанными оксидными пленками, которые эти химические элементы образуют на их поверхности. Вместе с тем, имеются сведения, что фосфор способствует сегрегации атомов Mo и Cr к оксидной пленке и, следовательно, способствует росту питтингостойкости этих конструкционных материалов в хлоридсодержащих средах. В то же время Cr способствует увеличению растворимости азота в твердом растворе аустенита, что приводит к образованию в питтингах комплекса аммиака, который снижает рН коррозионной среды в них, что способствует их репасивации. Научная новизна. Метастабильные питтинги зарождаются и развиваются до их репасивации, когда катодная реакция в их окружении на поверхности сталей или сплавов протекает при кислородной деполяризации, а стабильные – при кислородной и водородной на их поверхности в результате гидратации, растворенных компонентов сплава в продуктах коррозии. Практическая ценность. Предприятия, которые производят теплообменное оборудование, работающее в хлоридсодержащих оборотных водах, могут выбирать оптимальные по питтингостойкости коррозионностойкие стали и сплавы и прогнозировать их коррозионное поведение. EN: Purpose. To analyse, systematize and generalize modern representations about a pitting corrosion the alloying steels and alloys in the chloride-contacting environments. Methods of researches. The analysis of literary data according to the work purpose, comparative analysis, method of expert evaluations. Results. In particular, it has been shown that metastable and stable pitings, mainly, originate and develop in the vicinity of inclusions, which are composed of steels and alloys. Their nature and size directly affect the compressive strength of these structural materials. In addition, metastable pitings significantly pour on the intensity of growth of stable due to the redistribution of anode currents between them. At the same time, that they are larger and higher their number on the surface of the steel or alloy, then lower the anode currents in stable sweating and the speed of their growth. It is proved that in pitting metal dissolves selectively. As a result, in their vicinity solid phase diffusion of the main components of the alloy occurs, which leads to enrichment of the surface of metastable pitings with chromium, and stable iron. Because of this, metastable pitings are repatriated, and stable grow as a result of defect formation. Taking into account the characteristic features of selective dissolution of metals in metastable and stable pitings. It is proposed to identify them according to the coefficient of selective dissolution of Cr from pitings. In particular, if it is less than one, then the steel or alloy pits up with the formation of stable pitings, and, if greater, then metastable. It is shown that the chemical composition of steels and alloys also determines their pyrotechnic resis¬tance in chloride-containing media. In this case, the most significant effect belongs C r, Mo, N. The positive influence of Cr and Mo on the compressive strength of corrosion-resistant steels and alloys is associated with mixed oxide films, which these chemical elements form on their surface. However, there is evidence that phosphorus contributes to the segregation of Mo and Cr atoms into the oxide film, and thus contributes to the growth of the compressive strength of these structural materials in chloride-contacting environments. At the same time, Cr contributes to increasing the solubility of nitrogen in a solid solution of austenite, which leads to the formation of ammonia complex in pitings, which reduces the pH of the corrosive medium in the pitting, that is why they are repacivated. Scientific novelty. Metastable pittings originate and develop before they are repaciated, when the cathodic reaction near the surface of steels or alloys occurs during oxygen depolarization, and stable – with oxygen and hydrogen on their surface as a result of hydration, dissolved alloy components in corrosion products. Practical value. The enterprises which make the heat-exchanging equipment working in the chloride-contacting reverse waters can choose optimal alloyed steels and alloys for their pitting resistance and to predict their corrosive behavior.