P

OLITECHNIKA

G

DAŃSKA

K

ATEDRA TECHNOLOGII

Z

ABEZPIECZEŃ

P

RZECIWKOROZYJNYCH

KOROZJA WŻEROWA

ĆWICZENIE LABORATORYJNE

Z K

OROZJI

METALI

N

R

5

S

TEFAN

K

RAKOWIAK

G

DAŃSK

1995

KOROZJA WŻEROWA STALI ODPORNYCH NA KOROZJĘ

1. WPROWADZENIE

Korozja wżerowa jest uszkodzeniem występującym na ważnych z punktu widzenia

technologicznego materiałach metalicznych. Jest zjawiskiem ubocznym pozytywnej
właściwości metali jakim jest pasywność, której niektóre metale zawdzięczają wysoką
odporność korozyjną w wielu, często agresywnych środowiskach.

W różnych środowiskach, w szczególności w obecności jonów halogenkowych korozji

wżerowej mogą ulegać stale węglowe niskostopowe, stale stopowe, stopy oparte na niklu,
glin, tytan oraz wiele innych metali i stopów.
Pomimo postępu jaki został zrobiony w dziedzinie badania korozji wżerowej (zastosowanie
takich technik badawczych jak elipsometria, elektronowa spektroskopia Augera,
rentgenowska fotospektroskopia) nie wszystkie aspekty tego zjawiska zostały wyjaśnione.

2. BADANIE KOROZJI WŻEROWEJ

Do badania podatności materiałów metalicznych na korozję wżerową stosuje się

szereg metod badawczych, szczególnie stałoprądowych. Ze względu na specyficzny charakter
zaatakowania nie stosuje się konwencjonalnych metod oceny ubytków wagowych. Do oceny
zaatakowania stosuje się kilka parametrów, takich jak gęstość występowania wżerów,
głębokość powstałych wżerów oraz średnica poszczególnych wżerów.

2.1. Wpływ różnych czynników na rozwój korozji wżerowej

Czynniki wpływające na podatność materiałów metalicznych na korozję wżerową

można podzielić zasadniczo na dwie grupy:

1. czynniki związane ze składem i strukturą materiału,
2. czynniki związane ze środowiskiem korozyjnym.

Do pierwszej grupy należy zaliczyć przede wszystkim skład chemiczny stali stopowej.
Stwierdzono, że odporność na korozję wżerową jest większa dla stopów o wyższej zawartości
chromu, niklu, molibdenu oraz azotu. Niekorzystnie wpływa zawartość węgla, szczególnie
gdy stal wygrzewana jest w uczulającym zakresie temperatury sprzyjającym wydzielaniu się
węglików na granicach ziaren. Zmniejszenie odporności na korozję wżerową powodują
również takie składniki jak siarka i selen. Duże znaczenie ma także jednorodność struktury
stali stopowej oraz stan powierzchni. Ogólnie, prawdopodobieństwo wystąpienia korozji
wżerowej na powierzchniach polerowanych jest znacznie mniejsze niż na szlifowanych lub
nie poddawanych żadnej obróbce.

Do drugiej grupy czynników należy zaliczyć skład roztworu stykającego się z

materiałem metalicznym, pH i temperatura środowiska oraz szybkość przepływu roztworu.
Należy zaznaczyć, że niekorzystny wpływ na odporność na korozję wżerową obok jonów
chlorkowych mają również silne depolaryzatory takie jak: Fe

3+

, Cu

2+

, Hg

2+

. Obecność

niektórych anionów działa inhibitująco na korozję wżerową. Można je uszeregować w
następujący sposób:

OH

-

> NO

3

-

> CH

3

COO

-

> SO

4

2-

> ClO

4-

2

Przepływ elektrolitu działa na rozwój korozji wżerowej w różny sposób. Niektóre źródła
podają, że szybki przepływ elektrolitu może nawet prowadzić do wyeliminowania problemu
korozji wżerowej, inne natomiast podają, że ze wzrostem szybkości elektrolitu zmienia się
przede wszystkim charakter zaatakowania. Przy małych szybkościach przepływu tworzy się
mniejsza ilość, ale większych wżerów. Przy zwiększaniu szybkości przepływu zmniejsza się
wielkość tworzących się wżerów, ale zwiększa ich gęstość.

2.2. Ocena odporności stali stopowych na korozje wżerową

W celu umożliwienia porównania odporności stali stopowych i niektórych rodzajów

stopów na korozję wżerową wprowadzono pojęcie współczynnika odporności na korozję
wżerową (PRE - Pitting Resistant Equivalent). Wartość tego współczynnika związana jest
ściśle ze składem stopu, a przede wszystkim z zawartością składników wpływających na
odporność na korozję wżerową (chrom, molibden, azot). Współczynnik odporności na korozję
wżerową oblicza się wg wzoru:

PRE = %Cr + 3.3*%Mo + 30*%N,

Na podstawie wartości tego współczynnika można przewidywać odporność stali stopowych i
stopów na korozję wżerową. Należy jednak pamiętać, że rozwój korozji wżerowej jest ściśle
związany ze składem środowiska korozyjnego oraz obecnością w stopie składników
niekorzystnie wpływających na odporność na korozję wżerową, np. węgla.

2.3. Wyznaczenie potencjałów charakterystycznych korozji wżerowej

W zależności od stosowanych technik badawczych wyróżnia się kilka wielkości

potencjałowych, charakteryzujących korozję wżerową. Stosując metodę polaryzacji
cyklicznej wyodrębniono potencjały, które przedstawiono na rysunku poniżej:

Potencjały charakterystyczne korozji wżerowej

Rys. 1. Potencjały charakterystyczne korozji wżerowej

1. E

kor

-potencjał korozyjny badanej stali,

2. E

cp

-potencjał ochronny lub krytyczny potencjał korozji wżerowej, poniżej którego

korozja wżerowa nie występuje, a powyżej tej wartości, w obszarze pomiędzy
potencjałami 2 - 4 istniejące wżery mogą się rozwijać,

3. E

rp

- potencjał powstawania wżerów nietrwałych ulegających repasywacji,

4. E

np

- potencjał korozji wżerowej lub potencjał nukleacji wżerów, tzn., potencjał powyżej

którego powstają i rozwijają się trwałe wżery, poniżej tego potencjału nowe wżery
nie powstają.

3

3. ZAPOBIEGANIE I HAMOWANIE KOROZJI WŻEROWEJ STALI ODPORNYCH

NA KOROZJĘ

Istnieją trzy główne metody zapobiegania hamowania korozji wżerowej stali

odpornych na korozję. Są to:

1. modyfikacja środowiska korozyjnego, poprzez dodawanie substancji mających

właściwości inhibitowania korozji wżerowej

2. projektowanie składu stali stopowych i stopów do zastosowania w konkretnych

warunkach korozyjnych

3. ochrona elektrochemiczna stali stopowych, polegająca na utrzymywaniu potencjału

konstrukcji w „bezpiecznym" zakresie potencjałów.

4. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stałoprądowymi metodami oceny odporności

na korozję wżerową stali stopowych oraz zapoznanie się z metodami oceny wielkości
zaatakowania.

Zakres ćwiczenia obejmuje wykonanie następujących zadań:

• obliczenie wartości współczynnika odporności na korozję wżerową badanej stali

stopowej,

• przygotowanie elektrod do badania korozji wżerowej,

• ustalenie wpływu stężenia jonów chlorkowych na korozję wżerowa.,

• wyznaczenie potencjałów charakteryzujących korozję wżerową,
• ocena wielkości zaatakowania powierzchni stali stopowej.

5. WYKONANIE ĆWICZENIA I OPRACOWANIE WYNIKÓW

5.1. 0bliczenie wartości współczynnika odporności na korozje wżerowa

Współczynnik odporności na korozję wżerową oblicza się wg wzoru, który został podany w
punkcie 2.2.

5.2. Przygotowanie elektrod do badania korozji wżerowej

Bardzo ważne znaczenie przy badaniu korozji wżerowej ma dokładne przygotowanie

powierzchni badanej stali stopowej. Otrzymane od prowadzącego elektrody do badań należy
dokładnie przeszlifować papierami ściernymi o zwiększającej się gradacji. Ostateczne
polerowanie wykonuje się na filcu zwilżonym zawiesiną wody i korundu o gradacji 1200.
Elektrodę następnie należy dokładnie opłukać w bieżącej oraz destylowanej wodzie i
odtłuścić bibułą zwilżoną acetonem. Tak przygotowaną elektrodę umieszcza się w naczyniu
elektrochemicznym wypełnionym elektrolitem wskazanym przez prowadzącego ćwiczenie.
Po tej operacji należy sprawdzać wartość potencjału elektrody badanej. W momencie gdy
zmiany potencjału nic są większe niż 1 mV/min. rozpoczyna się pomiar metodą cyklicznej
polaryzacji.

4

5.3. Badania podatności na korozję wżerową metodą cyklicznej polaryzacji

Badania wykonuje się za pomocą karty pomiarowej GAMRY sterowanej przez

komputer. Karta pomiarowa wraz ze specjalistycznym oprogramowaniem pozwala na
dokonywanie całego pakietu badań polaryzacyjnych stałoprądowych oraz pomiarów szumu
elektrochemicznego. Na karcie pomiarowej znajduje się m.in. potencjostat oraz generator,
umożliwiający programowanie zmian potencjału zgodnie z rodzajem przeprowadzanych
badań. Na rys.2 oraz 3 przedstawiono przykładowe przebiegi zależności log(i)= f(E) w
przypadku występowania i nie występowania korozji wżerowej. Strzałkami zaznaczono
kierunek zmiany potencjału.

Stal stopowa 00H17NMM2, 2% NaCl

Rys. 2. Krzywa polaryzacji cyklicznej dla przypadku występowania korozji wżerowej

Na podstawie przebiegu krzywej polaryzacji cyklicznej można wyznaczyć opisane

powyżej potencjały charakterystyczne korozji wżerowej.

Stal stopowa 00H17N14M2, 1% H

2

SO

4

Rys.3. Krzywa polaryzacji cyklicznej dla przypadku nie występowania korozji wżerowej

5.4. Badanie podatności na korozje wżerową metoda polaryzacji anodowej.

Metoda badawcza oparta na polaryzacji anodowej próbek stalowych przy użyciu prądu

stałego o gęstości 10 mA/cm

2

w czasie 60 minut w 3% roztworze NaCl. Po rym czasie

mierzona jest wielkość i gęstość powstających wżerów.

5

Rys.4. Zestaw do badania podatności na korozję wżerową metodą polaryzacji anodowej

5.5. Ocena powstałych wżerów

Oceny powstałych wżerów dokonuje się zgodnie z ASTM Practice G46-76, gdzie

ocenia się gęstość, wielkość oraz głębokość powstałych wżerów. Cytowana norma klasyfikuje
również wżery wg kształtu przekroju poprzecznego wżeru.

Rys.5. Ocena korozji wżerowej wg ASTM Practice G46-76

W celu wykonania ćwiczenia należy:

• przygotować w sposób opisany w punkcie 5.2. instrukcji dwie wskazane przez

prowadzącego ćwiczenie elektrody wykonane ze stali 00H17N14M2,

• wyznaczyć anodową krzywą polaryzacji ww. stali oraz wyznaczyć wartości

potencjałów charakterystycznych korozji wżerowej,

• przeprowadzić polaryzację prądem stałym próbki stali wskazanej przez prowadzącego

ćwiczenie i dokonać oceny powstałych wżerów.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy wypełnić otrzymane od

prowadzącego ćwiczenie karty sprawozdań.


LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA

1. Praca zbiorowa: Technika przeciwkorozyjna, WSiP, Warszawa t.2, str. 9-16
2. Fontana, N.D. Greene: Corrosion Engineering, Mc Graw-Hill Book Company, New York

1967, slr. 48-58

3. Szklarska-Śmiałowska: Pilling Corrosion of Metals, NACE, 1986

6