La selección de materiales resistentes a la corrosión es la medida más eficaz y proactiva para garantizar un funcionamiento fiable de los equipos metálicos.
Por lo tanto, es necesario comprender la resistencia a la corrosión de varios metales y aleaciones, comprender el entorno de trabajo adecuado para cada material y solo entonces se podrán tomar medidas anticorrosión efectivas para la corrosión de los equipos metálicos.
1. Resistencia a la corrosión de aleaciones hierro-carbono.
“Las aleaciones a base de hierro (acero y fundición) son los materiales metálicos más utilizados en ingeniería y presentan una resistencia a la corrosión satisfactoria y buenas propiedades mecánicas integrales en determinadas situaciones. Su resistencia a la corrosión está estrechamente relacionada con la resistencia a la corrosión del hierro puro.
I. Resistencia a la corrosión del hierro.
El hierro es un metal termodinámicamente inestable y tiene una baja resistencia a la corrosión en comparación con metales cercanos a su potencial de equilibrio, como el aluminio, titanio, zinc, cromo y cadmio.
Es decir, comparado con estos metales, el hierro es el menos resistente a la corrosión en ambientes naturales (atmósfera, suelo, agua natural, etc.). Esto se debe a las siguientes razones:
Los sobrepotenciales de hidrógeno y oxígeno del hierro y sus óxidos son relativamente bajos, lo que facilita la corrosión por evolución de hidrógeno y la corrosión por absorción de oxígeno.
Los iones de hierro trivalente presentes en el óxido de hierro y sus soluciones tienen buenos efectos despolarizantes.
Los productos de corrosión del hierro tienen propiedades protectoras débiles.
El hierro es susceptible a la corrosión debido a la formación de una celda de concentración de oxígeno.
El hierro tiene poca capacidad de pasivación en condiciones naturales.
El hierro forma productos de corrosión insolubles, comúnmente conocidos como óxido, cuando se corroe en la mayoría de las soluciones alcalinas, neutras y débilmente ácidas. El óxido tiene una estructura suelta y porosa y ofrece poca protección.
En los ácidos no oxidantes, la velocidad de corrosión aumenta exponencialmente al aumentar la concentración de ácido, pero en los ácidos oxidantes, la velocidad de corrosión primero aumenta al aumentar la concentración de ácido y luego disminuye rápidamente debido al inicio de la pasivación.
Los ácidos orgánicos generalmente son débiles para corroer el hierro, pero la corrosión del hierro puede acelerarse aumentando la temperatura y disolviendo el oxígeno. El hierro es estable en soluciones alcalinas a temperatura ambiente.
2. La resistencia a la corrosión del acero al carbono.
Los factores que afectan la resistencia a la corrosión del acero al carbono son:
1. Composición química
⑴ El impacto del carbono: el contenido de carbono en el acero al carbono tiene un impacto significativo en la velocidad de corrosión del acero al carbono en soluciones ácidas, pero el impacto no es obvio en soluciones neutras.
En medios no oxidantes y débilmente oxidantes, la velocidad de corrosión del material aumenta al aumentar el contenido de carbono, porque cuanto más contenido de carbono hay en el acero, más precipitación de carbono en la estructura y más microbaterías se forman, acelerando así la velocidad de corrosión.
En los ácidos oxidativos, la velocidad de corrosión aumenta al aumentar el contenido de carbono al principio y luego disminuye cuando el contenido de carbono alcanza un cierto nivel, lo que se debe al hecho de que el aumento en el contenido de carbono es fácil de promover la pasivación del acero al carbono. y la velocidad de corrosión se debilita.
En un entorno natural y en soluciones acuosas débilmente ácidas, el impacto del contenido de carbono en la velocidad de corrosión del acero al carbono no es significativo.
Esto se debe a que la corrosión por despolarización del oxígeno es el factor principal en dichos entornos, y el rendimiento de la película protectora sobre la superficie del metal y la facilidad con la que el oxígeno llega a la superficie del cátodo en la solución son los factores principales, y la precipitación de carbono en el acero tiene poca importancia. relación.
⑵ El silicio y el manganeso generalmente casi no tienen un impacto obvio en la velocidad de corrosión.
⑶ El impacto del azufre y el fósforo.
El azufre es perjudicial para la resistencia a la corrosión del acero y la velocidad de disolución en soluciones ácidas aumenta al aumentar el contenido de azufre.
El aumento del contenido de azufre en el acero puede provocar fácilmente corrosión local. Esto se debe a que el azufre suele estar presente en el acero al carbono en forma de FeS y MnS, ambas impurezas anódicas, que provocan fractura por picadura y fisuración por corrosión bajo tensión por sulfuro.
El fósforo del acero también es un cátodo activo y dañino en soluciones ácidas como el azufre. Sin embargo, el fósforo puede mejorar eficazmente la resistencia a la corrosión del acero en entornos atmosféricos y de agua de mar, especialmente cuando se utiliza con cobre, con resultados particularmente buenos.
⑷ El impacto de las impurezas.
Para el acero al carbono, todo tipo de impurezas reducirán la resistencia a la corrosión.
2. Impacto estructural
La estructura del acero depende de su composición y del estado de tratamiento térmico. En términos generales, cuanto mayor sea el contenido de carbono del acero, mayor será el impacto del tratamiento térmico en su resistencia a la corrosión.
Cuando el contenido de carbono es el mismo, la perlita granular tiene mejor resistencia a la corrosión que la perlita laminar, y cuanto mayor es la dispersión, mayor es la velocidad de corrosión promedio.
La resistencia a la corrosión del acero al carbono no pasivado está estrechamente relacionada con su contenido de carbono y su tratamiento térmico.
Generalmente, cuanto mayor es el contenido de carbono, peor es la resistencia a la corrosión; la resistencia a la corrosión del acero al carbono templado con alto contenido de carbono es peor, mejora ligeramente después del templado a baja temperatura, la tasa de corrosión máxima aparece después del templado a temperatura intermedia y después del templado a alta temperatura, la tasa de corrosión disminuye significativamente debido a la reducción de la superficie activa del cátodo. área.
3. Resistencia a la corrosión del acero de baja aleación.
El acero de baja aleación se refiere al acero aleado con una cantidad total de elementos de aleación inferior a aproximadamente el 5% en el acero al carbono. Según los diferentes propósitos, se agregan muchos tipos de elementos de aleación al acero, y la cantidad de estos elementos también varía mucho, por lo que existen muchos tipos de acero de baja aleación.
1. Acero de baja aleación resistente a la corrosión atmosférica.
El acero de baja aleación resistente a la corrosión atmosférica también se conoce como acero resistente a la intemperie y simplemente se denomina acero resistente a la intemperie.
Sus elementos de aleación eficaces son el cobre, el fósforo y el cromo, que enriquecen la superficie del acero y promueven la formación de estados amorfos, mejorando así la resistencia del acero a la corrosión en ambientes atmosféricos.
Los aceros representativos de baja aleación resistentes a la corrosión atmosférica incluyen 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe, etc.
2. Acero de baja aleación resistente a la corrosión del agua de mar.
En ambientes marinos, las condiciones de corrosión más severas ocurren en la zona de pulverización, que está alternativamente seca y húmeda, es difícil de proteger y está sujeta al impacto del agua de mar.
Lo siguiente es el área de remojo en aguas poco profundas.
El efecto de los elementos de aleación sobre la resistencia a la corrosión del acero en diferentes secciones es diferente: el cobre es el más destacado para mejorar la resistencia a la corrosión del acero en el área de pulverización, y el fósforo también tiene un efecto significativo.
La combinación de los dos tiene un mejor efecto. El silicio y el molibdeno pueden reducir la tendencia a la corrosión por picaduras del acero en la zona de pulverización; el cromo y el aluminio también tienen algún efecto.
Para la resistencia a la corrosión del acero en condiciones de inmersión total, el cromo tiene el efecto más evidente, seguido del fósforo, el cobre, el silicio y el níquel.
Los aceros de baja aleación resistentes a la corrosión del agua de mar desarrollados en China incluyen principalmente 10MnPNbRe, 09MnCuPTi, 10CrMoAl, 10NiCuAs, 10CrMoCuSi, etc.
3. Acero de baja aleación resistente a la corrosión por hidrógeno y nitrógeno a alta temperatura y alta presión.
En la industria del hidrotratamiento del petróleo y del amoníaco sintético, el acero trabaja en ambientes de hidrógeno de alta temperatura y alta presión, y la matriz de carbono se corroe fácilmente mediante la interacción con átomos de hidrógeno activos que penetran en el acero.
Por lo tanto, se pueden agregar elementos de aleación de carbono al acero, que forman carburos estables con el carbono, mejorando así la resistencia a la corrosión por hidrógeno del acero. Los estudios han demostrado que agregar Cr, Mo y pequeñas cantidades de V, Nb y Ti al acero puede mejorar su resistencia a la corrosión por hidrógeno.
Los aceros de baja aleación resistentes a la corrosión por hidrógeno y nitrógeno a alta temperatura y alta presión en China incluyen principalmente 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb y 0,8SiWMoTiNb; El típico acero antihidrógeno extranjero 2,25Cr1Mo está actualmente reconocido como uno de los mejores aceros antihidrógeno.
Casi todos los reactores de hidrotratamiento de la industria petroquímica están fabricados con este acero.
4. Acero de baja aleación resistente a la corrosión por azufre.
En las industrias de refinación de petróleo, gas natural y gas urbano, se requiere una gran cantidad de aceros de baja aleación para fabricar tuberías, tanques de almacenamiento y otros equipos, que generalmente operan en ambientes que contienen azufre y son propensos a una corrosión severa por azufre.
La investigación actual cree que la microestructura del acero es el factor clave que afecta la fractura por corrosión de azufre de los aceros de baja aleación. La formación de microestructura martensítica en acero debe ser estrictamente
2. Acero inoxidable y acero resistente a los ácidos.
El acero resistente a la corrosión en condiciones atmosféricas y electrolitos neutros se conoce como “acero inoxidable”, mientras que el acero resistente a la corrosión en reactivos químicos y medios altamente corrosivos se conoce como “acero inoxidable resistente a los ácidos”.
La gente suele referirse al acero inoxidable y al acero inoxidable resistente a los ácidos simplemente como acero inoxidable. El acero inoxidable generalmente se refiere a aceros con un contenido de cromo superior al 12%, y el término "inoxidable" es un concepto relativo. Un mismo acero puede ser inoxidable en algunos ambientes pero no en otros.
Clasificación del acero inoxidable:
Según su composición química, se puede dividir en acero al cromo, acero al cromo-níquel, acero al cromo-manganeso, etc.
Según su microestructura, se puede dividir en acero martensítico, acero ferrítico, acero austenítico y acero bifásico austenítico-ferrítico.
Según su uso, se puede dividir en acero inoxidable resistente al agua de mar, acero inoxidable resistente a la corrosión bajo tensión, acero inoxidable resistente al ácido sulfúrico, etc.
I. Resistencia a la corrosión del acero inoxidable cromado.
El acero inoxidable al cromo se refiere al acero inoxidable que contiene solo cromo o se complementa con una pequeña cantidad de otros elementos de aleación, excluidos Fe y C.
El cromo es el elemento de aleación más importante en el acero inoxidable y desempeña tres funciones importantes en la mejora de la resistencia a la corrosión de los materiales de hierro y acero:
En primer lugar, favorece la pasivación de aleaciones a base de hierro, mejorando la capacidad de pasivación del material;
En segundo lugar, aumenta el potencial del electrodo de solución sólida (generalmente el ánodo de la celda de corrosión), es decir, la estabilidad termodinámica de la estructura de la matriz;
En tercer lugar, hace que la superficie del acero genere una película protectora superficial densa y estable, mejorando así la resistencia a la corrosión del acero.
Acero inoxidable martensítico
El acero inoxidable martensítico incluye principalmente acero inoxidable tipo Cr13 (excluido 0Cr13). Este tipo de acero tiene un alto contenido de carbono y puede obtener mayor resistencia y dureza mediante tratamiento térmico, pero su resistencia a la corrosión no es tan buena como la del acero inoxidable ferrítico y el acero inoxidable austenítico, y cuanto mayor es el contenido de carbono, peor resistencia a la corrosión.
Este tipo de acero es adecuado para situaciones donde se requieren propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión no es muy alta.
Aumentar el contenido de cromo del acero y agregar una pequeña cantidad de níquel puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable martensítico; por ejemplo, el 1Cr17Ni2 es el martensítico más resistente a la corrosión, con buena resistencia a los ácidos oxidantes y a la mayoría de los ácidos orgánicos.
Acero inoxidable ferrítico
El acero inoxidable ferrítico incluye tipo Cr13, tipo Cr17, tipo Cr25-28, etc. Debido a su alto contenido de cromo y bajo contenido de carbono, su resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturas son mejores que las del acero inoxidable martensítico, especialmente su resistencia a la corrosión bajo tensión.
Sin embargo, el acero inoxidable ferrítico tiene baja resistencia a la corrosión intergranular y a la corrosión intergranular.
El acero inoxidable ferrítico se utiliza principalmente para fabricar equipos y piezas resistentes a la oxidación a alta temperatura, la corrosión por ácido sulfúrico concentrado y la corrosión por gas azufre.
2. Resistencia a la corrosión del acero inoxidable al cromo-níquel.
El níquel tiene una capacidad pasiva más fuerte que el hierro y también es más termodinámicamente estable, lo que favorece la mejora de la resistencia a la corrosión del acero.
Especialmente añadiendo una cierta cantidad de níquel al acero inoxidable, se puede obtener una estructura de acero inoxidable austenítico monofásico, mejorando significativamente la tenacidad, plasticidad y rendimiento de procesamiento del material.
El acero inoxidable al cromo-níquel es el acero inoxidable austenítico más típico, ya que contiene más del 18% de cromo y más del 8% de níquel, formando grados de acero inoxidable al cromo-níquel como 18-8 (o 18-9), 18-12, 25. -20 (HK40), etc.
El acero inoxidable al cromo-níquel tiene una excelente resistencia a la corrosión tanto en medios oxidativos como no oxidativos, pero su resistencia a la corrosión local, como el agrietamiento por corrosión bajo tensión, la corrosión intergranular y la corrosión por picaduras, es baja.
La aleación puede inhibir la corrosión local, como controlar el contenido de carbono, reducir el contenido de P y N y aumentar el Ni, y agregar Si, Mo, Cu, etc.
El acero bifásico austenita-ferrita es otro tipo de acero inoxidable al cromo-níquel, que combina las características de la ferrita y el acero austenítico y tiene un rendimiento complementario.
Además, el acero inoxidable endurecido por precipitación (PH) también pertenece al acero inoxidable al cromo-níquel.
3. Acero resistente a los ácidos
El acero resistente a los ácidos se refiere al acero inoxidable con especial resistencia a la corrosión en algunos medios corrosivos fuertes.
Para ciertos aceros resistentes a los ácidos, solo muestra una excelente resistencia a la corrosión en ciertos medios específicos.
Por lo tanto, al seleccionar acero resistente a los ácidos, es necesario considerar exhaustivamente las propiedades y el estado del medio corrosivo y realizar pruebas de viabilidad adecuadas para garantizar que el material pueda funcionar de manera confiable en medios corrosivos fuertes.
3. Resistencia a la corrosión de metales no ferrosos.
Los metales de colores comunes utilizados en la producción incluyen aluminio, cobre, magnesio, titanio y otros. Además, como materiales de revestimiento y revestimiento se suelen utilizar metales coloreados como zinc, estaño, cadmio, oro, plata y plomo.
I. Aluminio y aleaciones de aluminio
1. Resistencia a la corrosión del aluminio puro.
El aluminio puro tiene poca estabilidad química, pero tiene un buen rendimiento de pasivación, lo que puede generar rápidamente una película de óxido densa y bien protegida en el aire y, por lo tanto, tiene buena resistencia a la corrosión.
El Al2O3 es anfótero, por tanto, cuando el pH del medio es inferior a 4 o superior a 10, la película de óxido se vuelve inestable y dañada, y se pierde la protección, provocando que la corrosión del aluminio se intensifique. El aluminio tiene buena resistencia a la corrosión en el aire y el agua.
2. Resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio.
Las aleaciones de aluminio son generalmente más fuertes que el aluminio puro pero menos resistentes a la corrosión. Las aleaciones de aluminio tienen una alta resistencia a la corrosión en atmósferas industriales, marinas, de agua dulce y de mar, pero pueden corroerse.
Las aleaciones de aluminio tienen una alta resistencia a la corrosión en medios oxidativos debido a su facilidad de pasivación, pero están fácilmente sujetas a corrosión local como corrosión por picaduras, corrosión por grietas y corrosión bajo tensión en medios no oxidativos.
2. Magnesio y aleaciones de magnesio.
1. Resistencia a la corrosión del magnesio.
El magnesio es inestable en la mayoría de los ácidos orgánicos e inorgánicos, pero es bastante estable en el ácido crómico y el ácido fluorhídrico, debido a la película protectora en la superficie que entra en estado pasivo. El magnesio no es resistente a la corrosión en atmósferas marinas e industriales.
2. Resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio.
En términos de resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio, las aleaciones de magnesio deformables son menos resistentes a la corrosión que las aleaciones de magnesio fundidas, ya que son más sensibles al SCC.
Sin embargo, en general, la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio es baja y es necesario tomar medidas de protección eficaces durante su uso.
3. Cobre y aleaciones de cobre.
1. Resistencia a la corrosión del cobre.
El cobre tiene una estabilidad química relativamente alta y un potencial de electrodo positivo, por lo que generalmente no se corroe en soluciones ácidas.
En ácidos no oxidantes, el cobre tiene un alto grado de estabilidad química, pero su resistencia a la corrosión es pobre en ácidos oxidantes.
El cobre también está sujeto a una fuerte corrosión en otros medios oxidantes.
El cobre tiene buena resistencia a la corrosión en diversas condiciones atmosféricas, pero está sujeto a una fuerte corrosión en aire húmedo que contiene gases SO2, H2S y Cl2.
Además, también se corroe en soluciones de hidróxido de amonio y cianuro debido a la formación de iones complejos.
2. Resistencia a la corrosión de las aleaciones de cobre.
Las aleaciones de cobre generalmente exhiben una mejor resistencia a la corrosión que el cobre puro debido al efecto combinado de la alta estabilidad termodinámica del cobre base y la película protectora de la superficie formada por los elementos de la aleación.
Por lo tanto, el patrón de corrosión de las aleaciones de cobre a veces también presenta algunas características de los metales pasivos.
En ácidos no oxidantes, las aleaciones de cobre muestran un alto grado de estabilidad química.
Las aleaciones de cobre tienen buena resistencia a la corrosión en diversas condiciones atmosféricas. Otra resistencia a la corrosión es la misma que la del cobre.
Existen muchos tipos de aleaciones de cobre, que se pueden dividir en dos categorías: latón y bronce. Relativamente hablando, la resistencia a la corrosión del latón es baja, especialmente en términos de su tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (agrietamiento estacional del latón) y a la corrosión selectiva (descincificación del latón).
4. Titanio y aleaciones de titanio.
1. Resistencia a la corrosión del titanio.
El titanio tiene baja estabilidad termodinámica y propiedades químicas activas, pero en medios oxidantes se forma una densa película protectora de óxido en su superficie, que se encuentra en un estado pasivo estable.
Por un lado, la película protectora tiene buenas propiedades de autorreparación y, por otro lado, también es muy estable en diversas soluciones (incluidas soluciones de cloruro). Como resultado, el titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión en muchos medios corrosivos y se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de ingeniería.
2. Resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio.
Los elementos de aleación de titanio resistentes a la corrosión se pueden dividir en dos grupos: un grupo está formado por metales preciosos como Pd, Ru, Pt, y la adición de trazas puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión de la aleación.
El otro grupo es Ta, Nb y Mo, que son más baratos, pero sólo tienen un efecto anticorrosivo notable cuando el contenido es alto.
No hay muchas aleaciones de titanio disponibles comercialmente con buena resistencia a la corrosión. Las aleaciones de titanio pueden sufrir formas de corrosión, como corrosión por grietas, fragilidad por hidrógeno, corrosión por tensión, corrosión del área de soldadura y corrosión explosiva natural durante el uso.
En conclusión, el titanio y las aleaciones de titanio no sólo tienen una buena resistencia a la corrosión, sino que también tienen mayor resistencia al calor que otros materiales, lo que los convierte en un material estructural indispensable para muchos campos, con perspectivas de aplicación muy prometedoras.
4. Conclusión
Esta publicación presenta principalmente la resistencia a la corrosión de algunos metales y aleaciones de uso común.
A través del estudio de este capítulo, la atención debe centrarse en dominar la resistencia a la corrosión y los factores que influyen en las aleaciones de hierro-carbono, el acero inoxidable y algunos metales coloreados, así como en comprender las funciones principales de los elementos de aleación resistentes a la corrosión y el ámbito de aplicación. de aleaciones resistentes a la corrosión.
