Прежде чем рассматривать классификацию условий окружающей среды в зависимости от её коррозионной активности, уточним само понятие «коррозия». Под коррозией понимают самопроизвольное разрушение металлов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Наиболее распространённым, а следовательно, и наиболее интересующим нас в свете условий эксплуатации металлоконструкций видом коррозии является электрохимическая коррозия.
Кратко её можно определить как коррозию, протекающую в электролитически проводящей среде — воде, а также в водных раствора щелочей, солей и пр. Необходимыми условиями протекания электрохимической коррозии являются: наличие анодных и катодных участков металла, присутствие кислорода, воды и находящихся в ней свободных ионов. Помимо этого, немаловажное значение имеет температура, поскольку процессы коррозии являются термодинамическими и ускоряются при повышении температуры.
Таким образом, условия окружающей среды (при рассмотрении степени электрохимической коррозии) могут отличаться друг от друга различными уровнями содержания кислорода, воды и водорастворимых веществ — жидких, твёрдых или газообразных, а также температурой.
Изначально, в зависимости от коррозионной активности, классификация условий окружающей среды была определена международным стандартом ISO 9223 — 1992: «Коррозия металлов и сплавов — Коррозионная активность атмосферы — Классификация». Исходя из коррозионной активности среды, этот стандарт классифицировал окружающие условия как С1,С2,СЗ и т.д.
Впоследствии для индустрии окраски был разработан охватывающий многие аспекты данной отрасли стандарт ISO 12944 :«Лаки и краски — Защита стальных конструкций от коррозии защитными окрасочными системами»; состоящий из восьми частей. Данный стандарт наряду с общими определениями, базовой информацией по проектированию, рекомендациями по подготовке поверхностей и нанесению ЛШ, комбинацией защитных лакокрасочных материалов, методами тестирования и составлением окрасочных спецификаций детально описывает коррозионное воздействие, вызванное атмосферой, различными типами воды и почвы (ISO 12944, Часть 2). Причём классификации условий окружающей среды при этом отводится особое место как основополагающему, исходному аспекту в концепции защиты металла от разрушения.
Исходя из того, что скорость коррозии увеличивается из-за:
- увеличения относительной влажности;
- образования конденсата;
- увеличения количества загрязнений в атмосфере;
стандартом ISO 12944 атмосферная среда разделяется на шесть атмосферно-коррозийных категорий:
- С1 — очень низкая
- С2 — низкая
- СЗ — средняя
- С4 — очень высокая (индустриальная)
- С5 М — очень высокая (морская)
Тогда чем определяются категории коррозионной активности среды? В основе их отличий друг от друга лежит степень потери массы и толщины неокрашенного металла. В таблице 1 приведена классификация условий окружающей среды на атмосферно-коррозионные категории, их характеристики, а также указана потеря массы и толщины металла для низкоуглеродистой стали и цинка для каждой отдельной категории. Так, например, в среде С1 незащищённая сталь теряет менее 1,3 микрона толщины в год, что эквивалентно 26-52 микронам в 20-40 лет. Подобное разрушение поверхности металла не вызывает слишком серьёзных опасений за потерю прочности и/или герметичности конструкции. Исключение, пожалуй, составляет тонколистовой металл — кровельная жесть, вентиляционные каналы и т.п. Скорее всего, коррозия такого уровня будет замечена лишь из-за ухудшения чисто декоративных свойств поверхностей.
| Категория коррозии | Потеря массы/толщины на единицу поверхности (первый год эксплуатации) | Примеры типичных условий окружающей среды в умеренном климате | ||||
| Потеря массы, г/м2 | Потеря толщины, Мкм | Потеря массы, г/м2 | Потеря толщины, Мкм | Открытые площадки | Внутренние помещения | |
| С1 Очень низкая | <=0 | <=1,3 | <=0,7 | <=0,1 | Внутри отапливаемых зданий с чистой атмосферой (школы, офисы, магазины, отели…) | |
| С2 Низкая | 10-200 | 1,3-25 | 0,7-5 | 0,1-0,7 | Атмосфера с низким уровнем загрязнения и сухим климатом. Преимущественно сельская местность. | Неотапливаемые помещение, где может образовываться конденсация влаги (депо, спортивные залы…) |
| С3 Средняя | 200-400 | 25-50 | 5-15 | 0,7-2,1 | Городская и промышленная атмосфера с умеренным загрязнением оксидом серы. | Производства с высокой влажностью и большим загрязнением воздуха (пищевые производства, прачечные, сыроварни…) |
| С4 Высокая | 400-650 | 50-80 | 15-30 | 2,1-4,2 | Промышленные и прибрежные районы с умеренной соленостью. | Химические заводы, плавательные бассейны, прибрежные судостроительные верфи |
| С5-1 Очень высокая (индустриальная) | 650-1500 | 80-200 | 30-60 | 4,2-8,4 | Промышленные районы с высокой влажностью и агрессивной средой. | |
| С5-М Очень Высокая (морская) | 650-1500 | 80-200 | 30-60 | 4,2-8,4 | Прибрежные и морские районы с высокой соленостью. | |
| ПРИМЕЧАЧАНИЕ 1. Значения потерь, приведенные для различных значений коррозии, идентичны данным ISO 92230. ПРИМЕЧАНИЕ 2. В прибрежных районах и горячих влажных зонах потери массы и толщины могут превышать пределы категории С5-М. Необходимо предпринимать специальные предосторожности при выборе систем защиты покрытий. |
||||||
В среде СЗ та же сталь уже теряет от 25 до 50 микрон толщины в год, или 0,5 — 2 миллиметра в 20 — 40 лет, а в более агрессивной среде С5-М первоначальные показатели (для среды С1) уже возрастают более, чем в 60 -150 раз, что составляет 80 — 200 микрон в год, или 1,6 — 8 миллиметров в 20 — 40 лет. Если не принять соответствующих мер, то при подобном разрушении одна часть металлоконструкций существенно утратит свои характеристики прочности и непроницаемости, а другая — может и вовсе перестать существовать.
Следует отметить, что всё вышесказанное относится к случаям непосредственного воздействия естественной окружающей среды на металл. Ситуации с присутствием дополнительных химикатов в виде перевозимых, хранимых или случайно разлитых грузов в данном контексте не рассматриваются. Но нередко встречаются случаи, когда воздействие естественной сред может оказаться лишь частичным, т.е. в той или иной степени ослабленным. Это относится к тем поверхностям, которые лишь частично подвержены контакту с окружающей атмосферой.
Рассмотрим для примера конструкцию склада с большими раздвижными воротами, расположенного на береговой части морского грузового терминала (среда С5-М). Хотя и внутренние участки такого склада защищены стенами и крышей от прямого контакта с окружающей средой, но при ежедневном открывании ворот, въезде и выезде транспорта свежий атмосферный воздух и всякого рода загрязнения, приносимые на колёсах машин извне, непременно окажут своё влияние на коррозионные процессы, протекаемые на металлических поверхностях внутри склада. В данном случае воздействие коррозиипрактически можно оценить как С5-М.
Влияние этой же среды внутри относительно изолированных помещений, расположенных в глубине такого склада, например, всевозможных редко открываемых кладовых, электрощитовых и т.д. уже будет значительно слабее, чем в самом складе.
Если же рассмотреть герметично закрытые ёмкости, которые не открываются, то из-за отсутствия притока кислорода коррозия в них практически не наблюдается, и влияние окружающей среды на внутренние поверхности никак не сказывается. Однако ситуация может измениться, если ёмкости периодически открывают, и с попаданием свежего воздуха начинается окисление металла.
Известны и случаи непредсказуемого изменения воздействия окружающей среды на протекание коррозионных процессов. Так, при повышении температуры на наружных поверхностях труб и сосудов при наличии атмосферной влаги коррозионные процессызначительно ускоряются. Но если ситуация складывается таким образом, что от повышенной температуры влага успевает испаряться и поверхность металла долгое время остается сухой, то коррозия существенно замедляется. Подобные явления можно наблюдать на некоторых участках теплотрасс.
По типу климата также можно сделать общие заключения о коррозии. Так, в холодном или сухом климате уровень коррозии будет ниже, чем в умеренном. Наиболее высоким уровень коррозии будет в жарком и влажном климате. Для конструкций, погружённых в воду, стандарт ISO 12944 определяет три различные по коррозионной активности зоны:
- Подводная зона — область, которая постоянно находится под водой;
- Промежуточная, или переменная зона — область, в которой уровень воды меняется из-за естественных и искусственных эффектов, увеличивая таким образом коррозию из-за комбинированного влияния воды и атмосферы;
- Зона брызг — область, подверженная воздействию волн и брызг, что может привести к исключительно высокой коррозии, особенно в морской воде.
Коррозия в почве зависит от содержания минералов и от их природы, а также от наличия органических веществ, воды и содержания кислорода. На коррозионную активность почвы влияет степень проветривания. Содержание кислорода может изменяться, и при этом могут формироваться элементы коррозии. Там, где главные стальные конструкции (трубопроводы, туннели, цистерны и т.д.) находятся под различными типами почв с различным содержанием кислорода и с различным уровнем грунтовых вод и т.д. увеличение местной коррозии может происходить из-за формирования коррозионных элементов.
Различные типы почв и различия в параметрах почв не рассматриваются как критерии классификации в ISO 12944. Более детально вопросы коррозии описаны в EN 12501-1. В таблице 2 приведена классификация условий окружающей среды по ISO 12944 применительно к условиям погружения в воду и заглубления в почву.
Резюме
При решении задачи защиты металла от коррозии вследствие взаимодействия с естественной окружающей средой нужно правильно оценить категорию окружающей среды и влияние дополнительных факторов, усиливающих или ослабляющих это взаимодействие. Эта оценка послужит исходной информацией для выбора защитных окрасочных систем в зависимости от категории окружающей среды и предполагаемого срока службы покрытия.
| Категория | Окружение | Примеры окружающей воды и конструкций |
| 1 | Пресная вода | Речные сооружения, гидроэлектростанции |
| 2 | Морская или соленая вода | Гавани и их сооружения (шлюзы, плотины, пристани) |
| 3 | Почва | Заглубленные цистерны, стальные сваи, трубопроводы |
Авторы:Сергей Крутько,Валерий Хромых. Журнал «Очистка, окраска» 1 январь-февраль 2008г.
Мы предлагаем следующие решения для защиты от коррозии: металлизация с помощью методов газопламенного напыления, электродуговой металлизации.