Коррозия и защита от коррозии

УДК 620.193.197 (075.8, 076)
ББК 34.437
С 30

С е м е н о в а И. В., Фл о р и а н о в и ч Г. М., Хо р о ш и л о в А. В. Коррозия и защита от коррозии / Под ред. И.В. Семеновой. — 3-е изд., перераб. и
доп. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. — 416 с. — ISBN 978-5-9221-1234-5.

Настоящая книга является первым полномасштабным учебным изданием по
коррозии для химико-технологических и машиностроительных специальностей
высших учебных заведений (1-е изд. — 2002 г., 2-е изд. — 2006 г.).
В основу учебного пособия положены программы дисциплин «Коррозия
и защита металлов» и «Химическое сопротивление материалов и защита от
коррозии».
Изложены теоретические основы газовой и электрохимической коррозии,
рассмотрены виды коррозии, коррозионные характеристики металлов, сплавов
и неметаллических металлов. Приведены методы защиты машин и аппаратов
от коррозии. В 3-е издание включен дополнительный материал по использованию современных приемов технологий защиты оборудования от коррозионных
разрушений.
Для студентов высших учебных заведений химико-технологических и машиностроительных специальностей.
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлению «Химическая технология неорганических веществ и материалов» и по специальности «Машины и аппараты химических производств» направления «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии,
нефтехимии и биотехнологии».

Р е ц е н з е н т ы:
доктор химических наук, профессор А.М. Сухотин,
кафедра «Технология электрохимических производств»
РХТУ им. Д.И. Менделеева (зав. кафедрой заслуженный деятель науки РФ,
доктор химических наук, профессор В.Н. Кудрявцев,
доктор технических наук, профессор Т.Е. Цупак)

ISBN 978-5-9221-1234-5

c⃝ ФИЗМАТЛИТ, 2010

c⃝ И. В. Семенова, Г. М. Флорианович,
А. В. Хорошилов, 2010

Предисловие к третьему изданию

Второе издание учебного пособия «Коррозия и защита от
коррозии» было выпущено в 2006 г. тиражом 2000 экземпляров
и быстро реализовано.
Интерес к различным проблемам коррозии в последнее время
возрос. Вопросы коррозии и защиты от нее рассматривают как
часть большой технической проблемы создания ресурсосберегающих и малоотходных технологий. Увеличение срока службы
промышленных материалов, организация рециклов по использованию отходов в производстве первичных ресурсов, разработка
новых методов и технологий, способствующих снижению коррозии оборудования — основные вопросы, которые должны решаться на современном этапе развития науки и техники.
В третье издание книги включены дополнительные разделы.
Железо является основным компонентом многих современных
материалов. Учебное пособие дополнено материалом, описывающим химию железа, многообразные формы соединений железа и
их коррозионную стойкость в водных средах. Приведены методы
извлечения железа из природных и промышленных вод.
В качестве примера методов защиты оборудования от коррозионных разрушений приведен материал по использованию
современных приемов и технологий, применяемых в теплотехнической и химической отраслях промышленности в России и
зарубежных странах.

Профессор, д.т.н., академик АПЭ И.В. Семенова

Предисловие ко второму изданию

Первое издание учебного пособия «Коррозия и защита от
коррозии» было выпущено в 2002 г. тиражом 3000 экземпляров.
Ко второму изданию учебника текст книги заново отредактирован и откорректирован, отдельные фрагменты переработаны.
Книга дополнена разделом, посвященным экологической безопасности ингибиторов, а также разделом, в котором изложены современные методы исследования коррозионных процессов. Приведены характеристики современных приборов для коррозионных
исследований.
Работа по подготовке и выпуску второго издания осуществлена профессором, д.т.н. И.В. Семеновой и с.н.с, к.х.н. А.В. Хорошиловым.

Предисловие к первому изданию

Предисловие к первому изданию

Современное развитие производства предъявляет высокие
требования к надежности и стойкости конструкционных материалов и совершенствованию методов их защиты.
В свете этого возрастает роль дисциплин коррозии в подготовке инженеров технологов и механиков.
В книге обобщен многолетний научный и педагогический
опыт авторов. Современное состояние электрохимической и коррозионной науки во многом определяется трудами российских
ученых, с которыми авторы на протяжении многих лет работали
и сотрудничали.
Мы отдаем дань уважения и памяти нашим наставникам
и учителям, соратникам и друзьям, известным российским
ученым:
академику
А.Н. Фрумкину,
академику
В.Е. Казаринову,
профессору,
д.х.н.
Г.А. Тедорадзе,
профессору,
д.х.н. Н.Т. Кудрявцеву, академику Я.М. Колотыркину, труды
и научные концепции которых легли в основу этой книги.
На протяжении ряда лет руководство Московского государственного открытого университета (МГОУ) проводит плодотворную работу по организации процесса создания учебной литературы для кузов.
Выражаем глубокую благодарность ректору МГОУ профессору А.Н. Ковшову за внимательное и чуткое отношение к
нашей работе, профессиональные советы и поддержку, что во
многом способствовало изданию книги.
В настоящее время имеется дефицит учебной литературы
по коррозии. Учебные издания в этом направлении практически
отсутствуют или имеют 25–30-летний срок давности.
Предлагаемое учебное пособие является первым полномасштабным изданием для химико-технологических и машиностроительных специальностей. Оно построено по общесистемному
принципу, носит достаточно универсальный характер и отвечает
программе курсов коррозии, включенных в федеральный компонент государственных образовательных стандартов.
Курсы коррозии в качестве самостоятельных дисциплин введены в учебные планы ряда химико-технологических, металлургических и химико-машиностроительных специальностей. Учебные программы этих курсов близки и содержат много общих вопросов. Это определило возможность создания единого учебного
пособия. Оно содержит четыре части.
Часть I посвящена теории коррозионных процессов, протекающих в газовых и жидких средах. Основой для изложения этих

Предисловие к первому изданию
5

вопросов являются знания, полученные при изучении физической
химии, и в частности таких ее разделов, как электрохимия и
адсорбционные процессы.
Часть II знакомит читателей с отдельными видами коррозии,
имеющими место в природных и технологических средах. В ряде
случаев решающее влияние на характер и скорость коррозионных разрушений оказывает кристаллическая и фазовая структура металлических материалов. Отмечается глубокая взаимосвязь
науки о коррозии, физики металлов и металловедения.
Часть III учебного пособия посвящена изложению коррозионных характеристик ряда металлов и сплавов, а также неметаллических материалов. В части IV изложены основные методы
защиты машин и аппаратов от коррозии.
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов химико-технологических и политехнических институтов, академий
и технических университетов очной и дистанционной форм обучения.
Оно будет полезно также студентам машиностроительных,
энергетических, нефтехимических и других смежных специальностей, аспирантам, слушателям институтов повышения квалификации, работникам проектных организаций и промышленных
предприятий.
Краткие сведения об авторах. Семенова Инна Владиславовна — профессор Московского государственного открытого университета (МГОУ), д.т.н., профессор, академик АПЭ. Автор около 200 публикаций, книг, авторских свидетельств и внедрений.
Область научных интересов: физическая химия гетерогенных
процессов, коррозионностойкие материалы в окислительном синтезе, природоохранные технологии.
Флорианович Галина Матвеевна — научный консультант при
дирекции ФГУП НИФХИ им. Л.Я. Карпова, д.х.н., профессор. Лауреат государственной премии СССР. Заслуженный химик РФ. Автор более 250 научных публикаций. Область научных интересов: электрохимическая кинетика, теория коррозии
металлических материалов и практика их противокоррозионной
защиты.
Хорошилов Андрей Владимирович — научный сотрудник лаборатории термодинамических основ неорганического материаловедения ИОНХ РАН им. Н.С. Курнакова, к.х.н. Автор около
40 публикаций и книг. Область научных интересов: теоретические основы карбонатной коррозии сталей, синтез и свойства
новых неорганических жаростойких материалов, термодинамика
гетерогенных процессов.

Предисловие к первому изданию

Предисловие, главы 1, 2 (за исключением 2.2), 3, 6, 7 (за
исключением 7.1.1 и 7.1.2), 9, 10 (за исключением 10.1.2 и
10.1.4) написаны И.В. Семеновой; глава 4 — Г.М. Флорианович
и
И.В. Семеновой
(разд.
4.1–4.3,
4.4.1,
4.6,
4.7
и
4.17);
глава 8 — А.В. Хорошиловым
(разд. 8.1)
и
И.В. Семеновой
(разд. 8.2). Приложение написано А.В. Хорошиловым. Подбор
и оформление графического материала, компьютерная верстка
проведены
А.В. Хорошиловым.
На
начальном
этапе
работы
частично
материалы по разделам 2.2, 5.1, 5.3; 7.1.1–7.1.2;
10.1.2, 10.1.4 были представлены И.И. Реформатской в рамках
выполнения
договора
с
МГОУ.
Литературная
обработка,
редактирование
и
оформление
этих
материалов
проведены:
2.2; 7.1.1 и 7.1.2 — И.В. Семеновой и А.В. Хорошиловым; 5.1
и 5.3 — И.В. Семеновой и Г.М. Флорианович; 10.1.2 и 10.1.4 —
И.В. Семеновой.
Рукопись
книги
прошла
широкую
апробацию.
Авторы
считают своим приятным долгом выразить признательность
и
благодарность
своим
рецензентам
члену-корр.
РАН,
профессору,
д.х.н.
Ю.М. Полукарову,
профессору,
д.х.н.
A.M. Сухотину, профессору, д.х.н., засл. деятелю науки РФ
В.Н. Кудрявцеву, профессору, д.т.н. Т.Е. Цупак, профессору,
д.х.н. Ю.А. Попову, профессору, д.т.н. Н.П. Глазову за положительную оценку нашего труда, ценные советы и пожелания,
которые были учтены при ее окончательном оформлении.
Авторы с благодарностью примут критические замечания и
предложения, способствующие улучшению настоящего учебного
пособия.

Г Л А В А 1

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

1.1. Методические рекомендации по изучению курса
«Коррозия и защита от коррозии»

Настоящий учебник предназначен для студентов высших
учебных заведений, изучающих дисциплины коррозии, введенные в Государственные образовательные стандарты по направлениям «Химическая технология неорганических веществ и материалов» и «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».
Основная цель курса — формирование у студентов системы
знаний по обоснованию и реализации ресурсосберегающих решений при выборе конструкционных материалов и защите их от
коррозии во всех сферах природной и производственной деятельности.
Несмотря
на
очевидную
дифференциацию
природных
и
промышленных условий, разнохарактерность организационноуправленческих
структур,
различие
в
специфике
трудовых
процессов, необходима разработка единой научной методологии,
объединяющей
следующие
основополагающие
направления
инженерного противокоррозионного обеспечения:

анализ обратимых и необратимых деградационных процессов, протекающих в материалах при различных условиях
их эксплуатации;

количественная оценка общих и локальных потерь; нормирование способов, средств и критериев получения информации о состоянии объектов;

создание и выбор коррозионностойких материалов;

разработка комплекса мероприятий по защите металлов от
коррозии.
Курс «Коррозия и защита от коррозии» является комплексной
дисциплиной и базируется на знаниях, полученных при изучении
фундаментальных химических и общеинженерных дисциплин.
В результате изучения дисциплины «Коррозия и защита от
коррозии» студенты должны знать:

основы теории коррозионных процессов в газовых и жидких электропроводящих средах;

Введение в специальность
Гл. 1

общие сведения о состоянии и изменении свойств конструкционных материалов под влиянием техногенных и антропогенных факторов;

основные источники коррозионного воздействия на конструкционные материалы при строительной и производственной деятельности, их качественные и количественные
характеристики, методы и способы прогнозирования надежности оборудования и последствий коррозионного воздействия;

концепцию комплексного обеспечения защиты материалов
от коррозии.
Используя эти знания, студенты должны уметь:

оценить характер влияния окружающей или производственной среды на закономерности течения коррозионных процессов;

выбрать конструкционный материал;

обосновать конструкцию аппарата и комплекс мероприятий
по защите оборудования и транспортных коммуникаций от
коррозионного воздействия окружающей среды.
Курс «Коррозия и защита от коррозии» включает аудиторные
и лабораторные занятия. Кроме того, раздел выбора оборудования, материала для его изготовления, а также способа защиты
оборудования от коррозии входит в задание по дипломному проектированию для всех химико-технологических специальностей.
Ниже приводится список рекомендуемой литературы, находящийся в соответствии с видом учебной деятельности.

Литература для изучения курсов коррозии
и защиты от коррозии:

1. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов: Учеб. пособие. – М.: Металлургия, 1976. 472 с.
2. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов: Учебник. – М.:
Металлургия, 1968. 407 с.
3. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Курс коррозии и защиты
металлов: Учеб. пособие. – М.: Металлургия, 1981. 215 с.
4. Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры. Коррозионностойкие материалы: Учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 1967. 462 с.
5. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. – М.: Металлургия, 1985.
88 с.
6. Кеше Г. Коррозия металлов. – М.: Металлургия, 1984. 400 с.
7. Киш Л. Кинетика электрохимического растворения металлов. – М.:
Мир, 1990. 972 с.

1.2
Некоторые аспекты проблемы борьбы с коррозией металлов
9

8. Мамулова
Н.С.,
Сухотин
А.М.,
Сухотина
Л.П.,
Флорианович Г.М., Яковлев А.Д. Все о коррозии: Справочник. – С-Пб.:
Химиздат, 2000. 517 с.
9. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. – М.: Химия, 1988. 455 с.
10. Флорианович Г.М. Теоретические основы коррозии металлов в
растворах электролитов в активном состоянии. – М.: МХТИ, 1987.
48 с.
11. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. – М.: Изд-во
АН СССР, 1959. 590 с.
12. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов. –
М.: Химия, 1973. 263 с.

Литература к дипломному проекту для
химико-технологических специальностей. Раздел: «Выбор
оборудования в коррозионностойком исполнении»:

1. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник / Под ред. А.А. Герасименко. –
М.: Машиностроение, 1987. Т.1. 688 с.; Т.2. 784 с.
2. Коррозия конструкционных материалов: Справочник / Под ред.
В.В. Батракова. – М.: Металлургия, 1990. Т.1. 344 с.; Т.2. 320 с.
3. Туфанов Д.Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов: Справочник. 5-е изд. – М.: Металлургия,
1990. 320 с.
4. Коррозия: Справочник / Под ред. Л.Л. Шрайера. – М.: Металлургия, 1981. 320 с.
5. Структура и коррозия металлов и сплавов. Атлас: Справочник /
Под ред. Е.А. Ульянина. – М.: Металлургия, 1989. 400 с.
6. Клинов И.Я., Удыма П.Г., Молоканов А.В., Горяинова А.В. Химическое оборудование в коррозионностойком исполнении: Справочник. – М.: Машиностроение, 1970. 589 с.

1.2. Социальные, экологические и экономические
аспекты проблемы борьбы с коррозией металлов

Общество не может развиваться без потребления. Для удовлетворения своих потребностей люди организуют хозяйственную деятельность. Основой этой деятельности является производство. Для функционирования производства необходимы аппараты, вспомогательное оборудование, коммуникации.
В современном мире численность населения Земли быстро
возрастает. В 1850 г. оно составляло 1,2 млрд человек, к 1950 г.
увеличилось до 2,5 млрд человек, а к середине 1987 г. — до
5 млрд человек.

Введение в специальность
Гл. 1

Соответственно растут и потребности людей, причем не пропорционально росту их численности, а более высокими темпами.
Удовлетворить эти непрерывно умножающиеся потребности можно только за счет развития производства.
Так, если за последнюю четверть века население планеты возросло в 1,6 раза, то объемы основных производств — в 2–5 раз.
Необходимость в массовой транспортировке разнообразного
сырья из районов добычи газо- и нефтепродуктов в районы
потребления и переработки привело к строительству широкой
сети коммуникаций.
Промышленность Российской Федерации имеет более 20000
предприятий с разнообразными технологиями производства.
Оборудование для них изготавливают на основе сплавов черных и цветных металлов, а также из природных или искусственных химически стойких материалов. Со временем оно стареет
или разрушается вследствие коррозии. Это приносит не только
большие экономические потери, но и приводит к глобальным
экологическим катастрофам.
Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей
планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций, неисчислим. В последние годы, например, только в
Соединенных Штатах Америки ежегодные потери от коррозии
составили 300 миллиардов долларов, что соответствует 6 % национального дохода всей страны.
В Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за
их коррозии составляют до 12 % общей массы металлофонда, что
соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла.
Кроме столь огромных связанных с коррозией прямых потерь,
существуют еще б´oльшие косвенные потери. К ним относятся
расходы, обусловленные потерей мощности металлического оборудования, его вынужденными простоями из-за аварий, а также
расходы на ликвидацию последствий аварий, часто носящих характер экологических катастроф.
Как правило, металлическое изделие, пришедшее в негодность вследствие коррозионных разрушений, отправляют на переплавку. В этом случае общие потери будут включать безвозвратные потери металла, перешедшего в продукты коррозии,
стоимость изготовления металлических изделий и косвенные
потери. По статистическим данным безвозвратные потери составляют 8–12 % от первоначальной массы металла. Стоимость
изготовления металлических конструкций зачастую превосходит
стоимость самого металла. К косвенным потерям относят расхо