Коррозия и защита металлов

 
 
 
 
 
 
Е. В. Алибекова 
С. Я. Алибеков 
Н. Г. Крашенинникова 
 
 
 
 
 
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ 
 
 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Йошкар-Ола 
2022 
1 

УДК 620.19(075.8) 
ББК  34.66я73 
А 50 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор Г. С. Юнусов (Марийский государственный университет); 
д-р. хим. наук, профессор Ю. Б. Грунин (Поволжский государственный технологический университет) 
 
 
 
Печатается по решению  
редакционно-издательского совета ПГТУ 
 
 
 
Алибекова, Е. В. 
А 50      Коррозия и защита металлов: учебное пособие / Е. В. Алибекова, С. Я. Алибеков, Н. Г. Крашенинникова. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2022. – 
468 с. 
ISBN 978-5-8158-2315-0 
 
Изложены теоретические основы химической и электрохимической 
коррозии, проанализировано влияние различных факторов на ее скорость. 
Подробно рассмотрены способы защиты от коррозии основных конструкционных металлов и сплавов, а также их особенности в некоторых областях промышленности. 
Для студентов технических направлений и специальностей, будет полезно также для специалистов, занимающихся проблемой коррозионного 
разрушения металла и защитой от него. 
 
УДК 620.19(075.8) 
ББК 34.66я73  
 
ISBN 978-5-8158-2315-0 
© Алибекова Е. В., Алибеков С. Я.,  
Крашенинникова Н. Г., 2022 
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2022 
2 

ВВЕДЕНИЕ 
Среда, в которой эксплуатируются, хранятся и транспортируются машины, приборы и другие технические изделия может быть как 
пассивной, так и коррозионно-активной в зависимости от природы, 
свойств материалов и состояния их поверхности. Для надежной и 
долговечной эксплуатации конструкций, оборудования и изделий в 
рабочей среде должны быть предусмотрены соответствующие условиям эксплуатации конструкционных материалов и покрытий способы защиты от коррозии: модифицирование поверхности, химическая 
или электрохимическая защита, изменение свойств рабочей среды за 
счет ингибирования или деаэрирования, а также комплексные мероприятия.  
В связи с этим специалисты, занятые в области материаловедения и технологии материалов, должны обладать соответствующими 
компетенциями, позволяющими адекватно оценивать риски коррозионного поражения материала и выбирать наиболее эффективные в 
заданных условиях эксплуатации средства защиты. 
В данном учебном пособии применительно к основным группам 
конструкционных материалов, используемым в машиностроении, 
нефтегазовой отрасли и теплоэнергетике, рассмотрены процессы 
коррозионного поражения металлов и деструкции неметаллических 
материалов, методы снижения или устранения негативного воздействия коррозии на материалы и изделия из них.  
Предлагаемое пособие предназначено для студентов технических направлений и специальностей очной и заочной форм обучения. Оно может быть использовано при выполнении курсовых и дипломных работ, будет полезно также специалистам, связанным с 
производством или эксплуатацией изделий из металлов и сплавов. 
Материал данного учебного пособия структурирован в четыре 
части, каждая из которых включает несколько глав. 
В первой части подробно рассматриваются природа коррозионных процессов, механизмы их протекания, основные виды коррозии 
(химическая, электрохимическая, контактная, атмосферная, микро3 

биологическая, радиационная), а также коррозионно-механическое 
разрушение металлов и явление коррозионного растрескивания. 
Вторая часть посвящена методам защиты от коррозии. Подробно 
представлены основные виды металлических, неметаллических и 
полимерных покрытий, их маркировка, назначение, способы получения. Большое внимание уделено методам электрохимической (катодной и анодной) защиты металлов, а также временной противокоррозионной защите изделий. 
В третьей части проанализированы особенности развития коррозионных процессов и способов защиты от коррозии в некоторых отраслях промышленности: теплоэнергетике, нефтегазовой промышленности. Подробно рассматриваются проблемы коррозии строительных металлических конструкций зданий и сооружений и способы защиты от нее. 
Заключительная часть учебного пособия посвящена проблемам 
коррозии важнейших конструкционных металлов и сплавов: железа, 
углеродистых и легированных сталей, чугунов, алюминия, титана, 
магния, меди и их сплавов. 
В конце книги приведены контрольные вопросы по всему курсу, на которые обучающиеся должны обратить внимание и уметь 
ответить по окончании изучения соответствующего раздела. Кроме 
самопроверки знаний, это поможет систематизировать изложенный 
здесь материал и организовать самостоятельную работу по его 
освоению. 
В предлагаемом учебном пособии авторы, опираясь на собственный многолетний опыт преподавания соответствующих дисциплин, постарались отразить современное состояние вопросов, касающихся природы коррозионных процессов и методов защиты от нее, 
на основании актуальных правовых и технических нормативов, знание которых также необходимо будущим специалистам в дальнейшей профессиональной деятельности. 
Конструктивные замечания по изложенному в учебном пособии 
материалу будут с благодарностью приняты и рассмотрены авторским коллективом. 
 
4 

 
КОРРОЗИОННЫЕ  
ПРОЦЕССЫ  
В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ 
 
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О КОРРОЗИОННОМ РАЗРУШЕНИИ 
МАТЕРИАЛОВ 
1.1.1. Определение коррозии  
и коррозионного поражения металлов 
Коррозия – это физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы. 
Для процесса коррозии применяют термин «коррозионный процесс», а для результата процесса – «коррозионное разрушение». 
В общем случае коррозия – это разрушение любого материала: 
металла, керамики, бетона, дерева или полимеров. Однако применительно к полимерам существует понятие «старение», аналогичное 
термину «коррозия» для металлов.  
Коррозия – это самопроизвольно протекающий процесс. Причиной возникновения и протекания процессов коррозии является термодинамическая неустойчивость материалов к определенным компонентам, находящимся в окружающей их среде. Коррозия может 
быть вызвана внутренними факторами, связанными с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности), и внешними факторами, связанными с составом корро5 

зионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость движения металла относительно среды и т.д.). 
В основе коррозии лежит химическая реакция между материалом и средой или между их компонентами, протекающая на границе 
раздела фаз. В результате коррозии металлы переходят в устойчивые 
соединения – оксиды или соли, в виде которых они и находятся в 
природе. Продукты коррозии имеют различный состав, который зависит от условий протекания коррозии. Например, при атмосферной коррозии железа и его сплавов образуется ржавчина – смесь частично гидратированных оксидов железа, имеющих переменный 
состав. При газовой коррозии железа и его сплавов продукты коррозии называются окалиной – это оксиды железа: FeO (вюстит), Fe2O3 
(гематит) и Fe3O4 (магнетит).  
В результате процесса коррозии металл коррозирует. Существительное «коррозия» и глагол «корродировать» происходят от латинского слова «corrodere», что означает разрушение. Большой толковый словарь русского языка приводит такие значения терминов 
«коррозировать» и «корродировать»: 
• 
корродировать – испытывать разрушительное действие коррозии. Например, труба прокорродировала;  
• 
коррозировать – приводить металл к коррозии или подвергнуться коррозии. 
Последствия процессов коррозии приводят к снижению эксплуатационных характеристик или разрушению зданий, оборудования и конструкций. Ежегодно коррозия наносит огромнейший 
ущерб народному хозяйству каждой страны. Наибольший коррозионный ущерб связан с потерями в химической, нефтехимической, 
нефтеперерабатывающей промышленности, работой автотранспорта, сельскохозяйственной и другой техники. В промышленно развитых странах убытки от коррозии за год составляют в среднем 
около 3-5 % от внутреннего валового продукта, потери металла 
могут достигать 20 %. Ущерб от коррозии складывается из затрат 
на восстановление или полную замену пришедших в негодность 
конструкций, оборудования и различных изделий. Коррозионные 
поражения выводят из строя ценнейшие приборы и машины, могут 
вызвать серьезные аварии и чрезвычайные ситуации. 
6 

Коррозионное разрушение материалов происходит в жидкой или 
газообразной среде. Жидкостная коррозия поражает металлы в жидкой среде: в неэлектролите (органические растворители, жидкое 
топливо) или в электролите (растворы кислот, щелей, солей, морская 
и речная вода, расплавы металлов, солей и щелочей). Агрессивное 
воздействие газообразной среды определяется свойствами ее компонентов. 
Коррозия приводит к потере массы металла, отслоению поверхности, появлению трещин, язв, пятен и других поражений. В результате коррозии происходит снижение механических свойств: относительного удлинения, относительного сужения, ударной вязкости, 
временного сопротивления разрыву. Появляются коррозионная 
усталость и коррозионная хрупкость. Коррозионная усталость – это 
понижение предела усталости металла, возникающее при одновременном воздействии циклических напряжений и коррозионной среды. Коррозионная хрупкость – это хрупкость, приобретенная металлом в результате коррозии. Под хрупкостью понимают свойство материала разрушаться без заметного поглощения механической энергии в необратимой форме. Коррозионный эффект, ухудшающий 
функциональные характеристики металла, покрытия или включающих их технических систем, расценивают как эффект повреждения 
или как коррозионную порчу. Количество металла, превращенного в 
продукты коррозии за определенное время, относят к коррозионным 
потерям. Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды называется коррозионной стойкостью. 
Показатели коррозии и коррозионной стойкости (химического 
сопротивления) металлов и сплавов определяют по ГОСТ 9.908-85. 
Основой этих показателей является время достижения заданной (допустимой) степени коррозионного поражения металла в определенных условиях. Время до достижения допустимой глубины коррозионного поражения определяет срок службы, долговечность и сохраняемость конструкций, оборудования и изделий. 
Допустимые показатели коррозии и коррозионной стойкости 
устанавливают в нормативно-технической документации на материал, изделие, оборудование. 
7 

Показатели коррозионной стойкости могут быть количественными (скорость коррозии в данных условиях), полуколичественными (группа или балл стойкости по принятой в стандарте шкале) и 
качественными (изменение внешнего вида поверхности металла: 
цвета, блеска).  
Скорость коррозии – это коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени. Скорость проникновения 
коррозии – глубина коррозионного разрушения металла в единицу 
времени.  
Коррозионная стойкость может быть количественно оценена 
также: 
а) изменением массы металла в результате коррозии, отнесенным к единице поверхности и единице времени;  
б) объемом выделившегося водорода (или поглощенного кислорода) в процессе коррозии, отнесенным к единице поверхности и 
единице времени;  
в) уменьшением толщины металла вследствие коррозии, выраженным в линейных единицах и отнесенным к единице времени; 
г) изменением какого-либо показателя механических свойств за 
определенное время коррозионного процесса, выраженным в процентах, или временем до разрушения образца заданных размеров;  
д) изменением отражательной способности поверхности металла 
за определенное время коррозионного процесса, выраженным в процентах; 
е) плотностью тока, отвечающей скорости данного коррозионного процесса;  
ж) временем до появления первого коррозионного очага на образце заданных размеров или числом коррозионных очагов на образце по истечении заданного времени. 
1.1.2. Общая характеристика основных типов  
и видов коррозии 
В соответствии с механизмом протекания различают два типа 
коррозии: электрохимическую и химическую. 
Электрохимическая коррозия – взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация 
8 

атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от 
электродного потенциала. При электрохимической коррозии протекают раздельно два процесса: окисление на анодных участках и восстановление на катодных. 
Схематично процесс электрохимической коррозии можно описать следующими электродными процессами: 
• 
анодные участки: М1 – nе = М1n+, 
• 
катодные участки: Д + nе = Дn-. 
При этом образуется коррозионный гальванический элемент:  
М1/ Д / М2, где Д – деполяризатор. 
Химическая коррозия – взаимодействие металла с коррозионной 
средой, при котором окисление металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте, 
независимо от потенциала и без участия свободных электронов. 
Сущность 
химической 
коррозии 
сводится 
к 
окислительновосстановительной реакции, которая протекает между металлом и 
окислителем (чаще всего кислородом): хМ + у/2О2 = МхОу. 
Определение основных понятий коррозионного процесса, видов, 
схем типичных видов коррозионного поражения дано в ГОСТ 527268, который приводит более 20 видов коррозии в зависимости: 
- от условий и среды протекания; 
- места и степени коррозионного поражения поверхности; 
- поражения отдельных фаз, структур, границ зерен. 
В зависимости от характера среды, в которой развивается коррозия, выделяют следующие ее виды: 
• 
коррозия в растворах электролитов (растворах кислот, оснований, солей, природной воде); 
• 
атмосферная коррозия, протекающая в атмосферных условиях и в среде любого влажного газа. Это самый распространенный 
вид коррозии; 
• 
почвенная коррозия, интенсивность которой зависит от состава почвы и ее аэрации: кислые почвы наиболее, а песчаные – 
наименее агрессивны; 
9 

• 
аэрационная коррозия, возникающая при неравномерном доступе воздуха к различным частям материала; 
• 
морская коррозия, протекающая в морской воде в связи с 
наличием в ней растворенных солей, газов и органических веществ; 
• 
биокоррозия, возникающая в результате жизнедеятельности 
бактерий и других организмов, вырабатывающих такие газы, как 
CO2, H2S и др., способствующие коррозии металла; 
• 
электрокоррозия. Электрокоррозию вызывают внешние 
(блуждающие) токи. Онапроисходит на подземных сооружениях, в 
результате работы электрических железных дорог, трамвайных линий и других агрегатов; 
• 
газовая. Это химическая коррозия металла в газах при высоких температурах; 
• 
подводная. В зависимости от условий погружения в жидкую 
коррозионную среду различают подводную коррозию при полном 
погружении, при неполном погружении, по ватерлинии и при переменном погружении;  
• 
подземная. Коррозия металла протекает в почвах и грунтах. 
В зависимости от места и степени коррозионного поражения 
поверхности металла различают следующие виды коррозии: 
• 
равномерная и неравномерная, сплошная и местная коррозия, подповерхностная (часто вызывает вспучивание металла и его 
расслоение) и послойная коррозия (распространяющаяся преимущественно в направлении пластической деформации металла); 
• 
пятнами, язвами, точечная (питтинг), сквозная коррозия 
(свищи), нитевидная коррозия (распространяющаяся в виде нитей, 
преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями). 
Виды коррозии, охватывающие коррозионные поражения отдельных фаз, структур, границ зерен: 
• 
ножевая – поражает околошовную зону термического влияния сварных соединений и имеет вид порезов; 
• 
межкристаллитная и транскристаллитная коррозия распространяется по границам или по зерну кристаллов (зерен) металла; 
• 
избирательная (селективная) – (разрушает одну структурную составляющую или один компонент сплава, например, коррози10