Коррозионные процессы в природных и технологических средах

С.Л. Березина, Н.Н. Двуличанская, Ю.А. Пучков

Коррозионные процессы 

в природных 

и технологических средах

Учебное пособие

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5448-8

 
Березина, С. Л.

Б33 
 
Коррозионные процессы в природных и технологических средах : 

учебное пособие / С. Л. Березина, Н. Н. Двуличанская, Ю. А. Пучков. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 87, [1] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5448-8

Учебное пособие служит руководством для студентов при освоении и подготовке 

к защите модуля «Электрохимические процессы» по курсу общей химии и модуля 
«Химическая и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы защиты металлов» в соответствии с программами бакалавриата и специалитета 
технических направлений. Изложены теоретические представления о механизмах 
коррозии, рассмотрены классификация коррозионных процессов, их кинетические 
и термодинамические закономерности, методы защиты от коррозии. Приведены 
расчетные формулы, примеры решения типовых задач, контрольные вопросы и задачи для самостоятельного решения. 

Для студентов машиностроительных, материаловедческих и других специально
стей технических университетов, изучающих курс общей химии.

УДК 620.193.4(075.8)
ББК 24.1

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2020

Издание доступно в электронном виде по адресу

https://bmstu.press/catalog/item/6822/

Факультет «Фундаментальные науки»

Кафедра «Химия»

Рекомендовано Научно-методическим советом  

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

УДК 620.193.4(075.8)
ББК 24.1

Б33

Учебное издание

Березина Светлана Львовна

Двуличанская Наталья Николаевна 

Пучков Юрий Александрович

Коррозионные процессы в природных и технологических средах

Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана. 

В оформлении использованы шрифты Студии Артемия Лебедева.

Подписано в печать 24.11.2020. Формат 70×100/16. 

Усл. печ. л. 7,15. Тираж 137 экз. Изд. № 842-2020. Заказ   

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

press@baumanpress.ru     https://bmstu.press

Отпечатано в типографии МГТУ им. Н.Э. Баумана.

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1. baumanprint@gmail.com

Предисловие

Важной составляющей усвоения студентами материала по курсу общей 

химии является решение задач, связанных с теорией и практикой коррозионных процессов и методов защиты металлов и сплавов от разрушения. Материал пособия ориентирован на получение студентами знаний в области 
общей и неорганической химии, кинетических и термодинамических закономерностей протекания электрохимических процессов. 

В пособии представлены химическая и электрохимическая коррозия ме
таллов и сплавов, методы защиты металлов и сплавов от коррозии. Приведены классификация процессов, необходимые теоретические сведения, расчетные формулы, а также примеры решения типовых задач, контрольные 
вопросы и задачи для самостоятельного решения, большинство из которых 
имеет практико-ориентированную направленность. Справочный материал, 
необходимый для решения задач и ответов на контрольные вопросы, вынесен в приложение. Обеспечение эксплуатационно-технической надежности 
и долговечности металлоконструкций способствует сохранению экологического равновесия в природе. 

Содержание учебного пособия, составленного в соответствии с разрабо
танными в МГТУ им. Н.Э. Баумана программами базовой дисциплины «Химия» и дисциплины «Теория коррозии и методы защиты металлов», предназначено для студентов бакалавриата и специалитета, обучающихся в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, и направлено на формирование у студентов компетенций, 
установленных ФГОС ВО, на развитие химической грамотности, навыков 
самоорганизации и самостоятельного мышления.

Материал пособия адаптирован к познавательному уровню студентов и 

структурирован в соответствии с заданиями, предлагаемыми для защиты модуля «Электрохимические процессы» по курсу общей химии и модуля «Химическая и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы защиты металлов» для студентов кафедры «Материаловедение» (МТ-8).

Для освоения материала и успешного выполнения заданий студенты долж
ны знать химические свойства неорганических веществ, электрохимические 
свойства металлов, уметь проводить расчеты концентраций, а также применять знания, полученные при изучении соответствующих разделов физики 
и математики.

Результатами освоения дисциплин являются получение фундаментальных 

знаний по электрохимии и коррозии, овладение методами рационального 
использования природных ресурсов и материальных средств, конструирования изделий с учетом их физических и химических свойств, умение приме

Предисловие 

нять знания в будущей производственной деятельности, в лабораторных и 
технологических условиях. 

Планируемым текущим результатом освоения студентами материала по
собия является способность к выполнению и защите домашнего задания по 
модулю «Электрохимические процессы» курса общей химии и модуля «Химическая и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы защиты металлов».

В результате освоения материала данного пособия студент должен:
знать
• химические и электрохимические свойства объектов анализа (металлов 

и сплавов); 

• химические свойства и агрегатные состояния агрессивных сред (газы, 

твердые вещества, жидкие среды);

• свойства анализируемых сплавов, методы их получения и области при
менения; 

уметь
• обоснованно аргументировать выбор методов защиты от коррозии;
• проводить коррозионные измерения;
• фиксировать  результаты экспериментальных исследований;
• анализировать полученные результаты;
владеть
• электрохимическими и химическими методами исследования кинетики 

коррозионных процессов;

• навыками работы с аппаратурой для химического и электрохимического 

анализа коррозионных сред и коррозионных процессов;

• навыками проведения химического эксперимента; 
• техникой подготовки образцов и проб к выполнению измерений; 
• методами математической обработки экспериментальных данных;  
• методикой анализа полученных результатов (оценки, обобщения и срав
нения);

• методиками и поисками пути решения задач;
• навыками работы с учебной, научно-технической и справочной инфор
мацией.

Введение

Металлы и сплавы являются основными конструкционными материала
ми, эксплуатационные характеристики которых утрачиваются вследствие 
коррозионного воздействия  на них окружающей среды. Коррозия оказывает огромное экономическое и экологическое влияние практически на все 
аспекты мировой инфраструктуры. Ущерб от безвозвратных прямых потерь 
металлов в результате коррозии в промышленно развитых странах превышает 5…6 % национального дохода.  Косвенные потери выражаются в затратах 
на изготовление новых конструкций и ремонт оборудования. 

Действие коррозии особенно сильно проявляется в коррозионно-агрес
сивных средах (металлургические и химические производства, топливноэнергетический комплекс, в том числе трубопроводные, магистральные и 
промысловые нефтегазовые сооружения).

По причине все более широкого использования высоких температур и 

давлений значительно возрастает удельный вес коррозионных потерь, вызываемых такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, межкристаллитная и питтинговая коррозия. 

Интенсивная коррозия оборудования, изготовляемого для различных про
изводств на основе сплавов черных и цветных металлов, приводит к загрязнению окружающей среды в результате выброса газов, пыли. Содержание 
различных металлов в почве и водах за последние полвека увеличилось  
почти в 200 раз. Все это приносит не только большие экономические потери, но и нарушает равновесие экосистемы, приводит к экологическим катастрофам.

Важной необходимостью являются мероприятия по повышению мер без
опасности стратегических объектов, отдельные механизмы которых подвергаются коррозии (аэробусы, АЭС, системы для захоронения радиоактивных 
отходов, контейнеры с токсичными материалами).

При уменьшении и невосполнимости природных запасов широко при
меняемых технически важных металлов и увеличении потребности в них тормозится технический прогресс во многих отраслях производства. Сохранение 
металлических материалов и контроль коррозионных процессов являются 
фундаментальными и ключевыми факторами промышленных технологий. 

Полимерные материалы, получаемые в основном путем переработки неф
ти и газа, не могут составить ощутимую конкуренцию металлам в качестве 
коррозионно-стойких конструкционных материалов. Поэтому в современных условиях инновационные подходы к поиску путей защиты от коррозии 

Введение 

сооружений из металлов и сплавов являются одними из важнейших научнотехнических и экономических задач.  

Для разработки эффективных методов защиты от коррозии металличе
ских материалов в различных условиях их эксплуатации требуются специалисты в области электрохимии, коррозии и материаловедения, знающие теоретические основы коррозионных процессов, и в первую очередь кинетические 
и термодинамические закономерности.

1. Классификация коррозионных процессов.  

Показатели коррозии

Коррозия (от итал. corrodere — разъедать) — процесс самопроизвольного 

разрушение металлов и сплавов в процессе  физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Коррозию следует отличать от эрозии (от лат. 
erodere —разрушать), под которой понимают механическое постепенное разрушение металла (истирание трущихся частей механизмов, их износ).

Термодинамическим критерием протекания коррозии является отрица
тельное значение энергии Гиббса (∆ r G < 0). Причиной коррозии металлов, в 
большинстве находящихся в природе в окисленном состоянии, является их 
термодинамическая неустойчивость.

Коррозионные процессы классифицируют по механизму протекания, ха
рактеру коррозионных разрушений, условиям воздействия и типам коррозионной среды. 

По механизму протекания процессов различают химическую и электро
химическую коррозию. Химическая коррозия протекает как гетерогенная реакция металла с окислителем в неэлектропроводных средах. При этом окисление металла и восстановление окислителя происходят в одном акте, 
продукты коррозии пространственно не разделены и образуются непосредственно на металлической поверхности в зоне реакции. Примером может 
служить окисление металлов в газовой среде при повышенных температурах:

4Al + 3О2 = Al2О3

Электрохимическая коррозия протекает в среде электролита. Суммарная 

реакция представляет собой два сопряженных процесса, не реализованных 
в одном акте: анодный процесс (окисление металла) и катодный (восстановление окислителя коррозионной среды). Скорость электродных процессов 
определяется электрохимической активностью металлов, а  продукты реакции могут быть удалены от разрушаемых участков за счет возникающего 
электрического тока.

По характеру коррозионных разрушений различают сплошную коррозию, 

захватывающую всю поверхность металла (рис. 1.1 а, б), и локальную (местную) (рис. 1.1, в–з). Сплошная коррозия может быть равномерной (атмосферная коррозия углеродистой стали) или неравномерной (коррозия углеродистой стали в морской воде). 

Локальная коррозия поражает отдельные участки поверхности металла и 

выражается в виде:

1. Классификация коррозионных процессов. Показатели коррозии  

• отдельных сравнительно больших пятен, незначительно углубленных в 

толщу металла (коррозия латуни в морской воде); 

• питтингов (англ. рitting, от pit — покрывать(ся) ямками) — проникающих 

в металл отдельных точек диаметром до 2 мм (коррозия аустенитных сталей в 
морской воде);

• язв — разрушений в форме углубленных в металл раковин (характерны 

для стальных конструкций в грунте).

Избирательная коррозия — разрушается одна структурная составляющая 

или один из компонентов сплава вследствие неоднородности его структуры 
или разной электрохимической активности компонентов (графитизация чугуна, обесцинкование латуни). 

Межкристаллитная коррозия — коррозионные разрушения локализуются 

по границам зерен кристаллов металла. Образование между зернами рыхлых 
малопрочных продуктов коррозии резко ухудшает прочность конструкций 
без видимых внешних проявлений (коррозия алюминиевых сплавов, хромоникелевых сталей).

Транскристаллитная коррозия — коррозионный процесс локализуется в 

виде узкой трещины, распространяющейся в направлении пониженной прочности не только межкристаллитно, но и через границы зерен вне зависимости 
от границы раздела фаз (такой коррозии подвержены алюминиевые, магниевые, медные сплавы, большинство высокопрочных сталей в хлорсодержащих 
средах). 

Два последних вида коррозии относятся к особо опасным, так как про
текают без видимых изменений на поверхности металла.

При механическом внешнем воздействии и одновременном участии кор
розионной среды могут возникать:

• коррозионная эрозия — при одновременном воздействии сил трения и 

коррозионной среды (разрушение шейки вала при трении о подшипник);

Рис. 1.1. Виды коррозионных разрушений: 

а — равномерная коррозия; б — неравномерная; в — пятнами; г — язвами;  
д — точками (питтинговая); е — избирательная; ж — межкристаллитная;  

з — транскристаллитная

1. Классификация коррозионных процессов. Показатели коррозии  

• фреттинг-коррозия — разрушение на границе соприкасающихся вибри
рующих металлических поверхностей при их относительном колебательном 
перемещении в жидкой среде (шарниры, клапаны, заклепки, болты);

• коррозионная кавитация — при ударном воздействии схлопывающихся 

микропустот в жидкой коррозионной среде (быстродвижущиеся лопасти гребных винтов судов);

• коррозионная усталость — разрушение металла при знакопеременных или 

циклических механических нагрузках в коррозионной среде (стальные штанги насосов для откачки нефти, металлические тросы);

• коррозионное растрескивание — разрушение металла в коррозионной сре
де при действии растягивающих внешних или внутренних напряжений (типично для деталей из высокопрочных сталей);

• коррозионная хрупкость — потеря прочности и пластичности в результате 

наводороживания поверхности металла;

• щелевая коррозия — избирательное коррозионное разрушение металла в 

зазоре (в резьбовых, фланцевых соединениях);

• электрокоррозия — протекает при действии внешнего источник тока (рас
творение анодного заземления станций катодной защиты);

• коррозия при действии блуждающих токов — наблюдается при пробое изо
ляции электрокабелей, плохом заземлении линий электропоездов.  

По типу коррозионной среды различают: 
• газовую коррозию — при высоких температурах в газовой среде; 
• коррозию в жидкостях-неэлектролитах (жидкие топлива);
• атмосферную коррозию — коррозию во влажном воздухе в природных или 

заводских условиях;

• коррозию в морской воде;
• подземную коррозию (металлические сооружения в почвах и грунтах);
• биокоррозию — вызывается продуктами жизнедеятельности микроорга
низмов (плесени, грибков, бактерий);

• радиационную коррозию — при воздействии радиоактивного излучения.
Для практической оценки интенсивности коррозионных процессов опре
деляют изменение одного из параметров коррозии металла за промежуток 
времени нахождения в коррозионной среде.

Массовый показатель коррозии Km

±  (г(м2·ч)):

K
m
St

m
± = ∆
, 

где Δ∆m — убыль массы металла в единицу времени после удаления продуктов коррозии или увеличение массы металла вследствие роста пленки продуктов коррозии, отнесенные к единице поверхности S в единицу времени t. 

Объемный показатель коррозии KV (см/ч):

K
V
St

V =
,

где V — объем приведенного к нормальным условиям газа, поглощенного 
или выделившегося в результате коррозии металла в единицу времени с единицы поверхности.