Jakie są kategorie korozyjności atmosfery i jak korozja o dużej wilgotności i pewnym zanieczyszczeniu powietrza wpływa na metale? Jakie są przykłady typowych środowisk, w których występuje zjawisko korozji?
Kategorie korozyjności atmosfery służą głównie do określania wpływu atmosfery na stal, a ich klasyfikacja bazuje na standardach ustanowionych przez organizację taką jak ISO (z j.ang – International Organization for Standardization), czyli Międzynarodową Organizację Normalizacyjną oraz na podstawie standardów ASTM (American Society for Testing and Materials). Tego rodzaju kategorie stali są określane według obowiązujących standardów, które pomagają ustalić np. trwałość danego rodzaju stali względem temperatury, stopień wilgotności czy odporność na działania atmosferyczne.
Jednym z najbardziej powszechnych systemów klasyfikacyjnych kategorie korozyjności atmosferycznej w danym środowisku oraz stopień intensywności korozji na danym materiale jest system ISO 12944. Norma określa również przykłady typowych środowisk i klimatów: od umiarkowanego po wewnętrzny i zewnętrzny. Klasy korozyjności stali określa się w następujący sposób.
1. C1 - Minimalna korozyjność
Minimalna korozyjność dotyczy środowisk suchych, z bardzo niskim potencjałem wystąpienia korozji jak np. budynki i przestrzenie wewnętrzne, w których stal lub konstrukcja stalowa nie są narażone na działanie czynników atmosferycznych, nadmierną wilgoć i dlatego mają wyższą odporność na korozję, dlatego tę normę określa się minimalną korozyjnością.
2. C2 - Niska korozyjność
Niska korozyjność dotyczy obiektów stalowych, które są umieszczane np. wewnątrz budynków, hal i przestrzeni w środowisku o umiarkowanym poziomie wilgotności. Oznacza to, że stal nie jest narażona na wilgoć lub ma ograniczony kontakt z wilgocią.
3. C3 - Średnia korozyjność
Średnia korozyjność to środowiska zewnętrzne, a stal jest na tyle dobrze zabezpieczone, że mają ochronę przed działaniem czynników atmosferycznych takich jak np. opady deszczowe, silny wiatr, grad czy wysoka temperatura. Istnieje jednak ryzyko korozji stali, gdy dojdzie do reakcji chemicznej z solami.
4. C4 - Wysoka korozyjność
Wysoka korozyjność to typowe środowisko charakteryzujące się bardzo wysokim stopniem wilgotności, ale w którym nie występują sole. Stal w takim typowym środowisku jest narażona na opady deszczu, ale nie wchodzi w reakcję z solami czy substancjami agresywnymi, które które mogłyby przyśpieszyć korozję.
5. C5-I - Bardzo wysoka korozyjność
Piąta kategoria korozyjności atmosfery określa typowe środowisko, w którym stal jest bardzo narażona na działanie korozji. Nie bez powodu określa się tę kategorię przemysłową, ponieważ to właśnie typowe środowisko, gdzie są różnego rodzaju pary i substancje chemiczne w atmosferze – stal jest narażona na ich działanie i ulega korozji. Obiekt stalowy może być podatny na działanie substancji agresywnych, dlatego zwiększa się ryzyko powstania korozji.
6. C5-M - Bardzo duża korozyjność (określana morską korozyjnością)
Ekstremalna korozyjność to typowe środowisko morskie lub nadmorskie, w którym stal jest narażona na silne oddziaływanie soli morskiej i wilgoci, dlatego dochodzi do korozji. To mogą być np. mosty stalowe, które mają kontakt z wodą i solami, które pod wpływem tych czynników ulegają korozji.
Cynk od wielu dziesięcioleci jest wykorzystywanym materiałem do skutecznej ochrony różnego rodzaju stali i metali przed korozją i niekorzystnym działaniem czynników atmosferycznych. Jak jest otrzymywany cynk? Cynk pozyskuje się głównie z koncentratorów z siarczkiem cynku. W wyniku prażenia koncentratorów powstaje tlenek cynku, który następnie poddawany jest procesowi redukowania przy użyciu metody pirometalurgicznej. Cynk można również otrzymać, wykorzystując metodę hydrometalurgiczną. Metoda hydrometalurgiczna polega na procesie ługowania koncentratorów przy użyciu kwasu siarkowego aż do momentu uzyskania roztworu siarczanu cynku. Cynk odzyskuje się przez elektrolizę roztworu soli.
Nie bez powodu w wielu branżach wykorzystuje się cynkowanie ogniowe, czyli metodę, która w skuteczny sposób zabezpiecza określone metale przed korozją.
Jak działa cynkowanie ogniowe w praktyce? Prefabrykowaną stal lub inny metalowy element umieszcza się w ciekłym cynku w wysokiej temperaturze. Następnie powierzchnia danego przedmiotu pokrywana jest specjalną powłoką ochronną cynku, który skutecznie chroni przed korozją i uszkodzeniami mechanicznymi.
Istnieją również pozostałe powłoki ochronne, które są stosowane w wielu branżach, by chronić dany materiał przed korozją. Są to: ocynk galwaniczny, powłoki A2 - nierdzewne i A4 - kwasowe.
Ocynk galwaniczny to jedna z powłok, która w skuteczny sposób zabezpiecza elementy stalowe przed korozją i nie wymaga użycia wysokiej temperatury.
Metoda cynkowania galwanicznego jest określana również metodą cynkowania elektrolitycznego ze względu na to, że dany element stali zanurzany jest w kąpieli wodnej z udziałem cynku.
Pierwszy etap wymaga bardzo dokładnego oczyszczenia powierzchni i odtłuszczenia elementu metalowego, by proces cynkowania się powiódł. Metalowy element jest zanurzany w kwasie solnym wraz z inhibitorami.
Dlaczego ten etap jest tak ważny? Z powierzchni metalowego elementu znikają wtedy tlenki metali. Natomiast działanie inhibitorów powoduje zmniejszenie stopnia nawodornienia stali.
Ponadto podczas tego procesu dochodzi również do zmniejszenia tzw. efektu kruchości wodorowej. Po tym procesie wybrany metal z oczyszczoną wcześniej powierzchnią można poddać procesowi cynkowania. Metoda cynkowania galwanicznego (elektrolitycznego) sprawia, że powierzchnia metalu jest bardzo dobrze zabezpieczona przed korozją, jest też gładsza i jednolita w stosunku do powierzchni przed obróbką.
Drugim rodzajem powłoki stosowanej na powierzchniach elementów metalowych są powłoki oznaczone jako A2, czyli powłoki wykonane ze stali nierdzewnej. To nic innego jak powłoka, która składa się z węgla i chromu i w skuteczny sposób zabezpiecza powłokę danego metalu przed korozją. Dlaczego to tak skuteczna metoda? Odpowiedzialny za to jest chrom, który w połączeniu z tlenem skutecznie zapobiega powstawaniu korozji np. śrub i różnego rodzaju wkrętów i chroni powierzchnię danego metalu również przed wilgocią.
Trzecim sposobem ochrony powierzchni metalu przed korozją są powłoki określane A4, czyli tzw. kwasówki. Śruby kwasoodporne oznaczane A4 również są bardzo często stosowane w różnego rodzaju branżach, choć od śrub ze stali nierdzewnej są mniej popularne.
Powłoki ze stali kwasoodpornej A4 tzw. kwasówki zawierają w swoim składzie również chrom i nikiel oraz molibden, który skutecznie chroni powierzchnię danego metalu przed korozją. Są stosowane w środowiskach bardzo agresywnych, w których elementy stalowe wymagają dobrego zabezpieczenia np. w branży motoryzacyjnej, przemysłowej, budowlanej, przemyśle zbrojeniowym i służą do budowy okrętów.
Co czyni tę powłokę tak wyjątkową? Odpowiada za to dobre połączenie pierwiastków i nowoczesna technologia produkcji - to wszystko sprawia, że tego typu powłoka na różnego rodzaju elementach metalowych jest odporna na działanie różnego rodzaju kwasów np. azotowego, fosforowego czy też karbolowego. Jednak wybierając tę powłokę do ochrony metalu przed korozją warto mieć na uwadze, że im wyższa temperatura, tym mniejsza odporność kwasowa (jedyny wyjątek to oddziaływanie kwasu siarkowego i azotowego).
Stal jest jednym z najpopularniejszych materiałów konstrukcyjnych, która jest stosowana w przemyśle, budownictwie przemysłowym, motoryzacji i wielu innych branżach. W zależności od zastosowania stal musi spełniać restrykcyjne wymogi norm budowlanych, by charakteryzowała się wysoką wytrzymałością, odpornością na pękanie, a przede wszystkim na korozję.
Natomiast korozja to stan, gdy metale niszczeją pod wpływem reakcji chemicznej lub elektrochemicznej, ponieważ wchodzą w reakcję z atmosferą i nie wykazują oczekiwanej odporności przed działaniem atmosfery. Stal to stopy żelaza z węglem, które w momencie ulegania korozji stają się uwodnionymi tlenkami żelaza. W swojej pierwotnej formie stal jako metal to wciąż materiał, który jest w zróżnicowanym stopniu wrażliwy na oddziaływanie czynników chemicznych i fizycznych. Podczas użytkowania w różnych sytuacjach stal jest narażona na korozję. Zjawisko korozji może przybierać różne formy i oddziaływać zarówno fizycznie, jak i chemicznie na dane konstrukcje stalowe czy elementy. Skutki korozji są najczęściej określane na podstawie zniszczeń.
Zjawisko korozji stali polega na niszczeniu metali pod wpływem reakcji chemicznej lub elektrochemicznej z atmosferą, czyli środowiskiem. Metale ulegające zjawisku korozji to uwodnione tlenki żelaza. Są bardzo wrażliwe na działanie czynników chemicznych i fizycznych, dlatego podlegają procesom korozji. Wykazują zróżnicowaną odporność (mniejszą lub większą) na działanie korozji. Do grona pierwiastków, które zwiększają odporność korozyjną należą chrom i miedź. Natomiast siarka jest pierwiastkiem, który pogarsza odporność korozyjną stopu metali.
Korozyjność w typowych środowiskach danych obiektów stalowych lub elementów stalowych można sklasyfikować w następujący sposób:
Korozja atmosferyczna to rodzaj korozji, która powstaje ze względu na wytworzone reakcje elektrochemiczne. Korozja tego typu jest zależna od poziomu wilgotności i obecności szkodliwych substancji w powietrzu (powyżej 70%), ponieważ wtedy dochodzi do zjawiska określanego kondensacją pary wodnej na powierzchni danego elementu stalowego. Na to zjawisko ma wpływ wiele czynników: np. od wilgotności i ruchu powietrza.
Stopień zaawansowania oraz szybkość korozji są ściśle uzależnione od poziomu agresywności danego środowiska. Agresywność środowiska określa się rozmaitymi parametrami i za pomocą różnego rodzaju norm. Korozyjność atmosfery określa norma PN-EN ISO 9223, a na agresywność środowiska mają wpływ następujące kwestie:
Warto pamiętać, że przy niskich temperaturach procesy korozji atmosferycznej rzadko zachodzą. Natomiast ich wzrost nasila ryzyko korozji, a dodatkowo wzrasta ona poprzez różnego rodzaju substancje obecne w powietrzu jak np. tlenki azotu, sadze, rozmaite pyły, dwutlenki węgla czy tlenki siarki. Należy również wziąć pod uwagę fakt, że wahania temperaturowe mają wpływ na proces przyśpieszenia korozji, ponieważ dochodzi do wydłużenia czasu zwilżania wskutek kondensacji wilgoci na powierzchni danego elementu jak i w trakcie procesu obsychania.
Stal charakteryzuje się zróżnicowaną odpornością na działanie środowisk korozyjnych. Na tę odporność na dany obszar stali mają wpływ rozmaite pierwiastki stopowe. Pierwiastki, które zwiększają odporność korozyjną stali to głównie chrom i miedź, a siarka jest stopem, który ma wpływ na pogorszenie odporności korozyjnej stopu. Ciekawostką jest to, że węgiel jako pierwiastek nie wywiera żadnego wpływu na odporność stali przed korozją.
Na szybkość korozji atmosferycznej mają wpływ rozmaite zanieczyszczenia powietrza w postaci np. sadzy, różnego rodzaju pyłów, di-tlenki siarki i dwutlenku węgla, które zwiększają agresywność chemiczną elektrolitów występującą na powierzchni danego metalu w wyniku zjawiska kondensacji wilgoci. Wiatr czy inne zjawiska atmosferyczne mogą również zwiększać agresywność chemiczną elektrolitów i przyśpieszać proces korozji.
Bardzo pomocnym rozwiązaniem w określaniu stopnia korozyjności danego obiektu stalowego bądź elementu ma umiejętność rozpoznania poziomu agresywności typowego środowiska. Umiejętność określenia przewidywanych rodzajów korozji w typowych środowiskach pozwala na dokładne zabezpieczenie obiektu i wybranie najlepszej metody ochrony obiektu lub elementu stalowego przed korozją. Warto jednak mieć również na uwadze, że korozja może przejawiać się w wielu rozmaitych formach: od wpływu fizycznego po chemiczny. Skutki korozji są określane na podstawie dokładnych pomiarów i zaobserwowanych zmian spowodowanych korozją w zależności od poziomu zniszczeń.
Normy korozji są określane za pomocą norm. Co dokładnie każda z tych norm określa i jaki ma wpływ na trwałość elementów stalowych?
Norma określa również grubość powłok w zależności od grubości materiałów przeznaczonych do cynkowania:
Korozja w elementach stalowych - podsumowanie
Stal to materiał, który wbrew pozorom jest narażony na korozję w zróżnicowanych środowiskach w zależności od stopnia ich agresywności, zanieczyszczeń i wielu innych czynników. Warto więc mieć świadomość, jakie aspekty wpływają na korozję stali, by wiedzieć, jak to zjawisko powstaje, by skutecznie zapobiegać powstawaniu korozji.
