Основы коррозии железа и стали: причины, последствия и предотвращение

Основные концепции коррозии железа и стали

Железо и сталь в практическом применении обычно подвержены коррозии в атмосферных и водных средах. Коррозия — ухудшение этих материалов в результате химического взаимодействия со средой. Это одна из частых проблем современного индустриального общества. По ISO 8044:2010, коррозия — физико-химическое взаимодействие металла со средой, меняющее свойства металла и способное привести к значительному функциональному нарушению металла, среды или технической системы, частью которой они являются.

Современная наука о коррозии зародилась в начале XX века с моделью локального элемента и моделью коррозионного потенциала. Они объединились в современную электрохимическую теорию коррозии, описывающую металлическую коррозию как сопряженную электрохимическую реакцию: анодное окисление металла и катодное восстановление окислителя. Теория применима не только к мокрой коррозии при нормальных температурах, но и к сухому окислению при высоких температурах.

Железо и сталь корродируют в различных газообразных и водных средах. Наиболее частая коррозия — в водных растворах и влажном воздухе. В общем, металлическая коррозия железа и стали в начальной стадии дает растворимые металлические ионы в воде, затем ионы превращаются в твердые осадки коррозии: оксиды и гидроксиды металлов.

Железо и сталь в природе встречаются как руды. Процесс получения металлов из руд требует затрат энергии. Железо и сталь можно рассматривать как находящиеся в метастабильном состоянии; они стремятся потерять энергию, обращаясь в соединения, похожие на исходное. Материалы корродируют, так как химически нестабильны в естественных средах — воздухе, почве, воде. При коррозионной реакции энергия, заложенная при производстве, высвобождается, и металл возвращается в оксидное состояние. Поскольку большинство металлических соединений, особенно продукты коррозии, имеют низкую механическую прочность, сильно skorродированная сталь бесполезна для первоначального назначения.

Почти все коррозионные реакции электрохимической природы. На анодных участках поверхности сталь переходит в раствор как ферристые ионы — анодная реакция. При окислении атомов железа до ионов выделяются электроны, чей отрицательный заряд быстро накапливается в металле и препятствует дальнейшей анодной реакции. Поэтому растворение продолжается только если электроны могут перейти к участку поверхности, где возможна катодная реакция. На катодном участке электроны реагируют с восстанавливаемым компонентом электролита и удаляются из металла. Скорости анодной и катодной реакций эквивалентны по законам Фарадея, определяясь общим потоком электронов от анодов к катодам — «коррозионным током».

Существует различие между типами коррозии (взаимодействие металла со средой) и формами коррозии (феноменологическое проявление).

• Химическая реакция — типичная химическая коррозия при высоких температурах: металл реагирует с горячими газами, образуя оксидный слой.
• Металло-физическая реакция — пример: хрупкость от водорода, диффундирующего в металл, возможный отказ компонента. Хрупкость может быть результатом небрежного производства или инициироваться коррозионными процессами (растворением металла), например, коррозионно-индуцированным водородным растрескиванием.
• Электрохимическая реакция — самый распространенный тип. Подразумевает обмен электричеством через электроны в металле и ионы в проводящем электролите (водяная пленка на поверхности).

Поскольку коррозионный ток также течет через электролит ионной проводимостью, проводимость электролита влияет на работу коррозионных элементов. Корродирующий кусок стали описывается как «смешанный электрод», так как на его поверхности одновременно идут анодные и катодные реакции. Смешанный электрод — полная электрохимическая ячейка на одной стальной поверхности.

В среде коррозия обычно протекает в водных растворах и поэтому электрохимическая по природе. Четыре требования для образования коррозионного элемента: (i) анод (корродирует), (ii) катод (защищен), (iii) электролит (обычно почва или вода), (iv) металлический обратный путь (стальной изделие).

Коррозия включает ионизацию атомов металла и потерю этих ионов в раствор или в продукт коррозии. Поскольку ионизация означает отдачу электронов, должен происходить поток электронов от места реакции, чтобы избежать накопления отрицательного заряда. Таким образом, коррозия — электрохимическая реакция. Место потери металла — анод (анодная зона), электроны текут через металл к месту — катоду, где они потребляются в катодной реакции.

Анодная реакция обычно: Fe = Fe²⁺ + 2e⁻; катодная (при наличии воды и достаточного кислорода): 2H₂O + O₂ + 4e⁻ = 4OH⁻. Продукт коррозии — ржавчина — образуется из Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂.

Электрохимический механизм понятен, если рассмотреть образование ржавой ямы. Яма начинается в неоднородности поверхности (примесь), где протекают указанные реакции. Ямообразная геометрия образуется, потому что анодная реакция продолжается под покровом ржавчины. Рис. 1 показывает механизм коррозии.

Последствия коррозии многочисленны и разнообразны; их влияние на безопасную, надежную и эффективную эксплуатацию оборудования или конструкций часто серьезнее простой потери массы металла. Отказы различных видов и необходимость дорогостоящих замен могут возникнуть даже при незначительном уничтожении металла.

Типы коррозии

Существует несколько форм коррозии (рис. 2): (i) интергранулярная коррозия, (ii) среда-индуцированная коррозия, (iii) точечная коррозия, (iv) деаллоирование или селективное выщелачивание, (v) эрозионная коррозия, (vi) коррозия в железобетоне, (vii) гальваническая коррозия, (viii) щелевая коррозия, (ix) микробиально-индуцированная коррозия, (x) равномерная (общая) коррозия. Описаны ниже.

Интергранулярная коррозия

Также известна как интеркристаллитная (межгранничная) коррозия. Специальная форма локализованной коррозии, когда атака идет по узкой полосе вдоль границ зерен в структуре металла. Наиболее частый эффект — быстрая механическая дезинтеграция (потеря пластичности). Обычно предотвращается правильным выбором материала и технологией производства.

На микроуровне железо и стали имеют малые различимые области — зерна. Внутри зерна ориентация атомной решетки одинакова. Зерна имеют разную ориентацию; граница между ними — границы зерен. Обычно границы зерен не более реакционноспособны в коррозии, чем само зерно. Но при определенных условиях границы изменяются примесями и/или обогащением (или обеднением) одного из легирующих элементов. Термическая обработка и сварка могут изменить состав, вызывая интергранулярную коррозию. В тяжелых случаях может привести к заметному снижению механических свойств и в крайних случаях превратить сталь в кучу отдельных зерен.

Частый пример — интергранулярная коррозия в нержавеющих сталях. При сварке или нагреве 500–800 °C нержавейка становится сенсибилизированной (чувствительной) к интергранулярной коррозии (рис. 3). Хромистый карбид (Cr₂₃C₆) в этом диапазоне нерастворим и выпадает из зерна на границу. В результате зона зерна рядом с границей обедняется хромом и становится анодной по отношению к остальному зерну и границе. Границы зерен обладают меньшей коррозионной стойкостью, ведущей к локализованной атаке. Простейшее решение — состав с углеродом <0,03 %. Низкий углерод предотвращает образование хромистого карбида, хром остается в растворе. Коррозия обедненной границы очень тяжелая и происходит в кислых средах.

Среда-индуцированная коррозия

Также называется среда-индуцированным растрескиванием. Два типа: (i) коррозионное растрескивание под напряжением (КРН), (ii) водородное растрескивание. Также происходит из-за коррозионной усталости. Рис. 4 показывает среда-индуцированную коррозию.

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) возникает в сталях при пороговых условиях: (i) специфический состав коррозионной среды, (ii) минимальные уровни растягивающих напряжений, (iii) температура, (iv) состав стали, (v) структура стали. Пример — нержавеющие стали. Нержавейки растрескиваются в хлоридных растворах. Взаимодействие условий, ведущих к КРН, не до конца понятно. Считается, что коррозия образует точку или поверхностное разрывание, работающее как концентратор напряжений. Наличие минимального порогового растягивающего напряжения в сочетании с коррозией вызывает распространение трещины. Кроме того, при начальной коррозии растягивающие напряжения могут вызывать разрыв защитных пленок, exponируя металл коррозионной среде.

Это опасный тип коррозии, результатом экологических факторов или циклических напряжений. Основные типы трещин: (i) коррозионная усталость — ускоренный отказ стали под циклической нагрузкой в коррозионной среде, (ii) КРН — коррозионно-индуцированное растрескивание в сталях под высоким растягивающим напряжением. Трещины начинаются на поверхности и идут внутрь. Напряжение может быть результатом холодной деформации, формовки или внешней нагрузки.

КРН — комбинированный механический и электрохимический процесс, приводящий к растрескиванию. Может вызвать внезапный хрупкий отказ нормально вязких металлов под напряжениями значительно ниже предела текучести. Внутренние напряжения в материале достаточно для инициации КРН.

КРН — не просто наложение коррозии и механических напряжений, а автокаталитический, самоускоряющийся процесс с высокой скоростью растворения металла (анодная реакция). Сначала образуется небольшая точка, развивающаяся в трещину под действием приложенных или остаточных напряжений. Трещина открывает новую активную (непассивную) поверхность, которая легко корродирует, приводя к дальнейшему росту трещины и обнажению новых активных участков. Растворение металла в трещине быстро продвигается до механического разрушения.

КРН — высокоспецифическая форма коррозии, возникающая только при одновременном выполнении трех условий (рис. 4): (i) механическое (нагрузка, напряжение), (ii) материал (чувствительный сплав, например сталь), (iii) среда (высококоррозионная, хлориды). Известно, что определенные марки стали подвержены КРН в агрессивных средах (крытые бассейны), где коррозию инициируют хлориды, атакующие пассивный слой.

Водородное растрескивание (водородная хрупкость) — потеря пластичности стали из-за насыщения атомным водородом границ зерен. Возникает на локальных катодных участках, усугубляется напряжением и соединениями вроде сероводорода.

Водородное растрескивание вызвано диффузией атомов водорода в сталь. Наличие водорода в решетке ослабляет механическую цельность, ведет к росту трещин и хрупкому разрушению при напряжениях ниже предела текучести. Как и КРН, может вызвать внезапный отказ без предупреждающих признаков. В обычных применениях актуально для высокопрочных сталей с пределом прочности ~1 ГПа и выше. Три условия (рис. 4): (i) механическое (нагрузка, напряжение), (ii) материал (твердость, структура), (iii) среда (внешний/внутренний водород).

Источник водорода — производственные процессы: сталеплавка, декапирование, электроцинкование (первичный водород). Вторичный источник — водород, образующийся при коррозии. При коррозии водород диффундирует в материал, снижая вязкость/пластичность стали.

Точечная коррозия

Точечная коррозия — экстремально локализованная атака, приводящая к мелким отверстиям (точкам) в стали. Основно на пассивных металлах, стойкость которых обеспечивается тонким оксидным слоем (несколько нанометров).

Точечная коррозия — одна из самых разрушительных и опасных форм. Объекты точечной коррозии — стали, полагающиеся на оксидную пленку для защиты (нержавейки). Инициация точки может быть результатом: (i) химической атаки (ферристый хлорид, аэрированная морская вода на нержавейке), (ii) механической атаки (удар, царапина, удаляющая участки защитной пленки), (iii) щелевой коррозии от мелких отложений на поверхности, особенно в застойной морской воде. Некоторые теории считают точечную коррозию частным случаем щелевой.

Процесс начинается с локального разрушения пассивного слоя. Локальную атаку на сталях могут инициировать хлорид-ионы. Точечная коррозия проблематична: в отличие от равномерной, видна только как мелкие колючки на поверхности. Объем удаленного материала под ними обычно неизвестен, так как могут образовываться скрытые полости, что затрудняет обнаружение и прогноз. Технически нет разумного способа контролировать точечную коррозию. Эта форма должна быть исключена с начала через проектирование и выбор правильного материала. Рис. 5 показывает точечную коррозию.

Деаллоирование или селективное выщелачивание

Деаллоирование/селективное выщелачивание — коррозия, когда участки поверхности металла металлографически отличаются от соседних. Более превалентно в цветных металлах и сплавах. Пример: латунь (сплав цинка и меди в «твердом растворе»). Может корродировать с селективным удалением цинка, оставляя медь. Сплав становится пористым, механические свойства ухудшаются. В латуни определяется сменой желтого цвета на красновато-медный. Добавление малого количества олова предотвращает деаллоирование. Такое выщелачивание называют «децинкификацией».

Чугуны могут корродировать так, что железо селективно корродирует, оставляя мягкий графитовый слой — «графитизация». Другие примеры: деалюминификация, деникелификация, декобалтификация — термины относятся к селективно корродируемому элементу. Рис. 6 показывает деаллоирование.

Механизм селективного выщелачивания объясняют на примере латуни. Сначала латунь корродирует. Затем цинк-ионы остаются в растворе, а медь осаждается обратно твердым слоем. Проблема: коррозия происходит даже при высоких скоростях потока электролита, когда, казалось бы, медные ионы сносятся до осаждения.

Вторая теория (тоже для латуни): цинк корродирует предпочтительно, оставляя медь в решетчатой структуре. Это процесс, где менее благородный металл в сплаве атакуется предпочтительно и замещается в матрице катодными продуктами. Частый пример — децинкификация латуни: цинк в матрице сплава атакуется, медь остается.

Эрозионная коррозия

Эрозионная коррозия — результат высокоскоростного потока электролита, чье абразивное действие ускоряет коррозию. Особенно тяжела, когда электролит содержит взвешенные твердые частицы. Эффект — удаление защитного оксида с пленки, exponируя свежий сплав к коррозии. Эрозионную коррозию можно считать точечной на большем масштабе. Существует предел допустимых скоростей электролита для конкретных металлов.

Медно-никелевые сплавы выбирают для морской службы за устойчивость к эрозионной коррозии (среди прочего). Другие формы атаки, связанные с эффектами скорости:

• Кавитация — разрушение поверхности от внезапного образования и коллапса пузырей/пустот из-за турбулентности жидкости. Обычно отмечается точечной/шершавой поверхностью.
• Ударная атака (impingement attack) — локализованная коррозия от турбулентности или набегающего потока. Обычно есть критическая скорость: ниже — нет атаки, выше — атака растет быстро. Часто три процесса происходят одновременно. Рис. 7 — эрозионная коррозия.

Коррозия в железобетоне

Железобетон (ЖБ) — композит: стальные арматурные стержни (арматура) в бетонной массе. Арматура воспринимает основную растягивающую нагрузку и придает трещиностойкость бетону, который работает на сжатие. Сталь в бетоне обычно в некорродирующем пассивном состоянии. Но пассивные условия не всегда достигаются на практике, поэтому коррозия арматуры происходит. Последствия: снижение предельной прочности и эксплуатационной пригодности ЖБ-конструкций. Коррозия арматуры — глобальная проблема. Повреждения от коррозии в значительной степени снижают эксплуатационную пригодность и структурную целостность ЖБ. Коррозионно-индуцированные повреждения требуют раннего ремонта или полной замены конструкции.

Когда арматура в бетоне корродирует, продукты коррозии увеличивают объем. Все формы оксидов и гидроксидов железа имеют удельный объем больше, чем сталь. Расширительные силы от коррозии приводят к растягиваемым трещинам и ржавым пятнам на бетоне. Это снижает эксплуатационную пригодность и структурную целостность, а также эстетику. Как только коррозия начинается, лишь вопрос времени, когда накопленный ущерб приведет к отказу конструкции задолго до расчетного срока службы.

Две основные причины коррозии арматуры в бетоне: (i) локальный разрыв пассивной пленки на стали хлорид-ионами, (ii) общий разрыв пассивности за счет нейтрализации щелочности бетона реакцией с атмосферным CO₂. Основные факторы, влияющие на коррозию арматуры в ЖБ: (i) потеря щелочности от карбонизации, (ii) потеря щелочности от хлоридов, (iii) трещины в бетоне от механической нагрузки, (iv) блуждающие токи, (v) атмосферное загрязнение, (vi) пути влаги, (vii) водоцементное отношение, (viii) низкая растяжная прочность бетона, (ix) электрический контакт с разнородными металлами, (x) коррозия из-за разницы сред.

В среде идеальной однородности коррозия маловероятна. Но ЖБ не гомогенен, и коррозионные элементы формируются при определенных условиях. Множество причин неравномерности, усиливающей коррозию: бетон может быть куполообразным, пористым, неравномерно влажным/сухим. Трещины вызывают различия в напряжениях в стали, дифференциальную аэрацию, отложение солей. Всегда есть неравномерности в самой арматуре из-за остаточных напряжений и производства. В результате зоны с низким потенциалом становятся анодными, с высоким — катодными. Влажный бетон — электролит, действие ускоряется при наличии ионов солей. Коррозия в ЖБ обычно делится на две группы: (i) трещиноватый бетон, (ii) нетрещиноватый бетон.

В свежем нетрещиноватом бетоне обычно достаточно устойчивости к коррозии. Бетонный защитный слой над арматурой эффективно препятствует проникновению коррозионных агентов до уровня стали. Очевидно, чем толще и плотнее слой, тем эффективнее защита. Свежий бетон имеет высокий pH (~13 за счет Ca(OH)₂), обычно ингибирующий коррозию. pH — индекс кислотности/щелочности: 0–7 — кислота (коррозия способствуется), 7–14 — щелочь (коррозия замедляется). Последняя защита — синяя оксидная пленка (калибровочный налет) на поверхности арматуры, предотвращающая прямой контакт коррозионных агентов с голым металлом. Калибровочный налет дает локальную защиту.

Со временем условия меняются. Вода, соль, кислород, CO₂, промышленные газы медленно проникают в бетон (скорость зависит от проницаемости защитного слоя). CO₂, проникая через поры и трещины, реагирует с Ca(OH)₂, образуя карбонат кальция. Таким образом, и pH, и защитные качества бетона снижаются. Общий механизм коррозии в ЖБ показан на рис. 8.

Гальваническая коррозия

Когда два разных металла экспонированы в коррозионной среде, существует разность электрических потенциалов. Если они электрически соединены, более активный металл становится анодом в получившемся гальваническом элементе и его коррозия усиливается. Пример — стальные болты, держащие медные пластины.

Гальваническая коррозия — повреждение, когда два разных металла имеют проводящую связь и контактируют с общим коррозионным электролитом. В электрохимической модели одна из частичных реакций (анодное растворение или катодное восстановление O₂) идет почти исключительно на одном металле. Обычно менее благородный металл растворяется (анод), более благородный — не атакуется (служит катодом для восстановления O₂). Там, где происходит гальваническая коррозия, скорость коррозии менее благородного металла выше, чем в свободной коррозии без контакта.

Используя термодинамические данные и практический опыт, можно предсказать подверженные комбинации материалов. Положительный пример — защита цинком углеродистых и слаboleгированных сталей. Цинк, будучи менее благородным, активно защищает сталь, корродируя сам.

Не всякая гальваническая коррозия вредна. Цинкированная сталь (гальванизация) защищает сталь не потому, что сталь стойка, а потому что цинк, будучи анодным к стали, корродирует предпочтительно. Таким образом, сталь защищена катодно: любые открытые участки стали становятся катодами.

Хорошая практика — не использовать разнородные металлы, если не нужно. Если нужно — меры предосторожности: (i) попытаться электрически изолировать металлы, (ii) использовать защитные покрытия на поверхности(ях), обычно на катоде, (iii) катодно защищать менее благородный металл, (iv) вводить ингибиторы коррозии в систему, (v) использовать конструкцию, где анодная часть легко заменяема, (vi) устранять влагу, (vii) использовать металлы, близкие в гальваническом ряду, (viii) держать высокое отношение площадей анод/катод в конструкции, (ix) закладывать конструктивные допуски на коррозию. Рис. 9 — гальваническая коррозия.

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия — коррозия в трещинах/щелях между двумя поверхностями (из одного металла, разных металлов или металла и неметалла). Инициируется ограниченным доступом кислорода из воздуха в щелевую зону диффузией, создающим разные концентрации растворенного кислорода в общем электролите (аэрационный элемент).

Щелевая коррозия — локализованная атака, когда щели, образованные накладными стыками или зонами частичного экранирования, экспонируются коррозионной среде. Полученные элементы называют концентрационными. Два частых случая: кислородные элементы и металло-ионные элементы. Кислородные концентрационные элементы возникают, когда экранированная зона обедняется кислородом и становится анодом относительно оксидной зоны. Как показано на рис. 10, коррозия становится довольно быстрой из-за малой экранированной площади по сравнению с неэкранированной. В кислородном элементе есть кислородный «градиент», заставляющий формироваться анод и катоды по отношению к уровням кислорода.

Щелевая коррозия — коррозия в трещинах/щелях между двумя поверхностями. Инициируется ограниченным доступом кислорода диффузией в щелевую зону, ведущим к разным концентрациям растворенного кислорода (аэрационный элемент). Частичные реакции идут на разных участках: восстановление кислорода — во внешних зонах с высокой концентрацией O₂, доступных воздуху; анодное растворение металла — в щеле, вызывая локальную атаку (например, точечную). Возникает под шайбами/прокладками, если вода попадает под них. Существуют нижний и верхний пределы ширины щели для индукции коррозии. Слишком узкая — нет электролита; слишком широкая — не развивается аэрационный элемент. Критическая ширина зависит от типов металлов, среды и циклов увлажнения/сушки.

Начальная движущая сила — кислородный элемент. Продолжаемый рост способствует накоплению (часто от тех же факторов, что дают низкий уровень кислорода) кислых, гидролизованных солей в щели. Сплавы вроде 18-8 нержавеек подвержены кислородной щелевой коррозии.

Металло-ионные элементы формируютсяmainly с медными сплавами. Экранированная зона накапливает продукты коррозии и становится катодной по отношению к зонам вне щели, где продукты смываются. Рис. 10 показывает этот тип концентрационного элемента.

Другой пример металло-ионной коррозии — когда относительные скорости электролита над поверхностью металла больше в одной точке, чем в другой, что дает металло-ионную щелевую коррозию. Пример: металлический диск, вращающийся с высокой скоростью в морской воде. Коррозия у края, где линейные скорости максимальны и концентрация металло-ионов низкая (ионы повторно сносятся). Высокая скорость сносит ионы, образуя анодные зоны. В центре диска, где скорости ниже, металл выступает катодом и защищен.

Однако два концентрационных элемента корродируют в разных областях щели. Кислородный элемент корродирует под экранированной зоной, металло-ионный — вне зоны. Начальная движущая сила — либо кислородный, либо металло-ионный элемент. Продолжаемый рост управляется накоплением продуктов коррозии, кальциевых отложений и солей в щели.

Снова: частичные реакции на разных участках. Восстановление кислорода — во внешних зонах с высокой концентрацией O₂; анодное растворение — в щеле, давая локальную атаку (например, точечную). Возникает под шайбами/прокладками, если вода попадает под них.

Микробиально-индуцированная коррозия

Биологические организмы могут играть большую роль в атаке на металлы. Коррозия вызывается или ускоряется микроорганизмами. Может происходить с кислородом или без. Биологическое действие увеличивает тяжесть коррозии: (i) бионакопления на поверхности материала, (ii) производство коррозионно-активных химических видов (сероводород от сульфаторедуцирующих бактерий — SRB), (iii) нарушение нормальных электрохимических реакций и образования пленок.

Микробиальная (микробиологическая) индуцированная коррозия (МИК) — коррозия, вызванная присутствием и активностью микроорганизмов. Микроорганизмы — организмы, невидимые невооруженным глазом: микроводоросли, бактерии, грибы. МИК может вызывать различные формы локализованной коррозии: точечную, деаллоирование, усиленную эрозионную коррозию, усиленную гальваническую коррозию, КРН, водородную хрупкость. В результате МИК коррозия может происходить в непредсказуемых местах и с очень высокими скоростями. Железо и сталь подвержены МИК. Кроме того, МИК может происходить в морской, пресной, дистиллированной/деминерализованной воде, углеводородном топливе, процессных химикатах, пище, почвах, плазме крови, слюне, сточных водах.

Хотя SRB, активные только в анаэробных (безкислородных) средах, — очень частая причина коррозии, МИК могут вызывать и другие микроорганизмы. Пример: «тиобациллы» — сероокисляющие бактерии (SOB), окисляющие сернистые соединения до серной кислоты. Другие кислотопроизводящие микроорганизмы — бактерии и грибы. Микробы могут адгерировать к металлическим поверхностям, образуя биопленку — сообщество микроорганизмов, ведущее к коррозии. Когда кислотные продукты бактериальной активности удерживаются на границе биопленка-металл, их влияние на коррозию интенсифицируется.

Хотя железо незначительно корродирует в деаэрированной воде, скорость коррозии в некоторых естественных деаэрированных средах аномально высока. Эти высокие скорости прослеживаются к наличию SRB (например, Desulfovibrio desulfuricans). Их связь с наблюдаемым ускоренным коррозией в почвах с низким растворенным кислородом впервые замечена в Голландии. Бактерии изогнутые, ~1×4 мкм, встречаются во многих водах и почвах. Процветают только в анаэробных условиях при pH ~5,5–8,5. Некоторые размножаются в пресных водах и почвах с сульфатами, другие — в пресных и морских водах, третьи — в глубоких почвах при 60–80 °C.

SRB легко восстанавливают неорганические сульфаты до сульфидов в присутствии водорода или органического вещества, и им помогает железная поверхность. Помощь железа, вероятно, в подаче водорода, который обычно адсорбирован на поверхности металла и который бактерии используют для восстановления SO₄. На каждый эквивалент потребленных атомов водорода один эквивалент Fe²⁺ переходит в раствор, образуя ржавчину и FeS. Следовательно, бактерии, вероятно, действуют как деполяризаторы.

Железоистый гидроксид и железистый сульфид образуются в пропорции 3 моль к 1 моль. Анализ ржавчины с активными SRB показывает это приблизительное соотношение оксида к сульфиду. Качественно действие SRB как причины коррозии в воде, изначально свободной от сульфидов, можно детектировать добавлением нескольких капель HCl к ржавчине и запахом сероводорода.

Тяжелые повреждения от SRB случались особенно в обсадных трубах нефтяных скважин, заложенных трубопроводах, водохлаждаемых прокатных станах, трубах глубоких водяных скважин. В течение 2 лет скважинная вода может вызвать отказ оцинкованной водопроводной трубы 50 мм диаметра действием SRB.

Комбинация низкой температуры и низкой влажности — один подход к контролю роста бактерий, но грибы могут расти в таких условиях. Регулярная чистка — хорошая практика для предотвращения биопленки и последующей коррозии. Хлорирование используется для устранения бактерий, вызывающих коррозию, но может давать побочные продукты, экологически неприемлемые. Аэрация воды снижает активность анаэробных бактерий, так как они не процветают в присутствии растворенного кислорода. Добавление определенных биоцидов может быть полезно, но микроорганизмы способны становиться устойчивыми к конкретным химикатам при длительном использовании. Эрадикация микробных популяций достигается комбинацией нескольких химикатов или повышением концентрации биоцида. Рис. 11 — пример микробиально-индуцированной коррозии.

Равномерная (общая) коррозия

Равномерная коррозия (рис. 12) — форма, когда поверхность удаляется почти равномерно. Частичные реакции (растворение металла и восстановление кислорода) статистически распределены по поверхности, приводя к более или менее однородному растворению и равномерному образованию продуктов коррозии (рыжая ржавчина на углеродистой стали). Эта коррозия результатом постоянного смещения анодных и катодных зон на поверхности металла в контакте с электролитом, ведущей к почти равномерной атаке на всей поверхности. Пример — ржавление стальной пластины в морской воде. Хотя называется равномерной, она характеризуется средней потерей поверхности.

Если известна скорость потери металла, в проектировании и обслуживании можно заложить допуски на коррозию. Степень этой формы обычно хорошо оценивается по опыту. Скорость коррозии в микрометрах в год. Используя средние значения, можно рассчитать срок службы компонента и увеличить его за счет большей толщины.

Равномерная коррозия идет на незащищенной углеродистой стали и цинкированной стали в атмосферных условиях. В реальности чисто однородная атака маловероятна. Всегда есть участки, особенно на сложных деталях, корродирующие быстрее, дающие шершавую поверхность с неравномерным покрытием продуктами коррозии.