Коррозия, противопожарная защита и усталостное разрушение стальных конструкций являются одними из основных проблем инженера, занимающегося проектированием и изготовлением металлоконструкций, и эти аспекты требуют особого внимания. Коррозия — это электрохимический процесс, в котором участвуют анод, катод и электролит. В случае стали, когда возникают благоприятные условия для коррозии, ионы железа переходят в раствор из анодных зон. Затем электроны высвобождаются из анода и проходят через катод, где они соединяются с водой и кислородом, образуя гидроксильные ионы. Они вступают в реакцию с ионами железа из анода с образованием гидратированного оксида железа, который в дальнейшем окисляется до оксида железа, известного как ‘красная ржавчина’.
Коррозия является дорогостоящей и опасной. Ежегодно тратятся миллиарды долларов на замену проржавевших конструкций, оборудования и компонентов, включая металлическую кровлю, конденсаторные трубки, трубопроводы и многие другие изделия. Помимо затрат на замену, существуют затраты, связанные с техническим обслуживанием для предотвращения коррозии, проверками и содержанием конструкций с катодной защитой.
Коррозия бывает многих типов; однако мы перечислили следующие темы, относящиеся к крепежным изделиям из углеродистой стали с покрытием:
Вызывающая ржавчину Коррозия
Большинство архитектурных крепежных элементов изготавливаются из марок или сплавов стали, которые вступают в реакцию с кислородом с образованием оксида железа, обычно известного как ржавчина. Ржавчина — это тип коррозии, который ослабляет и портит сталь. Ржавление ускоряется, когда сталь также подвергается воздействию влаги, особенно если влага содержит хлориды (соли), что часто встречается в морской, промышленной и городской атмосфере. При проектировании соединений сталь-сталь как крепежные элементы, так и соединяемые детали должны быть защищены от коррозии. Стальные строительные панели, например, можно защитить с помощью цинкования и высокоэффективного покрытия.
Общая коррозия (кислородный тип)
Равномерная потеря поверхности является результатом использования обычной и низколегированной стали, содержащей менее 13% хрома, под воздействием нейтральной воды и во влажной атмосфере. Слой воды способствует протеканию электролитических реакций на поверхности стали, что приводит к прогрессирующей коррозии. Скорость коррозии быстро возрастает в присутствии других загрязняющих веществ и при повышенном уровне влажности.
Гальваническая коррозия (водородный тип)
Гальваническая коррозия возникает, когда разнородные металлы с одинаковой площадью поверхности соприкасаются в присутствии электролита (влаги), образуется электрический ток и менее благородный металл мигрирует и растворяется в растворе. Гальваническая коррозия также используется для предотвращения коррозии, когда для защиты катода, углеродистой стали, используется менее благородный металл (анод), то есть цинк. Однако при повреждении покрытия его защитный эффект уменьшается. Поверхностные покрытия крепежных изделий из углеродистой стали неизбежно повреждаются при монтаже.
HASCC Невидимая коррозия
Вторичный эффект гальванической реакции также может привести к опасному выходу из строя. Водород, побочный продукт гальванической коррозии, может ослабить стандартные крепежные изделия и вызвать их поломку. Это приводит к коррозии такого типа, которая незаметна до тех пор, пока не становится слишком поздно. HASCC начинается с водородного охрупчивания.
Водородное охрупчивание связано с гальваническим воздействием. Однако стальные крепежные изделия не ослабляются самой гальванической коррозией. Скорее, водород, образующийся при гальваническом воздействии, воздействует на сталь. Даже если сталь защищена от гальванической коррозии, водород может быстро воздействовать на нее. Для предотвращения этого риска были разработаны специализированные крепежные изделия.
Точечная коррозия
Анодные участки образуют коррозионные ямы. Это может произойти при погружении мягкой стали в воду или грунт. Этот распространенный тип коррозии в основном возникает из-за присутствия влаги, чему способствует неправильная детализация или постоянное попеременное смачивание и сушка. С этой формой коррозии можно легко справиться, обеспечив быстрый дренаж с помощью надлежащей детализации и обеспечив свободный приток воздуха, который высушит поверхность.
Биохимическая коррозия
Химическая коррозия — это процесс, при котором металлы растворяются в кислотах и едких растворах различной прочности, который развивается из-за того, что металлы имеют тенденцию соединяться с кислородом с образованием оксидов. Эта тенденция тем сильнее, чем менее благороден металл. Кислоты, поражающие крепежные изделия, часто поступают из атмосферы. Например, серная кислота, образующаяся в результате выбросов диоксида серы при сжигании ископаемого топлива, встречается в городских и промышленных условиях; оксиды азота, хлор, хлористый водород, муравьиная кислота, уксусная кислота и т.д. Встречаются вблизи соответствующих промышленных предприятий; хлориды и хлористый натрий, в частности, являются распространенными загрязнителями атмосферы в прибрежных регионах.
Коррозия аэрационных ячеек
Теплоизоляция приводит к дефициту кислорода, загрязняющие вещества скапливаются в складках листов, где задерживается влага. Зона ограниченного поступления кислорода становится анодом, и возникает коррозия даже в незагрязненных зонах с высоким значением pH. Более низкое значение рН, т.е. при наличии других загрязняющих веществ, увеличивает скорость коррозии.
Щелевая коррозия
Содержание кислорода в воде, попавшей в щель, меньше, чем в воде, находящейся под воздействием воздуха. Из-за этого щель становится анодной по отношению к окружающему металлу, и, следовательно, коррозия начинается внутри щели.
Биметаллическая коррозия
Когда два разнородных металла (например, железо и алюминий) соединяются вместе в электролите, между ними проходит электрический ток, и возникает коррозия. Это связано с тем, что металлы, как правило, могут быть расположены в зависимости от их электрического потенциала в таблице, называемой ‘гальванический ряд’. Чем дальше расположены металлы в гальваническом ряду, тем больше разность потенциалов между ними, вызывающая коррозию анодного металла. Распространенным примером является использование стальных винтов в элементах из нержавеющей стали, а также стальных болтов в алюминиевых элементах.
Коррозия под напряжением
Это происходит при одновременном воздействии статического растягивающего напряжения и специфической коррозионной среды. Напряжение делает некоторые участки корпуса более анодными (особенно зоны концентрации напряжений) по сравнению с остальными. Эта коррозия не характерна для черных металлов, поскольку некоторые виды нержавеющей стали подвержены ей.
Фреттинг-коррозия
При трении двух покрытых оксидом пленок или ржавых поверхностей друг о друга оксидная пленка может быть механически удалена с возвышенностей между контактирующими поверхностями. Эти открытые точки становятся активными анодами по сравнению с остальными поверхностями и инициируют коррозию. Этот тип коррозии часто встречается в механических компонентах.
Бактериальная коррозия
Это может происходить в почве и воде в результате микробиологической активности. Бактериальная коррозия наиболее распространена в трубопроводах, подземных сооружениях и морских сооружениях
Водородное охрупчивание
Это происходит в основном в крепежных изделиях и болтах. Атомарный водород может впитываться в поверхность крепежных изделий. Когда к этим крепежным изделиям прикладывается натяжение, водород будет стремиться мигрировать к точкам концентрации напряжений. Давление, создаваемое водородом, создает и / или расширяет трещину. Трещина растет при последующих циклах напряжения. Хотя водородное охрупчивание обычно включается в обсуждение коррозии, на самом деле это не совсем явление коррозии.