Питтинговая коррозия: что это такое, почему она важна для подготовки поверхности и как с ней работать

В этой статье объясняется, что вызывает питтинговую коррозию, где она возникает, почему она создаёт особую проблему при работах с покрытиями и каковы пять шагов подготовки стали с питтингами. Питтинг — одна из самых разрушительных форм локальной коррозии промышленных стальных конструкций. В отличие от равномерной коррозии, которая постепенно уменьшает толщину стали на большой площади, питтинг концентрирует поражение в небольших глубоких кавернах, которые могут прошить сечение, пока средняя потеря металла ещё невелика. Для подготовки поверхностипиттинг создаёт проблему, которую стандартные степени струйной очистки полностью не решают: питтинги переживают струйную очистку как геометрические дефекты стали, а загрязнения и продукты коррозии внутри них продолжают угрожать адгезии и долговременной целостности нанесённого покрытия.

Что вызывает питтинговую коррозию?

Питтинговая коррозия — электрохимический процесс, начинающийся там, где защитная поверхностная плёнка — пассивная оксидная плёнка на нержавеющей стали и алюминии либо прокатная окалина, продукты коррозии или покрытие на углеродистой стали — локально нарушена, как правило, в присутствии агрессивных анионов, чаще всего хлорид-ионов. Типичная последовательность на стали:

1. Хлорид-ионы концентрируются на поверхностном дефекте, включении, нарушении покрытия или разрыве в прокатной окалине, нарушая поверхностную плёнку
2. Образуется анодный участок: железо растворяется внутри развивающегося питтинга
3. Геометрия питтинга создаёт элемент дифференциальной аэрации — внутренняя часть питтинга обедняется кислородом и остаётся анодной, а окружающая поверхность (или прилегающая прокатная окалина) выступает катодом
4. Химия питтинга становится всё более кислой и богатой хлоридами по мере гидролиза продуктов реакции, что ещё больше ускоряет коррозию внутри питтинга
5. Над устьем питтинга часто образуется колпачок из продуктов коррозии, который может скрывать питтинг, пока коррозия продолжается под ним

С практической точки зрения питтинг самоусиливается. Возникнув, питтинг создаёт химические условия, ускоряющие его собственный рост. Поэтому питтинг может быстро развиваться в агрессивных средах — на шельфе, в морских условиях, в химической промышленности и в атмосферах с высоким содержанием хлоридов — и поэтому важны раннее обнаружение и обработка. Об общих механизмах см. Что такое коррозия? Виды, причины и как подготовка поверхности её останавливает.

Где возникает питтинговая коррозия на промышленных активах

• Морские сооружения — зона заплеска и приливная зона на опорах-джекетах; верхние строения в местах разрушения покрытия, где осаждение хлоридов высоко
• Морские суда — балластные танки (особенно в нижних точках, где скапливается солёная вода), конструкции грузовых трюмов, листы обшивки корпуса в местах дефектов покрытия
• Трубопроводы — наружная поверхность в местах отслоения покрытия; внутренняя поверхность в «сладких» (CO₂) и «кислых» (H₂S) средах, где CO₂ и H₂S способствуют локальному поражению
• Резервуары для хранения — внутренние листы днища и нижние пояса стенки, контактирующие с технологическими жидкостями, и днища резервуаров, где скапливается вода
• Теплообменники и сосуды под давлением — поверхности, контактирующие с технологическими жидкостями или охлаждающей водой, содержащими хлориды
• Горнодобывающие конструкции — технологические сосуды, конструкционная сталь и трубопроводы, контактирующие с кислыми технологическими жидкостями и технологической водой, богатой хлоридами

Почему питтинги создают трудности при подготовке поверхности

Стандартная абразивоструйная очистка — даже до SSPC-SP 10 / Sa 2½ (почти белый металл) — решает вопросы загрязнений и профиля шероховатости на общей поверхности стали, но не решает полностью проблемы, которые создаёт глубокий питтинг. Стандарты очистки механизированным инструментом до чистого металла прямо это признают: SSPC-SP 11 и SP 15 допускают остатки ржавчины и покрытия на дне питтингов там, где исходная поверхность поражена питтингами.

1. Питтинги удерживают продукты коррозии после струйной очистки

Струйный материал бьёт по поверхности с высокой скоростью, но геометрия глубокого узкого питтинга ограничивает то, насколько хорошо материал очищает его внутреннюю часть. Продукты коррозии — оксиды железа, хлориды железа и сульфаты железа — могут оставаться в нижней части питтингов, даже когда окружающая сталь соответствует Sa 2½. Эти остатки продолжают корродировать сталь под впоследствии нанесённым покрытием и из-за содержания растворимых солей способствуют осмотическому вздутию.

2. Питтинги удерживают загрязнение растворимыми солями

Хлоридные соли гигроскопичны — они притягивают влагу. Как только продукты коррозии, богатые хлоридами, накапливаются в питтингах, они осмотически втягивают воду через любое покрытие над ними. Это механизм осмотического вздутия: концентрация солей в питтинге создаёт локальную движущую силу, которая тянет воду через плёнку покрытия, наращивая давление, пока покрытие не вздувается и не отслаивается. Одна сухая струйная очистка не удаляет растворимые соли из внутренности питтингов надёжно. Промывка водой или гидроструйная очистка высокого давления (степени SSPC-WJ), как правило, эффективнее удаляют продукты коррозии, насыщенные солями, со стали с питтингами.

3. Глубокие питтинги создают недостаточную толщину покрытия

Плёнка покрытия повторяет контур поверхности стали. Над глубоким питтингом покрытие на дне и стенках может быть гораздо тоньше, чем над окружающей сталью, а на узких питтингах покрытие может перекрывать устье, оставляя под кажущейся целой плёнкой пустоту. Эти зоны с тонкой плёнкой и пустоты нередко разрушаются первыми в эксплуатации.

4. Питтинг уменьшает эффективную толщину сечения

Хотя это не вопрос подготовки поверхности в строгом смысле, питтинг, уменьшивший толщину стали ниже минимально допустимой, необходимо выявить до нанесения покрытия, и до нанесения покрытия может потребоваться ремонт (например, сваркой или заменой листа). Ультразвуковое измерение толщины на участках с питтингами и измерение глубины питтингов — стандартная практика оценки пригодности к эксплуатации в энергетическом и морском секторах.

Как справляться с питтинговой коррозией при подготовке поверхности

Шаг 1. Оцените глубину и распространённость питтингов

Перед выбором метода подготовки охарактеризуйте питтинг: глубина, диаметр, плотность (число питтингов на единицу площади) и наличие корок продуктов коррозии, закрывающих устья питтингов. Это определяет, достаточно ли одной струйной очистки или очистки механизированным инструментом, либо нужен предварительный этап интенсивного удаления.

Шаг 2. Удалите основную массу коррозии с сильно поражённых участков — Tercoo®

Для стали со слоистой коррозией, толстыми корками продуктов коррозии или сильными питтингами с неповреждёнными продуктами коррозии над устьями удаление основной массы коррозии перед финишной подготовкой — технически правильный подход. Штифтовые диски Tercoo® с твердосплавными штифтами предназначены именно для этого: они снимают плотную ржавчину, слоистую окалину и существующее покрытие, обнажая сталь под коркой коррозии и открывая устья питтингов для последующей очистки.

Шаг 3. Достигните целевой степени очистки и профиля — Bristle Blaster® или абразивоструйная очистка

После удаления основной массы коррозии поверхность доводят до целевой степени очистки и профиля шероховатости:

• Абразивоструйная очистка обеспечивает наивысшую производительность и наиболее стабильный результат на больших площадях.
• Модель Bristle Blaster® обеспечивает степень очистки, сопоставимую с ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10, и профиль шероховатости 65–85 µm Rz на стандартной стали в документально подтверждённых испытаниях, без свободного абразива. Результаты зависят от марки стали, степени ржавления, ленты и техники работы. Она подходит для замкнутых пространств, удалённых мест, локального ремонта и — в пневматическом исполнении, оценённом по ATEX, — для взрывоопасных зон 1, где струйная очистка неприменима. Как и при работе с любым инструментом, внимательно проверяйте дно питтингов; руководство по обработке коррозионных проколов показывает технику на локальных питтингах.

Комбинированная последовательность описана в материале Двухэтапный метод MontiPower®: от сильной коррозии до SSPC-SP10.

Шаг 4. Контролируйте загрязнение растворимыми солями

На стали с питтингами и историей воздействия хлоридов испытание на растворимые соли перед нанесением покрытия обязательно. Измеряйте методом пластыря Бресле (ISO 8502-6) и по электропроводности (ISO 8502-9). Пределы задаются спецификацией: многие морские спецификации используют 20 мг/м² (2 µg/cm²), а Эксплуатационный стандарт ИМО по защитным покрытиям балластных танков устанавливает максимум 50 мг/м² в пересчёте на хлорид натрия. Если результаты превышают предел, промойте чистой водой или примените гидроструйную очистку, дайте поверхности высохнуть, заново подготовьте участки с налётом ржавчины и подтвердите повторным испытанием до грунтования. См. Загрязнение растворимыми солями и разрушение покрытий.

Шаг 5. Нанесите полосовой слой или заполните глубокие питтинги

Глубокие питтинги могут требовать полосового слоя грунтовки, вмятого в питтинг кистью, либо заполнения совместимым шпатлёвочным составом или материалом, нетребовательным к подготовке поверхности, до нанесения полной системы покрытия, чтобы толщина плёнки на дне и стенках питтинга была достаточной. Метод и материалы должны быть совместимы с системой покрытия и записаны в спецификацию проекта — обратитесь к техническому описанию продукта производителя покрытия.

Основные выводы

• Питтинговая коррозия концентрирует поражение в локальных глубоких кавернах, как правило, вызываемое хлоридным разрушением защитной поверхностной плёнки. Она самоусиливается: химия питтинга ускоряет его собственный рост.
• Струйная очистка до Sa 2½ / SSPC-SP 10 не решает полностью проблему глубокого питтинга: продукты коррозии и растворимые соли могут оставаться внутри питтингов после струйной очистки.
• На стали с сильными питтингами эффективен двухэтапный подход: Tercoo® для удаления основной массы коррозии и корок, затем Bristle Blaster® или абразивоструйная очистка для достижения целевой степени очистки и профиля шероховатости.
• Контроль растворимых солей критичен для стали с питтингами — богатые хлоридами продукты коррозии в питтингах вызывают осмотическое вздутие. Проверяйте и обрабатывайте до нанесения покрытия.
• Питтинг, уменьшивший толщину стали ниже минимальной, требует оценки конструкции и ремонта до нанесения покрытия — покрытие не может восстановить утраченное сечение.

Часто задаваемые вопросы

Что вызывает питтинговую коррозию стали?

Питтинг начинается там, где защитная плёнка, прокатная окалина или покрытие локально нарушены, как правило, в присутствии хлоридов. Питтинг становится небольшим анодом, окружённым большим катодом, а его внутренняя часть становится кислой и богатой хлоридами, что ускоряет дальнейшее поражение. Наиболее агрессивны морские, шельфовые и химические среды.

Удаляет ли абразивоструйная очистка коррозию из питтингов?

Не полностью. Струйная очистка хорошо очищает открытую поверхность, но продукты коррозии и растворимые соли могут оставаться на дне глубоких узких питтингов, даже когда окружающая сталь соответствует Sa 2½. SSPC-SP 11 и SP 15 прямо допускают остатки на дне питтингов. Для стали с питтингами, подвергавшейся воздействию хлоридов, нужны промывка водой и испытание на соли.

Какой уровень растворимых солей допустим перед нанесением покрытия на сталь с питтингами?

Предел задаёт спецификация покрытия. Многие морские спецификации используют 20 мг/м² (2 µg/cm²), измеряемые методом пластыря Бресле и по электропроводности, а стандарт ИМО для балластных танков допускает до 50 мг/м² в пересчёте на хлорид натрия. Если результат выше, промойте поверхность или обработайте гидроструйным методом и повторите испытание.

Нужно ли заполнять глубокие питтинги перед нанесением покрытия?

Глубокие питтинги обычно требуют нанесения кистью полосового слоя грунтовки, а иногда и совместимого шпатлёвочного состава, чтобы покрытие достигало дна питтинга достаточной толщины. Питтинги, уменьшившие толщину стали ниже минимальной, сначала требуют оценки конструкции и ремонта. Следуйте техническому описанию производителя покрытия.

Связанные статьи

• Полное руководство по стандартам подготовки поверхности SSPC
• Борьба с коррозией промышленных активов