Vilka faktorer påverkar korrosion i industriella miljöer och hur kan vi motverka den?

Industriell korrosion är en komplex process som kan orsakas av flera faktorer, inklusive föroreningar i luften, kemiska miljöer och mekaniska påfrestningar. En av de största källorna till kväveoxidutsläpp (NOx) är förbränning av fossila bränslen i fordon och industriella anläggningar. När kväveoxiderna reagerar med syre bildas kvävedioxid (NO2), vilket bidrar till föroreningar som accelererar korrosionsprocesser. Förutom de kemiska föroreningarna påverkas även korrosionen av salter, såsom natriumklorid (NaCl) och magnesiumklorid (MgCl2), som finns naturligt i marina atmosfärer. Dessa salter är hygroskopiska, vilket betyder att de drar till sig fukt och kan sänka den kritiska relativa luftfuktigheten, vilket gör att metallstrukturer korroderar snabbare.

Vid marina förhållanden, där dessa salter finns i överflöd, påskyndas korrosionsprocessen ytterligare. Chloridjoner, som är bland de mest aggressiva korrosiva ämnena, förstör metallers skyddande beläggningar och gör material mer benägna att brytas ned. Effekten är särskilt märkbar i kustnära områden, där korrosionshastigheten är betydligt högre än i andra miljöer. Det är också viktigt att förstå att de salter som finns i den marina luften inte bara bidrar till korrosion genom direkt kontakt utan också genom att förändra miljöns kemiska sammansättning och på så sätt påverka metallers reaktivitet.

I industriella miljöer spelar även kemiska korrosiva ämnen en stor roll. I många industriprocesser används koncentrerade sura lösningar för att avlägsna rost och föroreningar från metallytor, en process som kallas syrapickling. De vanligaste syrorna som används är citronsyra, svavelsyra, fosforsyra och saltsyra. Dessa syror är starkt abrasiva och kan påskynda korrosionen genom att skapa ett aggressivt kemiskt klimat där metaller snabbt bryts ner. Vid dessa processer produceras också vätgas, som kan tränga in i metallstrukturer och leda till vätebrottning, vilket gör metaller mer spröda och känsliga för mekaniska påfrestningar.

En annan viktig aspekt att förstå är korrosionens olika former, som kan uppträda beroende på metallens yta och den omgivande miljön. Den mest allmänna formen är jämn korrosion, där hela ytan av metallen gradvis bryts ned. Detta är kontrollerbart och kan undvikas genom rätt behandling och materialval. Lokalt begränsad korrosion, å andra sidan, är ett allvarligare problem, och den vanligaste formen är pittrande korrosion. Den uppstår när små hål eller gropar bildas på metallens yta, vilket leder till att metallstrukturen försvagas över tid. Denna typ av korrosion är ofta förknippad med bristande passivering, där vissa delar av metallen förlorar sitt skyddande skikt och blir anodiska, medan andra förblir katodiska.

Ett annat vanligt fenomen är filiform korrosion, som sker under beläggningar som lack eller färg, och spaltkorrosion som uppstår i stillastående mikroklimat, där fukt samlas i små sprickor eller håligheter på metallytor. Galvanisk korrosion är en form av korrosion som inträffar när två olika metaller i en elektrolytisk lösning kommer i kontakt med varandra. Den mer reaktiva metallen fungerar som anod och korroderar snabbare, medan den mindre reaktiva metallen fungerar som katod.

För att hantera och motverka dessa korrosionsprocesser finns det flera strategier. Valet av rätt material är en av de viktigaste åtgärderna. Metaller som är resistenta mot korrosion, såsom hög-nickellegeringar och vissa typer av rostfritt stål, kan minska risken för skador. Skyddande beläggningar, som målning eller galvanisering, kan också hjälpa till att skapa en barriär mellan metallen och de korrosiva ämnena. En annan effektiv metod är katodiskt skydd, där en elektrisk ström används för att minska metallens benägenhet att reagera med korrosiva joner.

Vad påverkade korrosionsresistens hos svetsade material i marina miljöer?

Korrosion i marina miljöer är en av de största utmaningarna för metalliska material som används inom sjöfart och offshore-industrin. Denna process påverkas av flera faktorer, inklusive spänningar i materialet, svetsade fogar och materialens mikrostruktur. En av de mest betydande faktorerna är närvaron av restspänningar, som kan uppstå vid svetsning eller vid andra bearbetningsprocesser. Dessa spänningar förändrar materialets korrosionsresistens, vilket kan leda till snabbare nedbrytning under marina förhållanden.

Enligt forskning har svetsade fogar, såsom de som bildas genom friktionsomrörningspunktsvetsning (Friction Stir Spot Welding, FSSW), en tendens att ha högre nivåer av restspänningar, vilket påverkar deras korrosionsbeteende. Studier har visat att även små förändringar i kornstorlek i metallen kan ha stor betydelse för hur resistent svetsade fogar är mot korrosion i en marin miljö. Detta gäller särskilt för magnesiumlegeringar som används inom många marina applikationer, där förändringar i mikrostruktur kan leda till en ökad benägenhet för galvanisk korrosion eller sprickbildning på grund av lokala restspänningar.

Förutom materialets mikrostruktur, spelar också miljöfaktorer en stor roll. Vid galvanisk korrosion bildas elektrolyter mellan olika metaller i kontakt med varandra, vilket gör att vissa metaller, som zink eller stål, kan korrodera snabbare än andra i en marin miljö. Denna typ av korrosion är vanligt i exempelvis undervattenskablar eller svetsade fogar i broar och andra offshore-strukturer. Elektrokemisk korrosion, som innebär att elektriska strömmar orsakar nedbrytning av materialet, är också en vanlig företeelse i marina system.

En annan faktor som inte kan ignoreras är hur erosion och korrosion samverkar för att påskynda materialens nedbrytning. Erosion-korrosion är en process där mekanisk påverkan (t.ex. genom vattenflöde eller partiklar i vattnet) bidrar till att öka materialets benägenhet för korrosion. Detta är särskilt relevant för strukturer som utsätts för kraftiga strömmar eller för det rörliga vattnet i marina miljöer, där mekaniska krafter bryter upp passivskiktet på metallens yta och gör den mer benägen att rosta.

För att skydda material mot dessa typer av korrosion används en rad olika beläggningar och ytbehandlingar. Till exempel kan laserbehandlade beläggningar eller elektrolytiska beläggningar på stål eller aluminium ge ett extra skydd mot både korrosion och mekanisk slitage. Forskning visar att dessa beläggningar effektivt kan reducera den inverkan som marina miljöer har på strukturen, och det finns även lovande resultat med hjälp av Ni-P-beläggningar som kan förbättra både erosion- och korrosionsresistens för material som magnesiumlegeringar.

Den marina industrins behov av att förstå korrosionsmekanismer och utveckla hållbara lösningar för att förhindra materialnedbrytning kräver ständiga framsteg inom både teoretiska och praktiska tillämpningar. Det är avgörande att materialval och svetsmetoder väljs med hänsyn till både korrosionsbeteende och de mekaniska påfrestningar som konstruktionerna utsätts för. Speciellt när det gäller långsiktiga strukturer som broar eller fartyg, där underhåll kan vara kostsamt och tekniskt utmanande, blir korrosionsresistens ett av de viktigaste kriterierna för materialval och design.

Vidare är det viktigt att förstå att för att förhindra långvarig skada från korrosion i dessa applikationer, bör man inte bara fokusera på materialens yttre skydd, utan också på de interna mekanismer som leder till korrosionssprickor och trötthetsbristningar. Kombinationen av yttre och inre korrosionsmekanismer kan ge en mer fullständig bild av de risker som är förknippade med materialval i marina strukturer.

Hur miljöfaktorer påskyndar korrosion på metall: Från fuktighet till luftföroreningar

Temperaturens påverkan på korrosion är också av stor betydelse. Vid temperaturer som stiger med 10°C per ökning i den omgivande temperaturen, ökar korrosionsaktiviteten avsevärt. Det är också viktigt att förstå att metalliska material har en fördröjning i sin temperaturreaktion på omgivningens temperaturändringar, på grund av deras specifika värmekapacitet. Metallytor tenderar att förbli varmare än den omgivande luften när temperaturen sjunker på kvällen, vilket leder till att kondens inte bildas förrän daggen når sin punkt. Detta leder till att metaller fungerar som kondensatorer och håller kvar ett fuktigt lager på sina ytor när omgivningstemperaturen stiger, vilket i sin tur främjar korrosion.

För industribruk, särskilt inom smörjmedelsanvändning, finns ytterligare faktorer som spelar en roll. Fasta material som används som "torra smörjfilm-lubrikant", såsom grafit och molybden-disulfid (MoS2), kan orsaka korrosion om de används direkt på metallytor. MoS2 kan verka som en katod i fuktiga miljöer, vilket resulterar i galvanisk korrosion på järnmetaller när de blandas med fett. Grafit, å andra sidan, orsakar korrosion genom att selektivt utläcka järn från grått gjutjärn, vilket försvagar det strukturella integriteten hos metallen.

En annan vanlig orsak till korrosion är fukt från dagg, regn eller kondens. Regn kan i vissa fall avlägsna farliga luftföroreningar från omgivningen och bromsa korrosionen. Men på lång sikt kan regnet, genom att hålla ytor fuktiga, också påskynda korrosionen, särskilt i miljöer där stål, galvaniserade bultar eller andra metallstrukturer är närvarande. De största riskerna för korrosion i tropiska klimat uppstår när dagg och kondens samlas på ytor, vilket ger en grogrund för korrosion genom att kombinera fukt med syre och syra, vilket kan skapa förhållanden som ytterligare accelererar nedbrytningen av metaller.

För att förstå korrosion på metallytor är det avgörande att beakta alla dessa faktorer: temperaturvariationer, fuktighet, partiklar i luften och till och med specifika smörjmedel som används i industriprocesser. Samtidigt är det viktigt att uppmärksamma de miljömässiga faktorer som kan accelerera dessa processer, som exempelvis luftens syrainnehåll, föroreningar från industrin eller närvaron av specifika kemikalier. Genom att känna till dessa faktorer kan vi bättre förbereda oss på att förhindra och hantera korrosion på metall i både industriella och naturliga miljöer.

Hur korrosion uppstår i industriella kemiska processer och metoder för att hantera den

Industriell korrosion i saltvatten är ett allvarligt problem som uppstår vid temperaturer mellan 15°C och 65°C, där korrosionen tenderar att vara som mest intensiv. Även om koldioxidgas inte anses vara korrosiv i sin rena form, kan den orsaka korrosion när den blandas med vatten och bildar kolsyra (H₂CO₃). När koldioxid finns närvarande påmetals ytor accelereras korrosionsprocessen, vilket beror på att det orsakar en katodreaktion eller en väteutveckling. Detta leder till elektrokemiska interaktioner mellan metallen och den karboniska syralösningen, vilket i sin tur resulterar i en försvagning av materialets struktur.

Korrosionen sker genom en serie av anodiska och katodiska reaktioner där joner och elektroner utbyts, och den resulterande korrosionsproduktionen kan omfatta rust och andra nedbrytningsprodukter. Korrosionen fortsätter tills dessa beläggningar tas bort, vilket exponerar metallen för ytterligare nedbrytning. Vissa metaller kan behandlas för att motstå denna process, till exempel genom beläggningar, målning, galvanisering eller anodisering, medan andra material har en naturlig motståndskraft mot korrosion.

En annan form av korrosion som kan inträffa är lokaliserad korrosion. Detta sker när anodiska områden förblir stationära, vilket resulterar i problem som pittring (pitting), selektiv urspolning, galvanisk korrosion och spänningskorrosionssprickor. Pittring, som är särskilt svår att förutse i laboratorietester, kan utvecklas snabbt och skapa djupa hål i metallen, vilket försvagar den strukturellt. Denna form av korrosion sker ofta i närvaro av kloridjoner under låga hastigheter eller stillastående förhållanden. Selektiv urspolning innebär att en mindre edelmetall i en legering löses upp medan den mer edelmetalliska komponenten lämnas kvar, vilket kan ske i brass eller andra legeringar som innehåller zink.

Spänningskorrosionssprickning är en annan form av korrosion som leder till sprickbildning i metallen när den utsätts för konstant mekanisk spänning i en korrosiv miljö. Detta fenomen kan ske även vid relativt låga korrosiva koncentrationer om spänningen är tillräcklig. Korrosionsutmattning, som är relaterad till spänningskorrosion, beskriver sprickväxt under cykliska belastningar och är särskilt viktig i industriella sammanhang där material utsätts för frekventa på- och avlastningar.

Det är viktigt att förstå att dessa korrosionsmekanismer inte bara handlar om materialets kemi utan också om miljöfaktorer som temperatur, pH, och närvaro av vissa kemikalier. Kemiska processoperatörer spelar en avgörande roll i att övervaka och hantera dessa processer genom att noggrant följa flödesmätare, registreringsutrustning och signaler för att förhindra korrosiva skador som kan orsaka oplanerade driftstopp och allvarliga problem med utrustningen. De måste också vara uppmärksamma på tecken på korrosion och kemiska angrepp som kan orsaka allvarliga skador på både metallutrustning och anläggningens säkerhet.

Vid hantering av korrosionsproblem är det också viktigt att tänka på effekterna av olika typer av belastningar och hur dessa kan samverka med korrosiva miljöer. I synnerhet bör stresskorrosionssprickning och korrosionsutmattning beaktas i design och underhåll av industriella system. Dessa mekanismer kan orsaka snabbare försämring av material än vad som kan förutses enbart genom traditionella testmetoder.

För att effektivt motverka korrosion i kemiska processer är det avgörande att förstå den komplexa interaktionen mellan materialets sammansättning, de kemiska förhållandena i omgivningen och de mekaniska påfrestningarna som metallen utsätts för. Det krävs inte bara tekniska lösningar som beläggningar och behandlingar utan även en systematisk övervakning och underhållsstrategi som tar hänsyn till både kemiska och fysiska faktorer som påverkar korrosionshastigheten.

Hur kan sekundär kalk och korrosionsskydd minska miljöpåverkan i pappersindustrin?

I pappersindustrin är korrosionsproblem ett återkommande problem. Metallkomponenter i produktionen utsätts för aggressiva kemikalier och höga temperaturer, vilket påskyndar korrosionen. Detta påverkar både maskiner och utrustning negativt, vilket leder till kostsamma reparationer och driftstopp. För att förhindra detta används olika korrosionshämmande medel. En studie genomförd av Singh [22] undersökte korrosionshämning av mild stål genom elektrokemiska och gravimetriska metoder. Mild stål används ofta på grund av sin kostnadseffektivitet, men i en industrimiljö med höga korrosionsrisker behövs extra åtgärder. Genom att tillsätta cyklohexan 1,4-diamin och cyklohexan 1,4-N,N′-dimetyl-diamin som inhibitorer visade det sig att korrosionshastigheten minskade avsevärt. Inhibitorernas effektivitet var proportionell mot deras koncentration, och de visade sig ha starka inhiberande egenskaper vid både låga och höga temperaturer.

Vidare genomfördes tester av korrosionsbeteende på rostfritt stål i ett indiskt pappersbruk, som har en sulfidhalt på cirka 20 %, vilket är lägre än den nivå som vanligtvis finns i pappersbruk i Sverige, USA och Kanada. Här visades att högre sulfidhalt och närvaro av polysulfider och thiosulfater accelererade korrosionsprocessen. Det konstaterades också att denna korrosion inte bara påverkar maskinens livslängd utan även produktiviteten i själva pappersproduktionen.

För att effektivt hantera och minimera korrosionen i pappersindustrin måste ett noggrant val av byggmaterial göras. Även om den initiala investeringen för mer korrosionsbeständiga material kan vara hög, kommer de långsiktiga vinsterna i form av minskade driftstopp och lägre reparationskostnader att väga upp för detta. Det är också viktigt att ha ett välfungerande underhållssystem, som inkluderar att hålla god ordning, förbättra ventilationen och säkerställa korrekt dränering. För att maximera långsiktig hållbarhet bör även skyddande beläggningar appliceras regelbundet på alla utsatta ytor, inklusive rörledningar och maskiner.

Det är därför av yttersta vikt att både utveckla och implementera avancerade korrosionsskyddstekniker samt att noggrant övervaka de miljöförhållanden och kemikalier som påverkar materialen inom industrin. En effektiv hantering av både sekundär kalk och korrosionsskydd bidrar inte bara till att minska industriens koldioxidavtryck utan även till att förlänga livslängden på viktiga komponenter i produktionen och därmed skapa ett mer hållbart och resurseffektivt produktionssystem.