Korrosjon, 2

+‘*6.2/(1 , 1$59,.
7HNQRORJLVN DYGHOLQJ
Side 1 av 18 Dato 03.10.01
________________________________________________________________________________
.25526-21
$9 52$5 $1'5($66(1
Oktober 2001
------------------------------------------------------------------
.25526-21 ,11/('1,1*
Ordet korrodere betyr språklig "å gnage bort". Vi bruker ordet generelt om ødeleggelse av
konstruksjonsmaterialer. Noen ganger går materialet over til korrosjonsprodukter, f.eks.
"gravrust" andre ganger forsvinner material fullstendig sa det blir hulrom. Enkelte
korrosjonsformer kan få et besynderlig utseende, f.eks. "metal worm", en korrosjonsform
på stål i vann med karbondioksid og salt, der stålet blir gjennomhullet omtrent som det
skulle være markspist. Men det finnes også nedbrytingsformer som ikke vises før
materialet plutselig brister, f.eks. de mange former for spenningskorrosjon.
Følgende kan stå som en generell definisjon:
"‘GHOHJJHOVH HOOHU QHGEU\WLQJ DY PDWHULDOHU VRP I¡OJH DY PLOM¡HWV LQQYLUNQLQJ /1/.
Termodynamisk er korrosjon en frivillig prosess 1 . De aller fleste metaller foreligger i sin
stabile tilstand som oksider. F.eks. kan jerns livsløp skjematisk settes opp slik:
PDWHULDOHU
metall
ikke-metall
PLOM¡
vann-holdig
naturlig vann
industrivann
atmosfære
jord
Ikke vannholdig
gasser
saltsmelter
organiske væsker
I\VLVNH SnNMHQQLQJHU
spenning, utmatting
strømning
elektriske strømmer
og X¡QVNHW
YHNVHOYLUNQLQJ .25526-21
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 2 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Jernmalm (Fe3O4) - reduksjon - stålprodukt - miljø - rust (Fe2O3⋅Fe3O4⋅[H2O). Gull og platina er unntak, de forekommer fritt i naturen.
Tidligere var det vanlig å knytte ordet korrosjon kun til metaller, men med utstrakt bruk av
ikke-metalliske materialer og medfølgende problemer, omfatter begrepet nå alle
konstruksjonsmaterialer.
.RVWQDGHU
Korrosjon har store økonomiske konsekvenser. Det er utført forskningsarbeider for å
kvantifisere bedrifters og samfunnets økonomiske tap som følge av korrosjon. Forskjellige
forskere har kommet fram til temmelig forskjellige resultater. Det foreligger ikke noe
omforenet estimat av omfanget, men det er klart at det dreier seg om meget store summer.
Følgende tall for økonomiske tap som følge av korrosjon (i 1980) kan finnes i Fontana /1/
og Bardal /2/:
Norge: 1-4 milliarder kr / år
USA: 10-300 milliarder US$
ca 4% av bruttonasjonalproduktet (Batelle Institute 1975).
Vedlikeholdskostnader ved Du Pont Chemical: 57% korrosjonsskader
43% skader med mekanisk årsak
Ekofisk 44% av alt overhalingsarbeid er knyttet til korrosjonsskader.
25% av kostnadene kan spares ved anvendelse av eksisterende kunnskap og kjent
teknikk.
I tillegg til de økonomiske konsekvensene kommer forhold som vedrører sikkerhet.
Korrosjonsskadenes konsekvenser strekker seg fra rene kosmetiske forhold som rustflekker
på bilen til miljøtrusler (korrosjonsskader på oljerørledninger på havbunnen), alvorlige
trusler mot personsikkerhet (trykkjeler, betongskader i brofundamenter osv) og begge deler
(eksplosjonsfare på industrielle anlegg og korrosjonsskader på atomkraftanlegg).
7‘55 .25526-21
Begrepet omfatter korrosjon som finner sted i miljø der det aldri forekommer fritt vann i
flytende fase. Inndelingen er gjort for å skille området fra "vanlig" korrosjon. Tørr
korrosjon omfatter også korrosjon i tørre organiske og uorganiske væsker og gasser.
Korrosjonen er karakterisert ved at det ikke forekommer akvatiserte ioner 2 .
1 Korrosjonen går uten annen medvirkning enn materialet og de kjemiske komponentene i miljøet. I
termodynamikken vil man si at stoffene inntar et lavere (= mer stabilt) energinivå.
2 Ioner i vannfase omgir seg oftest med et bestemt antall vannmolekyler.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 3 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
*HQHUHOW RP RNVLGDVMRQ
Oksygen er et meget reaktivt stoff. Med dette menes at systemet oppnår lavere energi når
stoffene (i materialene) reagerer og forbinder seg kjemisk med oksygen.
O2 (evt. i luft) + stoff = oksider + energi.
Av dette følger at materialer som er oksider, eller der elementene forekommer i sitt høyeste
oksidasjonstrinn ikke kan oksidere 3 , f.eks.
Glass SiO2 , Na2O, CaO mm.
Oksid-keramer Al2O3 , ZrO2 med flere.
De fleste bergarter.
Fluor er mer reaktivt enn oksygen og binder seg sterkt til karbon. Dermed blir fluorplastene
(f.eks. PTFE) meget stabile og brytes ikke ned av atmosfærisk oksidasjon. De tåler luft (og
mange kjemikalier) i hele sitt termiske eksistensområde (opp til godt over 300 °C).
Enkelte metaller foreligger i sin mest stabile form som fritt metall (gull og platina). De
forekommer også som fritt metall i naturen og betegnes "edle". Betegnelsen "edelhet"
knyttes i teknologisk sammenheng også til andre metaller som er rimelige stabile i sitt
bruksmiljø. Kopper er edlere enn jern. Rustfritt stål og titan er edlere enn karbonstål, de
males sjelden.
Kjemisk/metallurgisk er denne bruk av ordet edel egentlig misvisende. Rustfritt stål,
aluminium og titan er korrosjonsmotstandsdyktige fordi de overtrekkes av et beskyttende
oksidlag, i noen tilfeller fordi metallet har spesielt høy affinitet til oksygen. Det rene
metalls tendens til oksidasjon kan måles som en reaksjonsenergi.
Me + O + energi = MeO, Me står for metall.
Når energimengden er negativ vil reaksjonen gå av seg selv. Størrelsen på energien sier noe
om de drivkreftene som påvirker reaksjonen.
Rent kjemisk er dette en redoksprosess:
Oksidasjon: 2Me = 2Me 2+ + 4e -
(halvreaksjonen der elektroner, e - , avgis)
reduksjon: 2O (eller O2) + 4e - = 2O 2-
(halvreaksjonen der e - Netto: 2Me + 2O = 2MeO
tas opp)
(balanse når like mange e - avgis og tas opp)
MeO ha ionebinding og oksidet vil være bygget opp av et ionegitter.
3 Andre miljøpåvirkninger kan bryte ned bergarter og keramer, f.eks. sur nedbør og CO2 i lufta.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 4 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
2NVLGILOPHU
Oksidfilmen på f.eks. Aluminium, titan og rustfritt stål hindrer videre korrosjon og kalles
også en passiverende film, metallet passiverer. I visse legeringer skal det ikke så mye av et
passiverende metall til for å oppnå passivfilmen. Jern med min. 13% krom vil få en
passivfilm, og er den enkleste form for "rustfritt stål".
2NVLGDVMRQVKDVWLJKHW
I oksidsjiktet vil diffusjonsforholdene begrense den videre oksidasjonen. Oksidasjonen går
normalt raskest til å begynne med.
Hvis diffusjonshastigheten dessuten er meget lav, betegnes oksidfilmen en ”passivfilm”.
Jern med Ni og/eller Cr får en god passivfilm fordi de krystallinske blandingsoksidene
(eks. FeCr2O4) har lav defektkonsentrasjon.
Oksidasjon gir oksidlag av varierende tykkelse. De beste, tetteste oksidlag kan være meget
tynne og helt usynlige. Eksempelvis er oksidet på Ti, 1-5 nm tykt, meget stabilt og har høyt
smeltepunkt. Ti må beskyttes mot luft ved sveising. Tilsig av luft ved sveising vil avsløres
øyeblikkelig ved at et tykkere oksidlag er optisk aktivt, det får en mørk blåfarge.
Hvis oksidbelegget ikke faller av under korrosjon kan det vises at oksidasjonsforløpet får et
parabolsk (kvadratisk) forløp, massen av oksidbelegget på en gitt flate, P [g/cm 2 ], er
proporsjonalt med kvadratrota av tida,
P = N W .
.25526-21 2* (/(.752.-(0,
I det følgende omtales kun korrosjon av metaller i vått miljø, dvs. at vann i flytende fase er
tilstede.
8WWU\NN RJ PnO IRU NRUURVMRQVKDVWLJKHW
For ingeniøren er det oftest tykkelsesreduksjonen pr. tidsenhet som er av størst interesse.
Dette kan brukes for å gi en konstruksjon, et rør eller en tank et korrosjonstillegg som gir
en ønsket levetid. Det er vanlig å ha et korrosjonstillegg på 3 mm på rør og tanker i
karbonstål. Korrosjonshastigheten kan også brukes til å estimere en utvikling dersom det
går hull på et korrosjonshindrende belegg, selv om det må understrekes at den lokale
korrosjonshastighet kan bli mange ganger det som oppgis i tabeller som jevn
korrosjonshastighet.
Korrosjon av metaller er en redoksprosess. Det innebærer at elektroner utveksles. Det er
imidlertid vanskelig eller umulig å måle elektronstrømmen fordi reaksjonen foregår spredt
over en flate slik at strømmen ikke kan samles i et amperemeter. Likevel er det vanlig å
angi korrosjon både som korrosjonsstrøm pr. flateenhet og som tykkelsesminsking pr.
tidsenhet.
Sammenhengen mellom strøm og ladning i elektriske måleenheter - og - masse,
stoffmengde, er gitt ved Faradays lov:
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 5 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
,W = Q)]
der , er strøm, W er tid, Q er stoffmengde (antall mol) og ] er ladningsomsetningstall (antall)
ved reaksjonen. F er faradays konstant (F=96485 As).
Av dette kan det utledes
GV L⋅ 0
= , der L er strøm pr. flateenhet, strømtetthet.
GW ] ⋅F⋅ρ En vanlig måleenhet for korrosjonshastigheten GV
er mm/år. (I USA kan man møte ”mpy”
GW
= mills pr year = tusendels tommer pr år).
Karbonstål i sjøvann korroderer med 0,1 - 0,15 mm/år ≈ 100-150 mA/m 2 .
Tabell 1 og Tabell 2 viser noen eksempler på korrosjonshastigheter.
Reduksjonspotensialene bestemmer hvilken veg en reaksjon vil gå. Eksempel:
Fra spenningsrekka har vi Zn 2+ + 2e - = Zn, ( 0,rev = -0,76 V (1)
Cu 2+ + 2e = Cu, ( 0,rev = +0,34 V (2)
Av dette kan vi se at sink vil korrodere i en løsning av Cu 2+ ioner etter reaksjonen:
Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu, reaksjonen vil gå frivillig mot høyre.
Videre kan vi se at ”Daniell-elementet”, se Figur 1 har
en spenningsforskjell på 1,10 Volt når den ytre
strømmen er null, samt at hvis vi kortslutter Daniellelementet
med en elektrisk leder vil strømmen gå fra
Cu til Zn (elektronene går fra Zn til Cu). Når Daniellelementet
er kortsluttet vil Zn korrodere (mengden
metallisk Zn vil minske). Jo mer strøm vi trekker av
elementet, jo lavere spenning måles med voltmeteret V.
Potensialer kan ikke måles absolutt. De må måles i
forhold til en annen elektrode. Standardhydrogenelektroden
(en platina elektrode i 1M H + som
1M Cu
gjennombobles av H2 ved et trykk på 1 atm.) har pr.
definisjon potensialet 0 volt. Potensialer målt i forhold
til denne elektroden betegnes "Volt SHE". Det finnes
også andre referanseceller som er bedre å jobbe med
enn standardhydrogenelektroden, f.eks. sølv/sølvklorid, (Ag/AgCl). Dennes eget potensial
er +0,224 Volt SHE.
2+
1M Zn 2+
Figur 1. Daniell-elementet
Siden likevektene (1) og (2) innebærer utveksling av elektroner, kan vi altså si at det ved
likevekt (ingen ytre strømgang) kun går to meget små strømmer strømmer på hver av
elektrodene, L0Zn og L0Cu [mA/cm 2 ], som er like store i begge retninger.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 6 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Tabell 1. Klassifisering av korrosivitet på prøvesteder i Skandinavia.
Basert på forurensningsnivå og korrosjonshastighet på stål og sink etter 1 og 4 års
eksponering. Referert i /3/.
Tabell 2. Korrosjonshastigheter i μm/år for metaller og legeringer i stillestående eller sakte
strømmende sjøvann /3/, (samlet fra flere ref.).
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 7 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Figur 2. Spenningsrekka i langsomt strømmende sjøvann.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 8 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
I tabellen under vises noen standardnormalpotensialer
Fe = Fe 2+ + 2e -
2H + + 2e - = H2
O2 + 2H2O + 4 e - = 4OH -
E 0 = -0,44 V
E 0 = 0 V
E 0 = +0,40 V
Tabell 3. Noen standardnormalpotensialer
Hydrogenreaksjonen (syre) og oksygenreaksjonen er i stand til å oksidere jern. Når jern
korroderer skjer det en nettoomsetning av reaktanter, reaksjonene er ute av likevekt. Det
går da strømmer, korrosjonsstrøm, som er mye større enn utvekslingsstrømtettheten.
Ved korrosjon er det alltid både en anodisk og en katodisk reaksjon. Den anodiske
reaksjonen er alltid oppløsning av metall
Me = Me + + e -
Den katodiske reaksjonen forårsakes at en reaktant som er i stand til å ta elektronenet fra
metallet i det går over i ioneform. De to vanligste katodiske reaksjonene er
hydrogenreaksjonen, som dominerer i sur væske:
2H + + 2e - = H2
og oksygenreaksjonen, som alltid er tilstede der luft kommer til. I nøytral væske dominerer
den fordi hydrogenreaksjonen er ubetydelig. Reaksjonen er:
O2 + 2H2O + 4 e - = 4OH -
Reaksjonen kan aldri finne sted på eksakt samme fysiske plass på metallet. I mange tilfeller
det til og med relativt stor avstand mellom det stedet der metall går i oppløsning (anoden,
eller det anodiske området) og det stedet der elektronene tas opp av den katodiske
reaksjonen (katoden, eller det katodiske området).
Det skjer ofte påfølgende reaksjoner mellom metallion og oksygen i vannet. Dette gir
korrosjonsbelegg, hvorav rust (på jern) er det vanligste. Elektronene som oppstår på
anodiske områder har ingen problemer med å vandre over større avstander fordi metall er
elektrisk ledende. De forskjellige måter korrosjonen opptrer på leder til at man deler inn
korrosjon i mange korrosjonstyper.
.25526-2167

+L1 Side 9 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
9DQOLJH NRUURVMRQVW\SHU QnU GHQ NDWRGLVNH UHDNVMRQHQ EHVWnU DY
RNV\JHQUHGXNVMRQ
Dette er de "vanlige" korrosjonstypene som ikke har med spesielle industrielle prosesser å
gjøre.
*HQHUHOO NRUURVMRQ
Når f.eks. stål senkes ned i en elektrolytt oppstår små, tilfeldige anodiske og katodiske
områder. Elektronstrømmen flyter i metallet fra anode til katode og materialtapet skjer ved
anoden. Når det har dannet seg groper ved anodene skifter de polaritet og blir til katode, de
tidligere katodene blir anoder og korroderer. Dette kalles lokalelementteorien. De
fluktuerende anodene og katodene er påvist.
Generell korrosjon vil i seg selv sjelden true integriteten til en konstruksjon eller en
komponent. Korrosjonstypen kan dog ofte være forløper for andre, mer alvorlige
korrosjonsformer, og kan vitne om dårlig vedlikehold.
*DOYDQLVN NRUURVMRQ
Dette kalles også bimetallisk korrosjon fordi det er to forskjellige metaller involvert. Det
edleste av dem vil bli katode, det andre blir anode og korroderer. Korrosjonspotensialet vil
stille seg et sted mellom de to metallers frie korrosjonspotensialer. Oksygenreduksjon (den
katodiske reaksjon) vil finne sted på begge metaller, men den anodiske reaksjon vil kun
finne sted på det uedle metall. Dette er en svært alvorlig korrosjonsform da det vil gå hardt
ut over det anodiske metallet. Korrosjonshastigheten vil bli større jo større areal det
katodiske metallet har i forhold til det anodiske. Arealforholdet mellom anode og katode er
viktig ved mange korrosjonsformer, men særlig ved galvanisk korrosjon har man anledning
til å forebygge i konstruksjonsplanleggingen.
Galvanisk korrosjon forekommer f.eks. ved sammenføyning av stål og aluminium eller
karbonstål og rustfritt stål. Det finns anbefalinger for hvordan en skrueforbindelse med
stålskruer i aluminium skal utføres /3/. Galvanisk korrosjon kan være mer skadelig i
ferskvann enn i sjøvann fordi korrosjonen pga. elektrolyttens lavere ledningsevne blir mer
konsentrert og raskere går i dybden. Karbonfiber er elektrisk ledende og blir sterkt katodisk
i vann. Det kan derfor oppstå sterk korrosjon på metalldeler som kommer i kontakt med
karbonfiberarmerte plastmaterialer.
Galvanisk korrosjon kan også brukes til å beskytte en konstruksjon. Offeranoder i aktivisert
aluminium eller sink er vanlige på stålbåter.
Galvaniske effekter kan også forekomme på mikronivå, f.eks. ved interkrystallinsk
korrosjon og sveisekorrosjon. Ved interkrystallinsk korrosjon er det ofte karbider 4 som er
katodiske i forhold til en metallmatriks. Ved sveisekorrosjon kan det være at sveisetilsettet
4 Et typisk eksempel er kromkarbider på korngrensene i sveiser på austenittisk rustfritt stål med medium
karboninnhold (0,06 %). Sveisevarmen kan gi utfelling av kromkarbid og en sone nær kromkarbidene som er
blitt fattig på krom. Den komfattige sonen blir anodisk i korrosivt miljø, og det kan oppstå dype
korrosjonsangrep. Sveising anbefales kun for lavkarbonkvaliteter av disse ståltypene (f.eks. AISI 304L med
0,03% C). I vanlig karbonstål regnes jernkarbid, Fe3C for å være katodisk. Mangansulfider, MnS, regnes også
for å gi galvaniske effekter slik at de kan initiere korrosjon.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 10 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
er anodisk og tæres vekk. Sveisetilsettet er ofte legert så det blir katodisk. Da kan det
forekomme at sveisen tæres i HAZ. Messing er en legering av kobber og sink og kan
utsettes for ”avsinking”. Man kjenner fenomenet bla. fra båtpropeller, der dette er en farlig
korrosjonsform fordi metallet mister sin mekaniske styrke 5 .
2NV\JHQNRQVHQWUDVMRQVFHOOHU
Forskjell i konsentrasjon alene kan føre til forskjellige potensialer. Oksygen diffunderer
relativt langsomt i vann og konsentrasjonsgradienter kan lett oppstå. Oksygenkonsentrasjonsforskjeller
kan forklare korrosjonsformer som f.eks. tildekkingskorrosjon og
vannlinjekorrosjon.
.RUURVMRQ PHG DQGUH NDWRGLVNH UHDNVMRQHU
I surt vann vil reaksjonen 2H + + 2e - = H2 være merkbar og utgjøre katodereaksjonen ved
korrosjon. Når man i skolelaboratoriet lager hydrogengass med sink og saltsyre, er det
nettopp en kraftig korrosjonsprosess som skjer, selv om man ikke kaller det korrosjon,
fordi sinken løses opp med hensikt. Ubehandlet vannverksvann i Norge har ofte pH 5-6
som vil føre til sterke korrosjonsskader på vannrør laget av karbonstål. Det finns også en
rekke tilfeller der slikt vann har gitt skader på kobberrør.
Når trykket er høyt kan selv meget svake syrer så som CO2 føre til korrosjon pga. H + -
aktiviteten.
CO2(g) + H 2 O = H 2 CO3(aq) = H + + HCO3 -
I oljeproduksjon er det ofte 1% CO 2 under et totalt trykk på 100 bar. Partialtrykket for CO2
blir da 0,01 ⋅ 100 = 1 bar. Korrosjonshastigheten kan være typisk 5-10 mm/år og
gjennomtæring av tykke stålrør, en meget farlig situasjon, kan skje på 1-3 år hvis det ikke
treffes mottiltak.
Katodiske reaksjoner kan også finne sted ved hjelp av bakteriell virksomhet. F.eks.
katalyserer sulfatreduserende bakterier under anaerobe forhold følgende reaksjon:
SO4 2- + 8H + + 8e - = S 2- + 4H2O . Bakteriene lever ofte i kolonier, og korrosjonen kan arte
seg som avgrensede, men svært dyptgående angrep. Marine avleiringer kan gi grobunn
både for sulfatreduksjon og andre katodiske reaksjoner.
.RUURVMRQVIRUPHU VRP RIWH HU NQ\WWHW WLO SDVVLYILOP
Korrosjonsmotstanden i mange metaller, f.eks. aluminium, titan og rustfritt stål er knyttet
til deres evne til å danne en tett oksidfilm. Men oksidfilmen kan kun opprettholdes og evt.
gjenskapes etter en skade, dersom forholdene er rimelig oksiderende (dvs. at det finns
stoffer i væsken som står rimelig positivt potensial i spenningsrekka, avhengig av
konsentrasjonen naturligvis).
I rent ferskvann er det kun oppløst oksygen som kan bidra til den oksiderende virkningen.
Utstyr av rustfritt stål som kun skal brukes i ferskvann er ofte laget av austenittisk rustfritt
5 Båtpropeller bør lages av en velegnet messing, dvs. ikke for mye sink og med tilsats av visse
legeringselementer som motvirker fenomenet. Avsinking av propeller kan hindres med offeranoder.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 11 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
stål av typen AISI 304 eller tilsvarende. Det er viktig at utstyret er laget med glatte, rene
flater og at det holdes rent, slik at oksygenrikt vann får jevn tilgang til alle fuktede flater.
I sjøvann, brakkvann eller væsker fra salte matvarer finns klorider. Klorider sies å være
"aggressive" ioner. Med dette menes det at kloridionene er raske, de har høy mobilitet. (Det
samme gjelder andre halogenidioner). I slike væsker er det fare for spaltkorrosjon. Med
henvisning til Figur 3 er mekanismen for spaltkorrosjon som følger:
Under normale forhold foregår det hele tida en langsom korrosjon over hele metallflaten.
Metallflaten gir fra seg Fe 2+ samtidig som den katodiske reaksjonen danner OH - . På åpne
steder vil den økede ionemendgen vandre ut i den totale vannmengde og være umerkbar.
Se Figur 3 a.
Men hvis det finns trange spalter vil oksygeninnholdet i vannet bli brukt opp i spaltene.
Dette vil ikke hindre at ytterligere metall går i oppløsning, for de frigitte elektroner ledes i
metallet til de katodiske områdene som befinner seg utenfor spalten. Dermed blir det en
opphopning av positive Fe 2+ -ioner inne i spalten, Figur 3, b). Elektrostatiske krefter vil nå
få OH - - og Cl - -ionene til å vandre inn i spalten. Cl - -ionene er raskest, og det vil bli en
anrikning av Fe 2+ - og Cl - -ioner inne i spalten. Når Fe 2+ -konsentrasjonen blir høy nok vil det
oppstå en hydrolysereaksjon mellom Fe 2+ og vannet:
Fe 2+ + 6H2O = Fe(H2O)6 = Fe(H2O)5OH + + H +
Da det altså er Cl - - og ikke OH - -ioner som kommer inn i størst mengde, blir H + ikke
nøytralisert. Miljøet i spalten blir stadig surere og korrosjonen på metallet inne i spalten
tiltar kraftig.
Spaltkorrosjon kan finne sted i alle typer spalter så som fester, sammenføyninger, flenser i
rørsystemer (med og uten pakninger), under glødeskall osv. og er et vanlig problem på
rustfritt stål.
Punktkorrosjon (pitting) er et beslektet fenomen. Ved en viss temperatur kan det i
kloridholdige miljøer oppstå små skader i passivfilmen, og det kan dannes små hulrom
under passivfilmen. I hulrommene kan det oppstå samme miljø som beskrevet under
spaltkorrosjon, og gropene vil uthules og vokse seg større. Forurensninger kan også gi
punktkorrosjon. Punktkorrosjon har en særlig tendens til å forekomme i bunnen av rør og
beholdere der det er stillestående eller tidvis stillestående væske 6 .
6 Noen forskere antar at svært lokale konsentrasjoner av metallioner i mikroskopiske defekter kan initiere
angrepet, og at metallkloridløsningen som har stor tetthet ikke så lett diffunderer ut av groper ved
stillestående forhold. Referert i /1/ (sec. 3-12).
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 12 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Figur 3. Spaltkorrosjon. a) Initiering og b) senere stadium. Fra
Fontana /1/.
Punktkorrosjon er velkjent fra aluminiumsgryter og forekommer også ofte på rustfritt stål.
Motstand mot punktkorrosjon kan angis som pitting-initieringstemperaturen Tpit. Ved et
potensial på + 0,15 V SHE er f.eks. Tpit ca 20 °C for AISI 304-stål og ca 70 °C for AISI
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 13 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
316 7 stål i samme aggressive miljø. Tpit vil også fortelle om faren for spaltkorrosjon. Vær
oppmerksom på at Tpit kan variere mye fra miljø til miljø. AISI 316 anses ikke lenger som
et velegnet materiale for sjøvannsrør 8 hvis det er den minste mulighet for oppvarming (som
f.eks. stans i vannstrømmen i solskinn) eller hvis sjøvannet må kloreres for å hindre
begroing.
)\VLVNH IRUKROG VRP NDQ SnYLUNH NRUURVMRQVIRUKROGHQH
Væskestrømning kan påvirke korrosjonen, ofte ved at beskyttende filmer ødelegges eller
slites vekk. Eksempler er erosjonskorrosjon 9 og kavitasjonskorrosjon 10 .
Mekaniske spenninger kan påvirke korrosjonen, såkalt spenningskorrosjon. Mekaniske
spenninger kan gi mikrogalvaniske potensialer med anodiske forhold i en sprekkspiss der
spenningskonsentrasjonen er høy, og katodiske forhold i den spenningsfrie sprekkflaten.
Klorid-spenningskorrosjon er et typisk eksempel på dette. Austenittisk rustfritt stål er utsatt
for denne korrosjonsformen skal ikke utsettes for vesentlige strekkspenninger over 50 – 70
°C dersom det er fare for kontakt med kloridholdig vann.
Ved en annen type spenningskorrosjon er det katodiske forhold i sprekkspissen. Høyfaste
stål kan ikke belastes opp mot flytegrensen i strekk i nøytralt eller surt saltholdig vann. I
sprekkspissen vil det utvikles atomært hydrogen som diffunderer inn i stålet og hindrer
duktiliteten ved hydrogensprøhet.
7,/7$. 027 .25526-21
3DVVLYH EHOHJJ
Korrosjon på metaller er elektrokjemiske prosesser. Hvis man kan hindre eller begrense
korrosjonsstrømmene, vil korrosjonsraten avta. En vanlig måte er å innføre en stor ohmsk
motstand i ”strømkretsen” ved rett og slett å påføre maling eller et annet organisk belegg.
Organiske belegg, maling, består av tørrstoff + løsemidler. Pga. arbeidsmiljøbestemmelser
forsøker man i dag å få løsemiddelinnholdet så lavt som mulig. Tørrstoffet består av
bindemiddel + pigment + hjelpestoffer. Bindemiddelet kan være oksygen-herdende (eks.
"alkyd"), fysikalsk tørkende (f.eks. klorkautsjuk) eller kjemisk herdende (epoksy,
polyuretan mm) /4/. I de senere årene er det utviklet malinger som er helt tørre, såkalte
pulvermalinger. Se videre avsnitt 5.3.
7 AISI 316 har ca 13% Ni og 2,5 % Mo.
8 Materialer som ”6Mo” (”superaustenittisk rustfritt stål” med ca. 6% Mo) og titan har tatt over ved krevende
forhold. 6Mo-type stål kan repassivere ved vanlige driftstemperaturer, dvs. at evt. spaltkorrosjon og pitting
som har oppstått ved en kort tids høy temperatur, kan stoppe ved at passiviteten gjenopprettes.
9 Ved erosjonskorrosjon slites korrosjonsbelegg (f.eks. oksider) vekk av væskeskjærkrefter eller medfølgende
partikler. Turbulente forhold kan fjerne korrosjonsprodukter og hindre nødvendig overmetning for å skille ut
beskyttende korrosjonsbelegg.
10 Ved kavitasjon faller hulrom som har oppstått pga. lavt trykk ved sterk strømning plutselig sammen
(implosjon), og det antas at den plutselige oppbremsingen av (imploderende) væske i bevegelse kan skape så
store trykk at mange metaller deformeres plastisk. Når det har oppstått en grop, kan metallpartikler rives ut,
og det oppstår en karakteristisk skade /1/ (sec. 3-36).
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 14 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Det er stor forskjell i prisen på malingstypene, men i industriell sammenheng vil
materialkostnadene vanligvis utgjøre en liten del av de totale kostnader ved
malingsarbeider.
Før påføring av maling skal metallet gjøres så rent som mulig. Man kan f.eks. blåserense
stål og deretter anvende høytrykkspyling med rent, varmt vann (eller damp) etterfulgt av
øyeblikkelig opptørking /4/. Det er viktig å vite hvilke forurensninger som skal fjernes. Det
kan være smøremidler fra trekking/pressing eller oljer fra skjærende bearbeiding. I en
produksjonslinje er det vanlig å ha rensebad av alkalisk type eller med løsemidler.
Ingen malingstyper er vanntette. Det er viktig at det ikke finns saltrester igjen på metallet.
Saltrester vil føre til at vann vandrer inn og forårsaker blærer under malingsfilmen pga.
osmose. Av samme grunn må man ikke berøre den rengjorte metallflaten med bare hender.
Både vann, oksygen og ioner vil vandre gjennom en malingsfilm. Under krevende forhold
er det derfor vanlig å ha aktive komponenter i deler av malingsbelegget. Dette omtales i
avsnitt 5.2.3.
(QGULQJ DY GH HOHNWURNMHPLVNH IRUKROG
.DWRGLVN EHVN\WWHOVH
Under galvanisk korrosjon ble det nevnt at man kunne utnytte korrosjonen slik at man lot et
metall som var mindre edelt enn konstruksjonen korrodere, og på den måten fikk en
beskyttelse av konstruksjonen.
Prinsippet kalles katodisk beskyttelse og kan kun benyttes for metalldeler som er nedsenket
i vann (elektrolytt). Stål blir immunt dersom potensialet senkes tilstrekkelig.
Katodisk beskyttelse kan oppnås 1) med offeranoder av et tilstrekkelig uedelt metall
(metallets frie korrosjonspotensial i væsken må ligge under grensen for immunpotensialet
for det metall som skal beskyttes). Eller 2) ved påtrykt strøm fra en strømkilde som
reguleres i forhold til en referanseelektrode.
$QRGLVN EHVN\WWHOVH
Ved anodisk beskyttelse brukes det påtrykt strøm med konstruksjonen som anode for å
heve potensialet opp til passivområdet. Anodisk beskyttelse er mest vanlig i tanker med
sterke svovlsyreløsninger.
%HOHJJ VRP HQGUHU GH HOHNWURNMHPLVNH IRUKROGHQH
Metalliske belegg kan påføres ved sprøyting, elektrolyse eller dypping. Sink og aluminium
er de vanligste metallene for beskyttelse av stål. Disse beleggene virker ved at de gir en
katodisk beskyttelse dersom det skulle oppstå små skader.
Til sprøyting kan man bruke flammesprøyting, lysbuesprøyting eller andre metoder. Ved
sprøyting er det viktig å holde en høy temperatur på de smeltede metalldråpene. Det er
viktig at metalldråpene har stor hastighet. Dette innebærer også at det stilles krav til den
håndverksmessige utførelse av beleggingen
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 15 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Aluminiumsprøyting er dyrere enn sinksprøyting, men gir et bedre resultat når det er utført
riktig. Aluminium er vesentlig bedre enn sink i marine miljø.
Sinkbelegg kan også påføres elektrolytisk (el.-forsinking) eller ved dypping i smelte (varmforsinking,
"galvanisering").
Sink-rike primere (underlagsmalinger) er sinkpulver rørt ut i en malingsbasis.
Sinkinnholdet må være meget høyt for at primeren skal kunne gi katodisk beskyttelse.
,QKLELWRUHU
Inhibere betyr å hindre. Korrosjonsinhibitorer hindrer reaksjoner som medvirker til
korrosjon.
Oksiderende stoffer har høye potensialer i spenningsrekka. Noen av disse, f.eks. nitritt,
NO2 - brukes som anodisk korrosjonsinhibitor.
Stoffer som binder oksygen ved kjemisk reaksjon, f.eks. sulfitt, SO3 2- , brukes også som
inhibitor i lukkede systemer.
Av andre inhibitorer kan nevnes filmdannende inhibitorer. Et eksempel er amminer med
lange alifatiske kjeder. Filmdannende inhibitorer brukes for å gi innvendig
korrosjonsbeskyttelse i rørsystemer. Virkningen er svært avhengig av strømningsforhold og
antakelig også av rørenes korrosjonstilstand ved første gangs injeksjon av inhibitor.
0HU RP NRUURVMRQVKLQGUHQGH EHOHJJ
Et korrosjonshindrende belegg er ikke bare "maling". Ofte kalles det et malingssystem for å
understreke at det består av mange komponenter. Komponentene kan virke passivt som
barrierer for ladningstransport (strøm) eller andre komponenter, eller de kan være aktive og
inneholde inhibitorer eller metallpulver som gir katodisk beskyttelse.
Avhengig av anvendelsesområdet vil malingssystemet være bygget opp av komponenter
med forskjellig virkning. Både rengjøring, forberedelser og påføring av komponentene
krever hver for seg en håndverksmessig utførelse. En skisse er angitt i det følgende:
1) Geometri-kontroll, dvs. sliping av grader, avrunding av hjørner og kanter.
2) Rengjøring (F.eks. blåserensing til oppgitt ruhet og renhetsgrad, se f.eks. /5/, med
korrekt blåsemiddel, fjerning av evt. salter, løsemiddelvask, tørking).
3) Kontroll av påføringsbetingelser (Duggpunktskontroll, temperatur, vindforhold
osv.)
4) Evt. primer/metallbelegg (Eks. fosfatering 11 , sinkprimer eller metallsprøyting).
5) Påføring av malingsfilmer (Kontroll av våtfilmtykkelse, tørketid mellom filmene,
etterkontroll, evt. spesielt topp-belegg)
6) Skånsom frakt frem til montering/bruk.
Disse tingene samles i praksis i en PDOLQJVVSHVLILNDVMRQ.
11 Et tynt, krystallinsk belegg etter reaksjon med fosforsyre eller fosfater. Regnes for å gi godt feste for
etterfølgende belegg. Er også benyttet som midlertidig beskyttelse på stål.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 16 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Malingsarbeider krever ofte spesielle arbeidsmiljøtiltak. Kromater og blyforbindelser var
tidligere brukt som inhibitorer i primermalinger. Nå er de ikke tillatt, men man kan møte
dem ved fjerning av gammel maling. Mange malinger inneholder skadelige løsemidler.
Ved løsemiddelvasking kan det være mange miljøbestemmelser å ta hensyn til 12 .
Malingsindustrien legger mye arbeid i å finne erstatningsmalinger for de tradisjonelle
løsemiddelbaserte malingene. Vannbaserte malinger må deles i to grupper, der den ene er
vannløste malinger, som er lite egnet til utendørs bruk. Den andre er vannemulgerte
malinger, som imidlertid ikke løsemiddelfrie. Løsemiddelfattige malinger kan ofte oppfylle
miljøkrav, men kan ha lang tørke/herdetid. Det finns også pulvermalinger, som må varmes
for å kunne herde 13 .
Det er viktig å understreke at det er det samlede systemet som gir beskyttelse. Følgende
eksempel med stålprofiler for utendørs bruk i vanlig byatmosfære kan belyse dette. Profiler
som kun var malt, varte i 10 år. varmforsinkete profiler uten maling varte i ca 15 år.
varmforsinkete profiler som var malt regnes for å være skadefri vesentlig lenger enn 25 år
/6/. I marine miljø bør varmforsinkete produkter alltid ha tilleggsbeskyttelse.
.RQVWUXNVMRQ IRU n IRUHE\JJH NRUURVMRQ
Bruksbetingelsene må beskrives så nøyaktig som mulig (innendørs, utendørs, beskyttet mot
nedbør eller ikke, marin atmosfære, nedsenket i vann, andre miljøer osv.).
Det må velges et materiale som er optimalt for bruken, også mht. korrosjon. Dersom det er
fare for spenningskorrosjon, kan det ofte hjelpe å avspenningsgløde sveiser. I mange
tilfeller kan det være nyttig å utføre korrosjonstester både på selve materialene og på
prøvesveiser.
Dernest må det konstrueres slik at man søker å unngå korrosjonsfremmende detaljer. Altså
unngå at smuss kan samle seg opp, unngå spalter og sprekker, unngå at vann kan stå igjen i
tanker, unngå at høye strømningshastigheter og at unødig turbulens oppstår i strømmende
væske osv. Se Figur 5. Detaljer som skal males må slipes rene for sveisesprut, hjørner må
rundes av, spalter bør helst tettes med sveis, åpne spalter må ikke overmales osv. Se Figur
4.
En mer omfattende gjennomgang av problemstillingen er gitt i Landrum: Designing for
Corrosion Control /7/.
$96/871,1*
Praktisk anvendelse av korrosjonskunnskap angår forhold som er beheftet med usikkerhet.
Det heter ofte at det ”kan” oppstå korrosjon eller at det er ”fare for” korrosjon. Det kan
være kostbart å ta høyde for alle kjente muligheter for at korrosjon kan oppstå - det er jo
ikke VLNNHUW at blir korrosjon. Det er viktig å vurdere konsekvensen av korrosjon. De som
kjenner fagområdet vet at tilsynelatende ubetydelig korrosjon kan gjøre et produkt
uselgelig, eller verre, forårsake alvorlige ulykker og kanskje kan slå en bedriften konkurs. I
12
Løsemiddelet 1,1,1-trikloreten er mye brukt. Det skal fases ut fra 1996, da det regnes for å være
ozonnedbrytende.
13
Forhold som oppstår pga. miljøkrav omtales i egne kapitler i ref / /. Det refereres til amerikanske forhold,
som regnes for å være meget strenge.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 17 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
mange tilfeller dreier det seg nettopp om korrosjon som kyndige folk visste ”kunne”
oppstå.
Figur 4 Råd og vink om detaljer for stål som skal males.
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc

+L1 Side 18 03.10.01/ RA
_________________________________________________________________________
Figur 5. Gode og dårlige løsninger i konstruksjon.
/,77(5$785 2* 5()(5$16(5
1 M. G. Fontana: Corrosion Engineering, McGraw-Hill 1986.
2 E. Bardal: Korrosjon og korrosjonsvern, Tapir Trondheim 1990.
3 NS 2672, Aluminium/stål skrueforbindelser, 1984
4 Statkrafts Malingskomité: Korrosjonsbeskyttelse av stålkonstruksjoner, en orientering, STATKRAFT,
Oslo1988
5 Svensk Industri standard, SIS 055900
6 E. D. D. During: Corrosion Atlas, Elevier, Amsterdam 1991
7 R. J. Landrum: Fundamentals of Designing for Corrosion Control, NACE, Houston USA 1989
_________________________________________________________________________
Ing_korr2001.doc