Corrosione degli acciai - Parte I

L'introduzione a questo argomento sarà un po' più lunga, anche se la semplificherò e la abbrevierò il più possibile. Il motivo è che chiunque abbia bisogno di risolvere questo problema deve tenere presente tutto ciò che verrà presentato qui, tutto allo stesso tempo, come un unico pacchetto connesso e correlato.

Soprattutto è necessario rendersi conto che la corrosione dell'acciaio non è solo un processo fisico e chimico, ma soprattutto un processo elettrochimico. La parola "elettro" gioca un ruolo vitale nella corrosione.

Al ferro (Fe) "mancano" 2 elettroni nel suo atomo, quindi preferisce prenderli da un numero di "donatori". I "donatori" possono non essere solo l'ossigeno (O ₂ ), ma molti altri elementi. Oppure, al contrario, il ferro stesso può donare i suoi elettroni a un altro elemento. Ma non appena un "buco" nel guscio elettronico del ferro viene riempito o ingrandito, questo "buco" salta ulteriormente lungo il reticolo metallico Fe. Per gli acciai è normale che si allontani di circa 30 cm dal luogo di origine.

Ma l'acciaio non è solo ferro, ma una miscela di decine di elementi. Alcuni si legano, modificando le proprietà fisiche e chimiche dell'acciaio nella direzione desiderata, altri sono presenti grazie all'intero processo produttivo. E la maggior parte di essi ha una grande influenza sulle proprietà di corrosione degli acciai. Alcuni di essi, a contatto con il ferro, creano una microcella galvanica, cioè il germe della corrosione.

Ma le celle microgalvaniche possono essere realizzate anche in altri modi. Contatto con il fluido di lavorazione, impurità nell'aria, presenza di alcuni ioni nei fluidi di lavaggio, ecc.

Poi nello stesso tempo abbiamo il problema della realizzazione delle celle galvaniche. (Ad esempio, i roxor appena incorporati nel calcestruzzo creano una tensione di 1,2-1,4 V.) Ma queste celle galvaniche si formano anche se una superficie lavorata entra in contatto con un'altra (contatto, corrosione interstiziale) o se il prodotto ha una superficie lavorata in modo non uniforme (diversa rugosità sullo stesso prodotto), soprattutto se entrano in contatto metalli diversi o lotti diversi dello stesso tipo di acciaio, ma anche la forma complessiva del prodotto gioca un ruolo importante.

E poiché si tratta di un processo elettrochimico, i tassi di corrosione sono molte volte più elevati se avvengono in un ambiente elettricamente conduttivo. Possono anche svolgersi in un ambiente elettricamente non conduttivo, ma in questi casi le velocità tendono ad essere basse. Il mezzo elettricamente conduttivo più comune è l'acqua. E non solo nella sua forma liquida, ma anche sotto forma di vapore. La dipendenza della velocità di corrosione dall'umidità relativa dell'aria è mostrata nel grafico seguente.

Da questo grafico si può vedere che se l'umidità relativa dell'aria è fino al 65%, i tassi di corrosione sono bassi. Al di sopra del 65%, tuttavia, la velocità aumenta notevolmente. Al 100%, cioè in acqua liquida, i tassi di corrosione sono più alti.

Ma la velocità di corrosione dipende anche dalla temperatura. Crescono esponenzialmente con la temperatura più elevata.

Ma dipendono anche dal composto chimico con cui entrano in contatto durante il processo di produzione. E la questione del pH è legata a questo. In ambienti acidi, i tassi di corrosione sono elevati e la curva inizia a rompersi a pH 7,5. Al di sopra del pH 8,5 sono relativamente piccoli.

Da quanto sopra esposto derivano alcune importanti conclusioni pratiche generali. Gli acciai (ad eccezione dell'acciaio inossidabile) si corroderanno sempre senza trattamento. La rapidità e i prodotti della corrosione dipendono da molti fattori.

Non esiste alcun processo di lavorazione che possa rimuovere o arrestare la corrosione. Nessuno di loro può funzionare con gli elettroni. Quindi, anche se la superficie è meravigliosamente lucida e senza corrosione visibile, i processi di corrosione elettrochimica nel materiale continuano ed è solo questione di tempo prima che la corrosione ricompaia. Bisogna inoltre tenere presente che può comparire fino a 30 cm dal luogo di origine. La corrosione può essere arrestata o prevenuta solo mediante processi chimici, ai quali alcuni processi metallurgici appartengono come gruppo più piccolo.

Alcuni additivi leganti, o elementi presenti dal processo di fabbricazione, accelerano i processi di corrosione. E anche la loro quantità gioca un ruolo importante. Anche se si tratta dello stesso tipo di acciaio e dello stesso produttore, ogni lotto di fusione e lavorazione avrà un comportamento alla corrosione leggermente diverso. A volte anche sensibilmente diversi.

La formazione di celle microgalvaniche può essere ridotta impedendo alla polvere presente nell'aria di depositarsi sul prodotto di acciaio o sulla materia prima. Ma è necessario prestare attenzione anche ai fluidi di processo, come emulsioni di lavorazione, oli, fluidi di tempra, agenti di saldatura, ecc. Con il tempo questi si intasano di micropolveri derivanti dalla lavorazione, che creano ioni. E i filtri che potrebbero rimuoverli non vengono utilizzati nell'industria dei metalli. Pertanto è assolutamente necessario sostituire di tanto in tanto i liquidi forniti con altri puliti.

A questo si collega il problema che questi liquidi solitamente reagiscono con l'aria. Spesso si formano nuovi composti che a volte danno inizio alla formazione di corrosione. Ma ricevono anche contaminazione microbica dall’ambiente circostante. E molti microrganismi producono metaboliti altamente corrosivi. Ciò comporta la necessità non solo di cambiare continuamente i fluidi di processo e di trovare il limite della loro durata nel processo prima che inizino a sorgere problemi, ma anche di pulire e disinfettare l'attrezzatura prima che vi venga immesso un nuovo fluido di processo.

E se nello stesso processo produttivo vengono lavorati l’acciaio e poi le leghe di rame o di alluminio, si può definire un bel pasticcio. In tal caso si punta alla realizzazione di microcelle galvaniche. E poiché le sostanze chimiche che potrebbero stabilizzare tali combinazioni vengono prodotte in piccole quantità e solo per poche operazioni tecnologiche, è meglio lavorare e trattare gli acciai separatamente dalle leghe di rame e dalle leghe di alluminio.

Il lavaggio e sgrassaggio industriale è “un grande divertimento” che meriterebbe una trattazione a parte.

Un altro fattore importante che influenza la corrosione dell'acciaio è il contatto dei prodotti tra loro. La formazione di corrosione interstiziale avviene proprio perché, ad esempio, le lamiere vengono impilate una sull'altra durante lo stoccaggio. Oppure quando i prodotti sono confezionati in modo che l'uno tocchi l'altro. Un'azienda voleva risparmiare sui costi di spedizione, quindi ha impilato i prodotti il più vicino possibile l'uno all'altro nell'imballaggio di spedizione e non ha potuto fare a meno di chiedersi come abbiano iniziato a ricevere reclami. In questi casi è necessario utilizzare qualche tipo di dielettrico affinché i prodotti non si tocchino direttamente, oppure realizzare una opportuna protezione anticorrosione prima che entrino in contatto. Un altro esempio di corrosione da contatto è la fig.

 

 

Sorprendentemente, poche persone sanno che la superficie trattata diversamente dello stesso prodotto ha una grande influenza sul comportamento alla corrosione. Ad esempio, un'azienda ha utilizzato velocità di lavorazione elevate per creare "tacche" in un punto del prodotto, mentre il resto del pezzo era liscio. Il luogo si è corroso molto rapidamente, anche se l'intero prodotto è stato preservato. Una soluzione adeguata è che l'intero manufatto abbia la stessa ruvidità superficiale possibile, oppure è necessario trovare una procedura di conservazione efficace.

Si trascura inoltre che la forma stessa del prodotto influisce sulla formazione della corrosione e sulla sua velocità. Gli spigoli vivi e le forme a L supportano questa causa di corrosione. Un'altra azienda ha impedito lo sviluppo della corrosione iniziando a lavorare un angolo interno arrotondato invece di un angolo retto quasi acuto.

La sola umidità relativa fornisce grandi sorprese in termini di corrosione. Spesso si dimentica che anche se in produzione a 20°C c'è il 50% di umidità relativa, alla temperatura di 11°C quest'aria raggiunge il 100% di umidità relativa. Poi le aziende si sorprendono che i loro prodotti si siano corrosi durante il trasporto, quando si trovano bene nel magazzino direttamente in fabbrica. È solo che si sono dimenticati della condensa del vapore a causa della temperatura ridotta durante il trasporto.

E c’è una questione molto importante legata a questo. Molte aziende confezionano i loro prodotti in film PE. Alcuni di essi addirittura fondono al loro interno prodotti più piccoli. Tuttavia, quanto meno permeabile è l'imballaggio al vapore acqueo, tanto più difficilmente respira, tanto maggiore è la condensazione dell'umidità all'interno. In sostanza, in questo modo l'uomo crea una camera di condensa che accelera la corrosione. E anche se esistono materiali in lamina che contengono inibitori della corrosione del vapore, il loro utilizzo è molto rischioso. Nessuna pellicola contiene abbastanza inibitore per essere efficace a più di pochi mm dalla sua superficie. La maggior parte dei prodotti non può essere avvolta in modo tale che l'intera superficie sia a contatto con una pellicola anticorrosiva. L'idea è quella di imballare laminati di carta impregnati con un inibitore della corrosione del vapore, ma in modo tale che l'imballaggio abbia abbastanza fessure attraverso le quali possa respirare e che la condensazione del vapore acqueo avvenga il meno possibile. È anche un'abitudine dannosa mettere un sacchetto con gel di silice nella confezione di alluminio e poi sigillare ermeticamente la confezione. Ma nessuno asciuga il gel di silice subito prima di metterlo nella confezione, quindi quando la fabbrica riceve la spedizione dei sacchetti di gel di silice, questi sono già inutilizzabili perché saturi. In questo modo l'utilizzatore non fa altro che aggiungere ulteriore umidità a quella contenuta nell'aria della confezione, che viene trattenuta dal gel di silice.

Si prega di non sottovalutare l'effetto della temperatura sulla corrosione. Ogni 10°C la velocità delle reazioni chimiche raddoppia. Ciò significa che se qualcuno lavora a 20°C e lavora lo stesso identico materiale a 80°C, le reazioni saranno 64 volte più intense e veloci a quegli 80°C.

Quando lavorato sotto emulsione, è un ambiente elettricamente conduttivo con elevati tassi di corrosione. Pertanto è necessario che le emulsioni contengano additivi anticorrosivi. Ma anche in questo c’è un problema. L'intero processo produttivo e i mezzi utilizzati in esso devono essere compatibili tra loro. Oppure può facilmente accadere che un additivo anticorrosivo reagisca con un altro creando una corrosione spettacolare. Se il produttore non è sicuro della composizione dei fluidi di processo e dell'effetto reciproco, è una buona idea consultarsi.

Ad esempio, combinare gli inibitori della corrosione da contatto nei sistemi petroliferi con gli inibitori della corrosione da vapore è un’assurdità che si rivelerà piuttosto costosa.

Ma molti produttori credono anche che se lavorano sotto olio, non può succedere nulla. È vero il contrario. Gli oli minerali contengono il 4-8% di acqua, che è più che sufficiente per causare corrosione. Con gli oli sintetici la situazione è ancora più complicata. Alcuni di loro non accettano affatto l'acqua e si accumula da qualche parte, oppure alcuni sono infinitamente solubili in acqua.

Nella prossima puntata mi concentrerò sui problemi più comuni di corrosione nella produzione e su come affrontarli.

 

 

L'Ing. Peter Stuchlík, CSc., CTex ATI