Коррозионные процессы в природных и технологических средах

С.Л. Березина, Н.Н. Двуличанская, Ю.А. Пучков

Коррозионные процессы 

в природных 

и технологических средах

Учебное пособие

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5448-8

 
Березина, С. Л.

Б33 
 
Коррозионные процессы в природных и технологических средах : 

учебное пособие / С. Л. Березина, Н. Н. Двуличанская, Ю. А. Пучков. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 87, [1] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5448-8

Учебное пособие служит руководством для студентов при освоении и подготовке 

к защите модуля «Электрохимические процессы» по курсу общей химии и модуля 
«Химическая и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы 
защиты металлов» в соответствии с программами бакалавриата и специалитета 
технических направлений. Изложены теоретические представления о механизмах 
коррозии, рассмотрены классификация коррозионных процессов, их кинетические 
и термодинамические закономерности, методы защиты от коррозии. Приведены 
расчетные формулы, примеры решения типовых задач, контрольные вопросы и задачи 
для самостоятельного решения. 

Для студентов машиностроительных, материаловедческих и других специально-

стей технических университетов, изучающих курс общей химии.

УДК 620.193.4(075.8)
ББК 24.1

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2020

Издание доступно в электронном виде по адресу

https://bmstu.press/catalog/item/6822/

Факультет «Фундаментальные науки»

Кафедра «Химия»

Рекомендовано Научно-методическим советом  

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

УДК 620.193.4(075.8)
ББК 24.1

Б33

Учебное издание

Березина Светлана Львовна

Двуличанская Наталья Николаевна 

Пучков Юрий Александрович

Коррозионные процессы в природных и технологических средах

Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана. 

В оформлении использованы шрифты Студии Артемия Лебедева.

Подписано в печать 24.11.2020. Формат 70×100/16. 

Усл. печ. л. 7,15. Тираж 137 экз. Изд. № 842-2020. Заказ   

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

press@baumanpress.ru     https://bmstu.press

Отпечатано в типографии МГТУ им. Н.Э. Баумана.

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1. baumanprint@gmail.com

Предисловие

Важной составляющей усвоения студентами материала по курсу общей 

химии является решение задач, связанных с теорией и практикой коррозионных 
процессов и методов защиты металлов и сплавов от разрушения. Материал 
пособия ориентирован на получение студентами знаний в области 
общей и неорганической химии, кинетических и термодинамических закономерностей 
протекания электрохимических процессов. 

В пособии представлены химическая и электрохимическая коррозия ме-

таллов и сплавов, методы защиты металлов и сплавов от коррозии. Приведены 
классификация процессов, необходимые теоретические сведения, расчетные 
формулы, а также примеры решения типовых задач, контрольные 
вопросы и задачи для самостоятельного решения, большинство из которых 
имеет практико-ориентированную направленность. Справочный материал, 
необходимый для решения задач и ответов на контрольные вопросы, вынесен 
в приложение. Обеспечение эксплуатационно-технической надежности 
и долговечности металлоконструкций способствует сохранению экологического 
равновесия в природе. 

Содержание учебного пособия, составленного в соответствии с разрабо-

танными в МГТУ им. Н.Э. Баумана программами базовой дисциплины «Химия» 
и дисциплины «Теория коррозии и методы защиты металлов», предназначено 
для студентов бакалавриата и специалитета, обучающихся в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, и направлено на формирование у студентов компетенций, 
установленных ФГОС ВО, на развитие химической грамотности, навыков 
самоорганизации и самостоятельного мышления.

Материал пособия адаптирован к познавательному уровню студентов и 

структурирован в соответствии с заданиями, предлагаемыми для защиты модуля «
Электрохимические процессы» по курсу общей химии и модуля «Химическая 
и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы 
защиты металлов» для студентов кафедры «Материаловедение» (МТ-8).

Для освоения материала и успешного выполнения заданий студенты долж-

ны знать химические свойства неорганических веществ, электрохимические 
свойства металлов, уметь проводить расчеты концентраций, а также применять 
знания, полученные при изучении соответствующих разделов физики 
и математики.

Результатами освоения дисциплин являются получение фундаментальных 

знаний по электрохимии и коррозии, овладение методами рационального 
использования природных ресурсов и материальных средств, конструирования 
изделий с учетом их физических и химических свойств, умение приме-

Предисловие 

нять знания в будущей производственной деятельности, в лабораторных и 
технологических условиях. 

Планируемым текущим результатом освоения студентами материала по-

собия является способность к выполнению и защите домашнего задания по 
модулю «Электрохимические процессы» курса общей химии и модуля «Химическая 
и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы 
защиты металлов».

В результате освоения материала данного пособия студент должен:
знать
• химические и электрохимические свойства объектов анализа (металлов 

и сплавов); 

• химические свойства и агрегатные состояния агрессивных сред (газы, 

твердые вещества, жидкие среды);

• свойства анализируемых сплавов, методы их получения и области при-

менения; 

уметь
• обоснованно аргументировать выбор методов защиты от коррозии;
• проводить коррозионные измерения;
• фиксировать  результаты экспериментальных исследований;
• анализировать полученные результаты;
владеть
• электрохимическими и химическими методами исследования кинетики 

коррозионных процессов;

• навыками работы с аппаратурой для химического и электрохимического 

анализа коррозионных сред и коррозионных процессов;

• навыками проведения химического эксперимента; 
• техникой подготовки образцов и проб к выполнению измерений; 
• методами математической обработки экспериментальных данных;  
• методикой анализа полученных результатов (оценки, обобщения и срав-

нения);

• методиками и поисками пути решения задач;
• навыками работы с учебной, научно-технической и справочной инфор-

мацией.

Введение

Металлы и сплавы являются основными конструкционными материала-

ми, эксплуатационные характеристики которых утрачиваются вследствие 
коррозионного воздействия  на них окружающей среды. Коррозия оказывает 
огромное экономическое и экологическое влияние практически на все 
аспекты мировой инфраструктуры. Ущерб от безвозвратных прямых потерь 
металлов в результате коррозии в промышленно развитых странах превышает 
5…6 % национального дохода.  Косвенные потери выражаются в затратах 
на изготовление новых конструкций и ремонт оборудования. 

Действие коррозии особенно сильно проявляется в коррозионно-агрес-

сивных средах (металлургические и химические производства, топливно-
энергетический комплекс, в том числе трубопроводные, магистральные и 
промысловые нефтегазовые сооружения).

По причине все более широкого использования высоких температур и 

давлений значительно возрастает удельный вес коррозионных потерь, вызываемых 
такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, 
межкристаллитная и питтинговая коррозия. 

Интенсивная коррозия оборудования, изготовляемого для различных про-

изводств на основе сплавов черных и цветных металлов, приводит к загрязнению 
окружающей среды в результате выброса газов, пыли. Содержание 
различных металлов в почве и водах за последние полвека увеличилось  
почти в 200 раз. Все это приносит не только большие экономические потери, 
но и нарушает равновесие экосистемы, приводит к экологическим катастрофам.


Важной необходимостью являются мероприятия по повышению мер без-

опасности стратегических объектов, отдельные механизмы которых подвергаются 
коррозии (аэробусы, АЭС, системы для захоронения радиоактивных 
отходов, контейнеры с токсичными материалами).

При уменьшении и невосполнимости природных запасов широко при-

меняемых технически важных металлов и увеличении потребности в них тормозится 
технический прогресс во многих отраслях производства. Сохранение 
металлических материалов и контроль коррозионных процессов являются 
фундаментальными и ключевыми факторами промышленных технологий. 

Полимерные материалы, получаемые в основном путем переработки неф-

ти и газа, не могут составить ощутимую конкуренцию металлам в качестве 
коррозионно-стойких конструкционных материалов. Поэтому в современных 
условиях инновационные подходы к поиску путей защиты от коррозии 

Введение 

сооружений из металлов и сплавов являются одними из важнейших научно-
технических и экономических задач.  

Для разработки эффективных методов защиты от коррозии металличе-

ских материалов в различных условиях их эксплуатации требуются специалисты 
в области электрохимии, коррозии и материаловедения, знающие теоретические 
основы коррозионных процессов, и в первую очередь кинетические 
и термодинамические закономерности.

1. Классификация коррозионных процессов.  

Показатели коррозии

Коррозия (от итал. corrodere — разъедать) — процесс самопроизвольного 

разрушение металлов и сплавов в процессе  физико-химического взаимодействия 
с окружающей средой. Коррозию следует отличать от эрозии (от лат. 
erodere —разрушать), под которой понимают механическое постепенное разрушение 
металла (истирание трущихся частей механизмов, их износ).

Термодинамическим критерием протекания коррозии является отрица-

тельное значение энергии Гиббса (∆ r G < 0). Причиной коррозии металлов, в 
большинстве находящихся в природе в окисленном состоянии, является их 
термодинамическая неустойчивость.

Коррозионные процессы классифицируют по механизму протекания, ха-

рактеру коррозионных разрушений, условиям воздействия и типам коррозионной 
среды. 

По механизму протекания процессов различают химическую и электро-

химическую коррозию. Химическая коррозия протекает как гетерогенная реакция 
металла с окислителем в неэлектропроводных средах. При этом окисление 
металла и восстановление окислителя происходят в одном акте, 
продукты коррозии пространственно не разделены и образуются непосредственно 
на металлической поверхности в зоне реакции. Примером может 
служить окисление металлов в газовой среде при повышенных температурах:

4Al + 3О2 = Al2О3

Электрохимическая коррозия протекает в среде электролита. Суммарная 

реакция представляет собой два сопряженных процесса, не реализованных 
в одном акте: анодный процесс (окисление металла) и катодный (восстановление 
окислителя коррозионной среды). Скорость электродных процессов 
определяется электрохимической активностью металлов, а  продукты реакции 
могут быть удалены от разрушаемых участков за счет возникающего 
электрического тока.

По характеру коррозионных разрушений различают сплошную коррозию, 

захватывающую всю поверхность металла (рис. 1.1 а, б), и локальную (местную) (
рис. 1.1, в–з). Сплошная коррозия может быть равномерной (атмосферная 
коррозия углеродистой стали) или неравномерной (коррозия углеродистой 
стали в морской воде). 

Локальная коррозия поражает отдельные участки поверхности металла и 

выражается в виде:

1. Классификация коррозионных процессов. Показатели коррозии  

• отдельных сравнительно больших пятен, незначительно углубленных в 

толщу металла (коррозия латуни в морской воде); 

• питтингов (англ. рitting, от pit — покрывать(ся) ямками) — проникающих 

в металл отдельных точек диаметром до 2 мм (коррозия аустенитных сталей в 
морской воде);

• язв — разрушений в форме углубленных в металл раковин (характерны 

для стальных конструкций в грунте).

Избирательная коррозия — разрушается одна структурная составляющая 

или один из компонентов сплава вследствие неоднородности его структуры 
или разной электрохимической активности компонентов (графитизация чугуна, 
обесцинкование латуни). 

Межкристаллитная коррозия — коррозионные разрушения локализуются 

по границам зерен кристаллов металла. Образование между зернами рыхлых 
малопрочных продуктов коррозии резко ухудшает прочность конструкций 
без видимых внешних проявлений (коррозия алюминиевых сплавов, хромоникелевых 
сталей).

Транскристаллитная коррозия — коррозионный процесс локализуется в 

виде узкой трещины, распространяющейся в направлении пониженной прочности 
не только межкристаллитно, но и через границы зерен вне зависимости 
от границы раздела фаз (такой коррозии подвержены алюминиевые, магниевые, 
медные сплавы, большинство высокопрочных сталей в хлорсодержащих 
средах). 

Два последних вида коррозии относятся к особо опасным, так как про-

текают без видимых изменений на поверхности металла.

При механическом внешнем воздействии и одновременном участии кор-

розионной среды могут возникать:

• коррозионная эрозия — при одновременном воздействии сил трения и 

коррозионной среды (разрушение шейки вала при трении о подшипник);

Рис. 1.1. Виды коррозионных разрушений: 

а — равномерная коррозия; б — неравномерная; в — пятнами; г — язвами;  
д — точками (питтинговая); е — избирательная; ж — межкристаллитная;  

з — транскристаллитная

1. Классификация коррозионных процессов. Показатели коррозии  

• фреттинг-коррозия — разрушение на границе соприкасающихся вибри-

рующих металлических поверхностей при их относительном колебательном 
перемещении в жидкой среде (шарниры, клапаны, заклепки, болты);

• коррозионная кавитация — при ударном воздействии схлопывающихся 

микропустот в жидкой коррозионной среде (быстродвижущиеся лопасти гребных 
винтов судов);

• коррозионная усталость — разрушение металла при знакопеременных или 

циклических механических нагрузках в коррозионной среде (стальные штанги 
насосов для откачки нефти, металлические тросы);

• коррозионное растрескивание — разрушение металла в коррозионной сре-

де при действии растягивающих внешних или внутренних напряжений (типично 
для деталей из высокопрочных сталей);

• коррозионная хрупкость — потеря прочности и пластичности в результате 

наводороживания поверхности металла;

• щелевая коррозия — избирательное коррозионное разрушение металла в 

зазоре (в резьбовых, фланцевых соединениях);

• электрокоррозия — протекает при действии внешнего источник тока (рас-

творение анодного заземления станций катодной защиты);

• коррозия при действии блуждающих токов — наблюдается при пробое изо-

ляции электрокабелей, плохом заземлении линий электропоездов.  

По типу коррозионной среды различают: 
• газовую коррозию — при высоких температурах в газовой среде; 
• коррозию в жидкостях-неэлектролитах (жидкие топлива);
• атмосферную коррозию — коррозию во влажном воздухе в природных или 

заводских условиях;

• коррозию в морской воде;
• подземную коррозию (металлические сооружения в почвах и грунтах);
• биокоррозию — вызывается продуктами жизнедеятельности микроорга-

низмов (плесени, грибков, бактерий);

• радиационную коррозию — при воздействии радиоактивного излучения.
Для практической оценки интенсивности коррозионных процессов опре-

деляют изменение одного из параметров коррозии металла за промежуток 
времени нахождения в коррозионной среде.

Массовый показатель коррозии Km

±  (г(м2·ч)):

K
m
St

m
± = ∆
, 

где Δ∆m — убыль массы металла в единицу времени после удаления продуктов 
коррозии или увеличение массы металла вследствие роста пленки продуктов 
коррозии, отнесенные к единице поверхности S в единицу времени t. 

Объемный показатель коррозии KV (см/ч):

K
V
St

V =
,

где V — объем приведенного к нормальным условиям газа, поглощенного 
или выделившегося в результате коррозии металла в единицу времени с единицы 
поверхности. 

1. Классификация коррозионных процессов. Показатели коррозии  

Глубинный показатель коррозии Кп (мм/год): 

K
h
t

V
S

m
St

п =
= ∆
= ∆

ρ

характеризует среднюю (или максимальную) глубину разрушения металла h 
в единицу времени. Глубинный показатель используют как сравнительный 
критерий коррозионной стойкости металлов, исходя из различия их плотности 
ρ.  

Токовый показатель (для оценки электрохимической коррозии) — позво-

ляет определить скорость растворения металла по изменению плотности коррозионного 
тока iкор (А/см2):

i
K
z
M

m
кор =
−
26 8

10 000

,
,

где M — молярная масса металла; z — число электронов, участвующих в элементарном 
анодном процессе; 
m
K −  — отрицательный массовый показатель 

коррозии; 26,8 (А·ч /моль) — постоянная Фарадея (F). 

В качестве критериев интенсивности коррозионного процесса использу-

ют также изменение электрического сопротивления образца на единицу площади (
для листовых материалов), изменение механических характеристик 
металла (например, предела прочности металла при растяжении) и др.

При оценке коррозионной стойкости черных и цветных металлов наиболее 

распространенной является десятибалльная шкала по ГОСТ 13819–84 «Единая 
система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы» (табл. 1.1).

Шкала коррозионной стойкости металлов построена на основное глубин-

ного показателя коррозии.

Таблица 1.1

Шкала коррозионной стойкости металлов по ГОСТ 13819—84

Группа стойкости
Скорость коррозии, мм/год
Балл

Совершенно стойкие
< 0,001
1

Весьма стойкие
0,001–0,005
2

0,005–0,010
3

Стойкие
0,01–0,05
4

0,05–0,10
5

Пониженностойкие
0,1–0,5
6

0,5–1,0
7

Малостойкие
1,0–5,0
8

5,0–10,0
9

Нестойкие
> 10,0
10