Арктика и Крайний Север в последние годы приобретают для России все большее и большее значение. Северный морской путь, который должен стать ключевой водной артерией мира, богатейшие залежи полезных ископаемых, месторождение нефти и газа, уникальная флора и фауна, перспективы для развития туризма - все это заставляет активнее смотреть на Север в том числе промышленников, строителей и ученых. И, конечно, те проблемы и сложности, которые в центре страны могли бы показаться пустяковыми, на Севере увеличиваются в разы. Взять хотя бы коррозию, которая в суровом холодном климате способна «съесть» необработанную сталь всего за два-три года. Как развивается северная коррозия и какие методы борьбы с ней существуют, рассказываем в нашем материале.
Сотни километров белого безмолвия
Сложности с коррозией в Заполярье продиктованы во многом не только ее физико-химическими особенностями, но и спецификой самого региона. Например, расстояние от Заозерска - небольшого города с населением всего семь тысяч жителей - до Мурманска составляет 98 километров. И это по меркам Русского Севера еще мало: между совсем маленькими городками или поселками и крупными областными или хотя бы районными центрами могут пролегать буквально сотни километров безлюдных пространств. Понятно, что, если вдруг проржавеет и сломается какой-нибудь особо важный агрегат, на доставку всего необходимого для починки уйдет огромное количество времени и человеческих сил. Ну или денег, если мы говорим о воздушном сообщении. А если этот агрегат еще и касается систем жизнеобеспечения - например, отопления или электроэнергии, последствия и вовсе могут быть катастрофическими.
Так ускоряется или замедляется?
Но даже без всего этого коррозия на Севере страшна и вредна как, пожалуй, нигде больше. Возможно, кого-то этот факт удивит, ведь существует множество исследований, говорящих, что коррозионные процессы ускоряются при высоких температурах, при нуле градусов замедляются, а если столбик термометра опустится до -40 или -60, что в Заполярье не редкость, могут остановиться вовсе. В чем же тут подвох?
А подвохов, как водится, великое множество. Во-первых, при минусовых температурах коррозия действительно может замедлиться или остановиться, но только в том случае, если нет воздействия на металл агрессивных веществ и сред. С учетом того, что Арктика и Крайний Север сегодня являются зонами преимущественно промышленного развития, оградить от них металл становится невозможным.
Во-вторых, скорость и интенсивность распространения коррозии во многом зависят от климатических условий, которые в Заполярье очень и очень суровы. Так, например, одну из главных угроз для надземных конструкций представляет обледенение. Ледяная корка увеличивает нагрузку на металл и приводит к развитию в нем внутренних деформаций и напряжений, которые снижают его предел выносливости и способствуют развитию коррозионных процессов. Так, ученые Тюменского индустриального университета в статье, которая так и называется «Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали», сообщают о наличии сильной связи между величиной напряжений и скоростью коррозии – чем сильнее воздействие на металл, тем активнее в нем развиваются коррозионные процессы, что дополнительно усугубляется климатической спецификой региона.
В-третьих, основным агентом, приводящим к образованию коррозии, является влага, особенно вблизи промышленных производств, где в ней может быть растворено множество агрессивных химических веществ и соединений. В условиях низких температур влага с поверхности металла не испаряется, а наоборот, образует на ней тонкую пленку. Контакт поверхности с агрессивной средой удлиняется, а следовательно, возрастает и опасность образования коррозионных язв, трещин и прочих дефектов.
Наконец, осложняется дело тем, что против северной коррозии далеко не любые средства могут эффективно сработать. Так, например, битумные мастики, которые часто используются для защиты металлоконструкций на промышленных производствах, под действием низких температур могут кристаллизироваться, становиться хрупкими и полностью утрачивать свои эксплуатационные свойства. То же самое касается и подавляющего большинства других покровных средств защиты. И даже такая, казалось бы, надежная штука, как горячее цинкование, годится для использования в условиях Заполярья далеко не всегда. Оцинкованный металл хоть и простоит без дефектов и разрушений дольше, чем неоцинкованный, но опасность развития внутренних деформаций и напряжений в нем никуда не денется - и достаточно будет одной малозаметной механической трещины или язвочки, чтобы в нем начались коррозионные процессы.
Полимеры, метеоритное железо и активный цинк
Как же защищают металлы в условиях Арктики и Крайнего Севера? Прежде всего стоит сказать, что какого-то единого и универсального способа не существует. Более того, ученые по всей стране до сих пор ломают голову в поисках новых эффективных веществ и составов.
Так, например, специалисты университета МИСИС не далее как в 2023 году предложили комбинированное покрытие из карбида титана и графита в сочетании с политетрафторэтиленом - полимера, известного своими гидрофобными свойствами и часто еще называемого фторопластом. Благодаря ему, в частности, удалось сделать так, чтобы капли воды, попадая на поверхность металла, не застывали, а без труда скатывались вниз. То же самое касалось и ледяной корки: она могла образоваться при сверхнизких температурах окружающего воздуха, но без труда удалялась вся целиком во время обычного рутинного обследования конструкций.
В Тюмени ученые пошли еще дальше и создали новую фазу железа с необычными свойствами, которые до этого встречались только в осколках метеоритов. Для этого они обработали феррит - материал, представляющий собой оксид железа в сочетании с оксидами других металлов, высоким давлением и добились перестроения его кристаллической решетки. Получившийся композит, как показали лабораторные исследования, обладает уникальной твердостью на микроуровне, а также специфическими магнитными и электропроводными свойствами, а его использование в качестве антикоррозионного покрытия позволит увеличить срок службы углеродистых сталей до 50 лет.
Если же говорить о вещах, более близких к нашему дню, то одним из лучших выборов для защиты металлоконструкций от коррозии в Арктической зоне остается технология Цинкирования, при которой на металл наносится состав на основе активного цинка. Такое покрытие эластично и переносит низкие температуры без потери прочности. К примеру, уже больше десяти лет цинковое покрытие надежно защищает термостабилизаторы «Ямал СПГ» - в огромном комплексе по добыче и производству сжиженного природного газа, расположенном на полуострове Ямал, на самом севере Западной Сибири. Объект это крайне сложный и важный, СПГ оттуда расходится практически по всему миру. А термостабилизаторы играют в нем одну из ключевых ролей: эти устройства предохраняют от оттаивания вечную мерзлоту и обеспечивают стабильность всех построек и инженерных сооружений.
Так что выбор именно составов класса Zinker для его защиты - высочайшее признание качества и надежности.
