Коррозионное растрескивание под напряжением

 

 

 

3 Методы защиты металлов от коррозии под напряжением

Существуют следующие  методы защиты металлов от коррозии под напряжением:

- ингибирования агрессивных  сред;

- электрохимическая защита;

- влияние гальванических  и лакокрасочных покрытий на  коррозионно-механическую стойкость  сталей;

- влияние диффузионного насыщения поверхности на коррозионно-механическую стойкость сталей;

- термообработка;

- поверхностный наклеп;

- рациональные методы выплавки и очистки;

- защита сталей фосфатными покрытиями.

Ниже рассмотрим некоторые из них [5].

 

3.1 Термообработка

Термообработка, как способ защиты от коррозионно-механического  разрушения, сводится к получению  в материале структур, более устойчивых в данных условиях, а также снятию внутренних напряжений.

Прочностные свойства углеродистых сталей возрастают в результате закалки и последующего низкотемпературного отпуска.

В процессе отпуска закаленных углеродистых сталей содержание углерода в мартенсите (пересыщенном твердом растворе углерода в решетке о-железа) уменьшается, при выделении углерода из мартенсита уменьшаются внутренние напряжения, снижается скорость растворения стали в агрессивных средах, а стойкость стали против коррозии под напряжением увеличивается. Однако для некоторых углеродистых сталей отпуск при определенных температурах может не улучшить, а ухудшить их стойкость к коррозионному растрескиванию. Установлено, что в кислых средах (растворы кислот) наиболее склонны к коррозионному растрескиванию углеродистые не отпущенные стали, а также стали, подвергнутые низкотемпературному отпуску. Растрескивание закаленных сталей в кислых средах объясняется в основном водородным охрупчиванием.

Эффективным методом повышения стойкости сталей к коррозионному растрескиванию служит поверхностный отпуск, препятствующий зарождению коррозионно-механических трещин [2].

Большую опасность представляет коррозионное растрескивание швов сварных соединений. Для защиты сварных конструкций необходимо снизить уровень растягивающих остаточных напряжений, возникающих в процессе сварки. Одним из рациональных путей снижения уровня напряжений может быть отжиг, практически полностью снимающий остаточные сварочные напряжения, однако для крупногабаритных конструкций этот способ неприемлем. В таком случае рекомендуется местный нагрев зоны термического влияния по обеим сторонам шва газовыми горелками с последующим охлаждением водой [6].

Для обеспечения стойкости сварных конструкций к коррозионному растрескиванию сварного шва очень важно правильно подобрать марку стали. Углеродистые стали недостаточно стойки, а в сварных швах сталей с повышенным содержанием углерода возможно образование "холодных трещин". Наиболее эффективно использование стали с содержанием углерода от 0,1 до 0,3 %.

В настоящее время для  повышения стойкости швов к растрескиванию эффективно используются и другие методы:

- пластическая деформация  сварных соединений для снятия  внутренних сварочных напряжений;

- создание в зоне сварного  соединения напряжений сжатия  путем поверхностного наклепа накаткой роликами, дробеструйной обработкой или проковкой шва;

- подогрев металла непосредственно  перед сваркой;

- обработка поверхности  сварного шва металлическими щетками с ударными элементами. При этом в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия, микронеровности поверхности сглаживаются, а в наклепанном поверхностном слое образуется специфическая мелкодисперсная структура;

- вибрационная, а также  ультразвуковая обработка поверхности.

Перспективным методом получения сварных швов, устойчивых к коррозионному растрескиванию, является сварка низколегированных сталей электродами из специального аустенитного сплава, причем предварительный нагрев и последующая термообработка уже излишни.

Сопротивление сталей коррозионной усталости можно повысить, создавая на их поверхности "белый слой", возникающий при определенных режимах механической обработки в результате вторичной поверхности.

Путем повышения коррозионно-механической стойкости сталей является электромеханическое упрочнение, сущность которого заключается в нагреве поверхности электрическим током и в последующем силовом воздействии на разогретый металл. Например, с помощью этого метода значительно упрочняются бурильные трубы в буровом растворе и при этом полностью устраняются их поломки по резьбе . 

 

3.2 Поверхностный наклеп

При коррозии под напряжением  трещины зарождаются преимущественно с поверхности металла. Поэтому поверхностный наклеп (обкатка поверхности роликами, обдувка дробью, виброгалтовка, гидродробеструйная обработка и т. д.) во многих случаях существенно тормозит зарождение трещин, т. е. повышает коррозионно-механическую стойкость сталей и сплавов. Поверхностный наклеп наиболее эффективен для углеродистых и низколегированных сталей.

Есть основание полагать, что положительное воздействие  поверхностного наклепа обусловлено в основном упрочнением поверхностного слоя металла и частично появлением в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. Одной из разновидностей поверхностного наклепа является абразивная ультразвуковая обработка металла. При этом поверхность в процессе обработки подвергается бомбардировке частицами абразива, получающими энергию от ультразвукового магнитостриктора. Повышение коррозионно-механической стойкости сталей в результате ультразвуковой обработки обусловлено наклепом поверхностных слоев металла, т. е. появлением в этих слоях остаточных сжимающих напряжений, и улучшением чистоты поверхности.

Эффективным методом повышения сопротивления усталости стали в нейтральных средах является также поверхностно - пластическое деформи-рование (ППД) накаткой роликами. ППД, повышая сопротивление стали, существенно снижает влияние эффекта частоты нагружения, его оценивают по величине коэффициента Kw, представляющего собой отношение пределов выносливости при высокой и низкой частотах циклов нагружений [10].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В последнее время очень  остро встала проблема разработки и  повсеместного использования именно комплексных методов антикоррозионной защиты. При выборе оптимального комплекса противокоррозионных мероприятий необходимо учитывать не только его эффективность, но и экономические аспекты использования.

Один и тот же комплекс противокоррозионных мероприятий в разных условиях реализуется с различной эффективностью. Оптимальное решение вопроса сводится к поиску варианта, при котором предприятие несет минимальные потери, слагающиеся из убытков от коррозии и затрат на организацию антикоррозионной защиты.

Делая выводы, можно сказать, что использование неметаллических материалов и покрытий из них - это наиболее перспективное направление защиты металлов от коррозии и коррозии под напряжением в настоящее (и ближайшее будущее) время. Противокоррозионные проблемы могут быть решены благодаря применению не отдельных методов, а комплексов известных методов и средств противокоррозионной защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Стеклов О.И. Стойкость  материалов и конструкций к  коррозии под напряжением: Научное  издание. – М. : Машиностроение, 1990. – 384 с.

2 Сергеева Т.К., Тарлинский В.Д., Болотов А.С. Влияние состояний водорода на коррозионное растрескивание под напряжением. Строительство трубопроводов.1993. – № 10-11. – с. 35 – 37.

3 Гареев А.Г., Худяков М.А., Абдуллин И.Г. Разрушение материалов в коррозионных средах: учебное пособие. – Уфа: УГНТУ, 2005. – 124 с.

4 Гареев А.Г. Прогнозирование  и диагностика коррозионного  растрескивания магистральных трубопроводов : Учебное пособие / А.Г. Гареев; УГНТУ, 1995. – 69 с.

5 Гутман Э.М. Защита  нефтепромыслового оборудования  от коррозии, 1983. – 150 с.

6 Пестриков В.М. Морозов Е.М. Механика разрушения твердых тел. СПб.: Профессия, 2002. – 320 с.

7 Конакова М. А., Теплинский Ю.А. Коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей: научное издание, 2004. – 358 с.

8 Стеклов О.И. Стойкость  материалов и конструкций к  коррозии под напряжением. 1990. – 384с.

9 Петров Л.Н. Коррозия  под напряжением, 1986. – 142 с.

10 Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии, 1981. – 270 с.