Критический коэффициент

Металл Состояние поверхности металла и состав атмосферы Критическая влажность, %

8.3.3. Влага (критическая влажность).............. 178

Специфическими факторами, влияющими на агрессивность атмосферы, являются: пыль, газы и влага (критическая влажность). Агентством по охране окружающей среды Соединенных Штатов собраны данные о составе атмосферы, получаемые на станциях по контролю за составом воздуха. Во многих точках постоянно измеряются концентрации распространенных примесей, даже находящихся в атмосфере в незначительных количествах. Ввиду большого влияния этих примесей на коррозионное поведение ме-

Важным фактором, определяющим склонность металла к атмосферной коррозии в конкретных условиях, является-то время, в течение которого превышается критическая влажность [25]. Этот период называют временем смачивания и определяют путем измерения разности

Рис. 8.3. Коррозия железа в воздухе, содержащем 0,01 % SO2; выдержка 55 дней, показана критическая влажность [23]

Влажность почвы. Под влажностью почвы принято понимать отношение количества воды, находящейся в единице объема, к массе сухого твердого вещества в этом же объеме. Наличие воды в почве — главная причина возникновения коррозионного процесса, поэтому на интенсивность развития коррозионного процесса оказывает большое влияние влажность почвы. Известно, что в сухих почвах коррозия незначительна. При влажности почвы до 10 % скорость коррозии сравнительно невелика, но от 10 %и выше наблюдается заметное увеличение скорости коррозии, которая достигает максимума при определенной "критической" влажности. Критическая влажность зависит от засоленности и влагоем-кости почвы, т.е. от типа, структуры и гранулометрического состава. При большой влажности, выше критической, скорость коррозии уменьшается вследствие затрудненности доступа кислорода. Различное влияние степени увлажненности почвы на ее коррозионную активность связано с тем, что при малой влажности велико омическое сопротивление почвы, что тормозит анодные и катодные процессы. Доступ кислорода в почве отличается от такового при погружении металла в раствор или под пленкой влаги, и в зависимости от структуры и степени увлажненности почвы он может меняться на несколько порядков, т.е. в десятки тысяч раз.

Даже кажущийся сухим воздух содержит значительное количество водяных паров. Их содержание определяется абсолютной влажностью, выраженной парциальным давлением в мг-л-1 или относительной влажностью в процентах максимально возможного .парциального давления водяного пара при данной температуре. При относительной влажности ниже критической коррозии не возникает. Для стали критическая влажность при 25° С колеблется между 65 и 75% (см. рис. 4).

Количество воды на защищенных от дождя металлических поверхностях в большой степени зависит от относительной влажности воздуха, т.е. отношения фактического давления водяных паров к давлению насыщения. Ниже определенного уровня относительной влажности, критической влажности, пленка влаги настолько тонка, что в большинстве случаев коррозия незначительна. Выше этого критического уровня с ростом относительной влажности скорость коррозии сильно увеличивается. Критическая влажность зависит и от металла, и от степени поверхностных загрязнений, так как последние могут быть более или менее гигроскопичными. Для стали в наружных

коррозии металла значительно ниже. Для стали критическая влажность воздуха составляет ~ 60 %. Относительная влажность в помещении можно снизить путем повышения температуры в нем на несколько градусов выше,,чем температура вне помещения. Это легко осуществить зимой, но не летом. Поэтому в летний период риск коррозии сохраняемых изделий велик. Относительная влажность может быть также снижена с помощью осушителя, который может быть установлен на желаемую относительную влажность, например максимально 45—50 %. Осушение может быть использовано на складах, в гаражах, для защиты оборудования во временных хранилищах, в трюмах судов и в транспортных контейнерах (рис. 83 и 84). "Замкнутым пространством" часто является сама упаковке. В таком случае упаковочный материал должен быть непроницаем для воды даже в парообразном состоянии. К таким упаковочным материалам относится полиэтиленовая пленка, бумага, пропитанная битумом, вощеная бумага или бумага, покрытая алюминиевой фольгой. Чтобы барьер против водяных паров был эффективен, швы должны быть надежно заделаны. Осушающий агент, например, си-яикагель, вводят в упаковку во время ее герметизации1.

Экспериментально установлено, что при коррозии металлов в атмосферных условиях наблюдаются два вида критической влажности — первичная и вторичная. Первая соответствует адсорбции такого количества влаги, которого достаточно для того, чтобы коррозия шла с заметной скоростью. Вторая критическая влажность соответствует моменту, когда за счет коррозионного процесса, протекающего с малой скоростью, накапливаются продукты коррозии, в присутствии которых конденсация влаги начинается уже при малой относительной влажности (60—70%). При наличии в атмосфере загрязнений критическая влажность заметно снижается, и металлы начинают корродировать с заметной скоростью при меньшей относительной влажности атмосферы.

Для каждого металла характерна определенная величина критической влажности, по достижении которой скорость коррозии резко возрастает. Опытным путем для некоторых металлов были обнаружены две критические точки, получившие название первичной и вторичной критических влажностей. Первичная критическая влажность соответствует адсорбции на металле такого количества влаги, .которое достаточно, чтобы коррозия шла с заметной скоростью. Вторичная критическая влажность соответствует моменту, когда за счет коррозионного процесса, протекающего хотя и с малой скоростью, накапливаются продукты коррозии, в присутствии .которых конденсация влаги начинается уже при малой относительной влажности (70—60%).

На практике [41, 72] для определения количества циклов на стадии стабильного развития трещины производят интегрирование уравнения (5.2). Использование только критической длины трещины, найденной через критический коэффициент интенсивности напряжения, в качестве верхнего предела интегрирования, без учета деформационного упрочнения и реальной геометрии трубы, некорректно. Прямое использование классических методов линейной механики разрушения для тонкостенных сосудов давления, изготовленных из высоковязких сталей, какими являются современные магистральные трубопроводы, приводит к результатам, не имеющим физического смысла. Так, в работе [76] рассчитанная критическая глубина трещины составляет около километра (толщина стенки большинства эксплуатирующихся трубопроводов не превышает 20 мм). Для нахождения верхнего предела интегрирования уравнения Пэриса используем силовой и деформационный критерии линейной и нелинейной механик разрушения [57, 93].

гдеК,с - критический коэффициент интенсивности напряжения, который на практике определяется прямыми испытаниями или с помощью пересчета значений ударной вязкости образцов Шарли по одному из известных эмпирических соотношений [33. 118, 135, 228], например

Для оценки квазихрупкого разрушения сварных соединений с концентратором при ненулевом радиусе вершины в работе Винокурова В.Н. предложен критический коэффициент! интенсивности деформаций Vc (аналог Кс). Этот параметр определяется в момент наступления разрушения и отражает пластические свойства и остроту в вершине концентратора:

мацию) увеличиваются, Gc - растет, и на изломе растут, участки косого излома (боковой срез). С некоторого значения толщины сопротивление разрушению начинает падать. Это падение можно объяснить тем, что при срезе d = t, где d - высота пластической зоны на поверхности образца. Тогда по формулам (3.38) и (3.39) получаем, что критический коэффициент интенсивности при косом изломе ;

В хрупком состоянии критический коэффициент интенсивности напряжений Кс связывает разрушающую нагрузку и критическую длину трещины с помощью соотношения К = Кс. Причем Кс получают подстановкой в формулу для К значений разрушающих нагрузок и критических длин трещин. Можно попытаться сделать то же самое и для квазихрупкого состояния - в формулу для К подставить экспериментально найденные на образце критические значения и получить предельную величину К для данной критической длины трещины. Конечно, понятие коэффициента интенсивности напряжений в квазихрупком состоянии отсутствует.

При заданной глубине дефекта Ьн с ростом нагрузки или номинального напряжения ан возрастает величина Ki и при некотром его значении Кс происходит разрушение трубы. Условие прочности записывается в виде: KI < Кс (Кс - критический коэффициент интенсивности напряжений). Величина, как и предел прочности или текучести, является механической характеристикой стали, причем расчетной. Значение Кс определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506. Для большинства трубных сталей величина непостоянна и зависит от глубины дефекта, при прочих других условиях. Поэтому нам представляется целесообразности для оценки работоспособности труб с царапинами использовать в качестве критерия прочности предел трещиностойкости 1С, который предложен Е.М. Морозовым и регламентирован ГОСТ 25.506.

Степень напряженности в области вершины трещины оценивают коэффициентом интенсивности напряжений Ki, зависящим от параметров трещин, номинального напряжения и др. В предельном состоянии Ki = Кс, где Кс - критический коэффициент интенсивности напряжений, определяемый в соответствии с ГОСТ [2]. Для пластичных сталей Кс = 60...100 MHaVM (определены на плоских образцах с боковой трещиной типа 5).

Для оценки сопротивления металла нестабильному распространению хрупкой трещины применяют один из двух взаимосвязанных критериев: критический коэффициент интенсивности напряжений /Ос(Н/м3/2) или вязкость разрушения 0/с(Дж/м2). Коэффициент интенсивности напряжений К; характеризует относительное

Степень напряженности в области вершины трещины оценивается коэффициентом интенсивности напряжений К\, зависящим от размеров трещины, формы конструктивного элемента, номинального напряжения и др. В предельном состоянии KI = Кс, где KC - критический коэффициент ин-

4. Критический коэффициент сопротивления Значение коэффициента сопротивления, при превышении

6. Критический коэффициент демпфирования Значение коэффициента демпфирования, при превышении