Коррозионным повреждением

Существенно, что в настоящее время при разработке новых корроэионностойких сплавов можно опираться не только на опыт, накопленный в этом деле металлургами, или богатый опыт практического использования сплавов в промышленности, но и на достижения коррозионной науки, которой на протяжении последних двух десятилетий, главным образом в результате широкого и плодотворного использования электрохимических методов и подходов к исследованию коррозионных 'процессов, удалось установить и сформулировать важные взаимосвязи между коррозионным поведением сплавов, с одной стороны, и коррозионным поведением составляющих их компонентов, с другой.

В настоящем обзоре сделана попытка обобщить данные, относящиеся к коррозионно-электрохимическому поведению железа, хрома, никеля, а также сплавов Fe—Cr, Fe-Ni, Cr—Ni, Fe—Cr-Ni, главным образом в кислых и частично в нейтральных растворах. При этом имеется в виду, что такое обобщение позволит более четко выявить имеющиеся взаимозависимости между коррозионным поведением сплавов и коррозионным поведением составляющих их компонентов.

34. Скцисло 3. Связь между конструктивным оформлением и коррозионным поведением стальных конструкций.— В кн.: Атмосферная коррозия в промышленном и гражданском строительстве / Пер. с нем. под ред. М. Н. Фокина. М. : Металлургия, 1981, с. 165—183.

Влияние рН коррозионной среды. В каждом конкретном случае за вероятным коррозионным поведением того или иного металла в зависимости от рН среды можно проследить по соответствующей диаграмме, построенной в координатах равновесный потенциал — рН при обычной температуре (диаграммы Пурбэ). Диаграмма Пурбэ позволяет однозначно определить область коррозионной устойчивости (или иммунитета), в которой окисление металла термодинамически невозможно, а также прогнозировать область его пассивного и коррозионно-активного состояния. Диаграмма не всегда может дать одно-

ний, происходящих на границе металла о раствором в связанных с коррозионным поведением металла, его пассивацией и торможением скорости растворения, а также различными видами его локального растворения.

Важным фактором, связанным с коррозионным поведением меди и ее сплавов в морских средах, является образование на поверхности металла защитной пленки. При этом пленки, возникающие в атмосфере и при погружении в морскую воду, отличаются по своему составу. В целом при экспозиции в морской атмосфере защитная пленка образуется на большем числе медных сплавов, чем при экспозиции в морской воде.

зом, данные о коррозионном .поведении в условиях полного погружения можно использовать при выборе сплавов, стойких к коррозии на среднем уровне прилива (при переменном погружении). Стойкость отдельной медной пластинки в зоне прилива выше, чем при полном погружении, и представляет разительный контраст со сравнительно плохим коррозионным поведением отдельных стальных пластин на среднем уровне прилива. На рис. 44 показаны кривые коррозионных потерь массы для образцов из медных сплавов при 16-летней экспозиции в зоне прилива [52]. При полном погружении (рис. 45) для тех же сплавов наблюдались более высокие скорости разрушения металла.

Биологическое обрастание. Склонность медных сплавов к обрастанию взаимосвязана с их коррозионным поведением. Как правило, присутствие ионов меди делает тонкий слой воды, примыкающий к корродирующей поверхности металла, токсичным для морских организмов. В типичном случае при скорости растворения меди примерно 6 мг/(дм2-сут) (что соответствует скорости коррозии около 25 мкм/год) биологического обрастания уже не происходит. Если медь или богатый медью сплав находятся под действием катодной защиты, например в гальванической паре со сталью, алюминием или другим анодным металлом, то коррозия меди мала или вообще прекращается и тогда на поверхности может начаться обрастание.

Сплавы серии 7000 подвергались щелевой, кромочной, межкристаллитной, расслаивающей и питтинговой коррозии. Типы коррозии сплавов Alclad были следующими: мелкая питтинговая и щелевая, легкое расслоение и общая коррозия. Из-за хаотичного коррозионного поведения алюминиевых сплавов серии 7000 во время их экспозиции в морской воде на глубине было невозможно найти какие-либо зависимости между коррозионным поведением и длительностью экспозиции, ее глубиной или изменениями в концентрации кислорода в морской воде.

Увеличение скорости потока воды до 2,5 м/сек несколько тормозит язвенную коррозию. При температуре воды 65—85° С и скорости потока 9 м/сек скорость коррозии выдавленного бериллия составляла 0,002—0,003 мм/год. С ростом температуры от 30 до 90° С скорость коррозии бериллия возрастает с 0,0025 мм/год до 0,08 мм/год. В потоке воды скорость коррозии бериллия с температурой увеличивается еще в большей степени и равна при 90° С— 0,15 мм/год. В деаэрированной воде при температуре 260° С в результате тридцатидневных испытаний поверхность образцов тускнела и образовывался ряд язв. В целом коррозия была умеренной. В воде, насыщенной кислородом, на поверхности бериллия образуется толстый слой продуктов коррозии. В результате испытаний в указанной среде при температуре 300° С монокристаллов бериллия были сделаны следующие выводы: а) при степени обжатия 21 : 1 бериллий достаточно стоек; б) коррозионная стойкость бериллий тем выше, чем меньше в нем примесей. В потоке воды при температуре 205° С бериллий имеет малую эрозионно-коррозионную стойкость. При наличии напряжений коррозия бериллия не интенсифицировалась, в частности не появлялись трещины в металле. Между коррозионным поведением выдавленного и горячепрессован-ного бериллия почти нет никакой разницы. Присутствие в бериллии до 0,4% железа, до 1,05% алюминия, до 0,2% кремния, до 0,26% карбида бериллия практически не изменило его стойкости в воде, содержащей 0,005 мг перекиси водорода при температуре 85° С, при этом рН среды составляла: 5,5—6,5. В ряде случаев при температуре 250° С присутствие в бериллии 0,23—0,46% железа повышало его коррозионную стойкость, а при температуре 325° С наличие даже более 0,3% железа не повышало его коррозионную стойкость.

При проектировании осуществляется оптимальный выбор трассы и конструкции участка трубопровода с учетом всех нагрузок и воздействий, при строительстве - обеспечение качества выполнения всех технологических операций с привлечением инструментального контроля, при эксплуатации - строгое выполнение технологических режимов перекачки продукта и электрохимзащиты участка, наблюдение за механическим и коррозионным поведением конструкции и ее герметичностью, выборочная инструментальная диагностика технического состояния ее наиболее опасных зон. На рис, 4.7.15 приведен возрастной состав магистральных трубопроводов России в 1995 г.

Влияние рН коррозионной среды. В каждом конкретном случае за вероятным коррозионным поведением того или иного металла в зависимости от рН среды можно проследить по соответствующей диаграмме, построенной в координатах равновесный потенциал — рН при обычной температуре (диаграммы Пурбэ). Диаграмма Пурбэ позволяет однозначно определить область коррозионной устойчивости (или иммунитета), в которой окисление металла термодинамически невозможно, а также прогнозировать область его пассивного и коррозионно-активного состояния. Диаграмма не всегда может дать одно-

Рис. 4.22. Концентрация напряжений в трубе с круговым поверхностным коррозионным повреждением

Концентрация напряжений в трубе с круговым поверхностным коррозионным повреждением

с катастрофическим коррозионным повреждением многих элементов котлов.

В настоящее время вывод из работы трубопровода диаметром 1200—1400 мм приводит к отключению района города с расчетной нагрузкой 1200 МВт и количеством жителей 700 тыс. человек. Вывод такого участка, как правило, связан с коррозионным повреждением трубопровода. Такие условия повышают требования к надежности теплоснабжения. Надежность характеризуется временем перерыва в подаче теплоты и количеством таких перерывов. Эти два фактора взаимозависимы. Время перерыва можно уменьшить резервированием участка, однако возрастает общая длина сети, а следовательно, и количество отказов за отопительный се-

В связи с этим, следующим этапом работы явилось исследование и оценка предельных параметров коррозионных повреждений с целью оценки коэффициента снижения несущей способности конструктивных элементов срр, представляющего собой отношение разрушающего давления конструктивного элемента с данным коррозионным повреждением Рвдсф к разрушающему давлению конструктивного элемента без коррозионного повреждения Рв: ир=Рвдеф/Рв.

Рисунок 4.1 - Схемы трубы с общим коррозионным повреждением наружной (или внутренней) поверхностей

Поддерживающий эффект можно оценить на основе следующего подхода, предложенного в работе [26] для оценки влияния протяженности трещин на несущую способность труб. Участок трубы с коррозионным повреждением представим в виде пластины с симметричной прорезью шириной, равной длине 1К (рисунок 4.4).

С учетом (4.7) получаем разрушающее давление трубы с коррозионным повреждением при lK > D:

В соответствии с представленными данными трубопровод был испытан на прочность и герметичность (2.05.01 г.) при испытательном давлении Ри = 15 кгс/см2 с выдержкой хн = 1 час. Рассмотрим возможность разгерметизации трубопровода при испытаниях с учетом возможных дефектов коррозионного происхождения. На рисунке 4.13 показана схема сквозного коррозионного повреждения {а) и расчетная схема для определения остаточной толщины стенки трубы при испытаниях трубопровода (б). Эта расчетная схема вытекает из фотографий участка трубы с коррозионным повреждением (рисунок 4.6 и 4.7).

На начальном этапе были определены механические характеристики трубы с коррозионным повреждением: стт = 256 МПа; сгв = 410 МПа; б = 32 %. Наряду со стандартными механическими свойствами определили и параметры деформационного упрочнения стали 10: С = 465 МПа; п = 1,0. Эти значения Сип необходимы для расчета остаточной толщины стенки в зоне повреждения труб при испытаниях. При оценке механических характеристик стали выполнялись требования ГОСТ 1497-84.

В этом случае вместо начальных параметров труб необходимо принимать их фактические значения, например, в формулах (3.8), (3.18), (3.20) и др. Значения б0 необходимо заменить средней толщиной стенки бср, установленной при диагностике участка трубопровода с коррозионным повреждением. Очевидно, что при 8ср < 8пр (8пр -предельная толщина стенки трубы) участок труб с дефектом должен заменяться новым (ремонт с заменой труб).