Коррозионной ползучести

Наиболее важными ионами, находящимися в грунтах и влияющими на скорость коррозионного процесса, являются Cl~, NOj? SO^~, HCO~, Ca2+, Mg2+, K.+, Na+. Органические соединения, в особенности фенолы и органические кислоты, образующиеся в почве в результате бактериальных процессов, усиливают коррозию. Некоторое значение при оценке коррозионной опасности имеет кислотность грунта. Очень кислые грунты, у которых рН

Аналогично высоколегированным сталям, алюминий и его сплавы в нейтральных водах тоже подвергаются язвенной коррозии [8, 26, 27, 40—42]. Потенциалы язвенной коррозии у алюминия и его сплавов гораздо более отрицательны, чем у сталей, тогда как электропроводность пассивного слоя чрезвычайно мала. Вследствие этого катодная промежуточная реакция сильно затормаживается, так что несмотря на неблагоприятные значения потенциала'язвенной коррозии алюминиевые сплавы оказываются сравнительно коррозионностойкими. Потенциалы язвенной коррозии имеют практическое значение для оценки коррозионной опасности при образовании коррозионного элемента с посторонними металлами или для катодной защиты. Для водопроводной воды (4 ммоль-л~'С1~) при 25 °С они составляют примерно t/H =—0,3 В, а

Для оценки коррозионной опасности или применимости способов электрохимической защиты могут быть использованы кривые стойкость (срок службы) — потенциал. На рис. 2.17 показаны два соответствующих примера в растворе нитрата (а [48], б [49]) и в едком натре (рисунок б [49] ) . В обоих случаях цилиндрические образцы подвергали нагрузке, постоянной во времени. Обычно имеется некоторое критическое напряжение растяжения, ниже которого коррозионное растрескивание под напряжением не наблюдается. Это соответствует и утверждению, что предельные потенциалы для коррозионного растрескивания под напряжением зависят от приложенного растягивающего на-

Подземные детали, изготовленные из нелегированных черных металлов, могут быть поражены равномерной сплошной коррозией, а также язвенной и сквозной. Вид коррозии зависит от свойств грунта, но в первую очередь от протяженности и свойств подземного сооружения: у сооружений малой площади или не имеющих пассивной защиты обычно преобладает равномерная сплошная коррозия, тогда как у сооружений большой площади или имеющих пассивную защиту, например у трубопроводов, следует ожидать преимущественно местную коррозию. Для оценки коррозионной опасности решающим фактором .является рассмотрение функционального назначения сооружения (см. раздел 2.1). Так, для трубопроводов и резервуаров коррозионное разъедание (местная коррозия) представляет существенную опасность ввиду возможного прорыва стенки, тогда как равномерная сплошная коррозия практически не имеет значения. Напротив, у подземных транспортных сооружений, например у транспортных туннелей, равномерная сплошная коррозия может снизить несущую способность. Местная коррозия при этом представляет второстепенный интерес.

защиты сразу же исчезает и в конечном счете защищаемый объект подвергается большой коррозионной опасности вследствие образования коррозионного элемента с коксом.

В измеренное таким способом напряжение сооружение — грунт входит наряду с электродным потенциалом и омическое падение напряжения, пропорциональное удельному сопротивлению грунта и плотности тока. Вызванное стеканием тока фактическое изменение потенциала с элиминированием омической составляющей падения напряжения на практике обычно не может быть измерено. Кроме того, оно и не дает прямой информации о коррозионной опасности, так как характер кривой анодный частичный ток — потенциал неизвестен. Согласно рис. 2,9, повышение истинного (без омической составляющей)

циала трубопровода проводятся синхронные замеры переменного потенциала трубопровода по отношению к земле и определяется смещение потенциала. Если смещение потенциала в отрицательную сторону в течение замеров неизменно совпадает с увеличением потенциала трубопровода по отношению к земле, то оно связано с воздействием переменного тока ^свидетельствует о наличии коррозионной опасности.

Коррозионный мониторинг означает постоянное слежение за (аличием коррозии или коррозионной опасности в системе, например > системе охлаждения или нагрева. Как правило, цель состоит в том, ггобы получить информацию о моменте, когда возникает геобходимость принять меры защиты от коррозии.

Эффективные способы защиты металлического оборудования от различных коррозионных повреждений базируются на своевременном прогнозе коррозионной опасности. Такой прогноз не может основываться только на данных различных справочников по коррозии. Эти данные отвечают, как правило, частным случаям испытания материалов (отсутствие сопутствующих факторов коррозии, ограниченные сроки испытания и др.).

Тем не менее, при выборе металлов и сплавов для изготовления различных технических устройств заданного назначения инженер имеет возможность достаточно уверенно прогнозировать степень коррозионной опасности, оценив термодинамическую устойчивость металла в данной среде.

На отечественном рынке в качестве такой программы выступает программный продукт "Экстра" (версия 4.4) разработки «ИПТЭР». В данной программе содержатся результаты работы, проведенной разработчиками совместно со специалистами научно-исследовательских центров с 1994 по 2001 г. Программа предназначена для проведения паспортизации трубопроводов и анализа текущего состояния трубопроводного фонда на базе реальных, диагностических и расчетных величин коррозионной опасности, возникающей при транспорте обводненных газожидкостных смесей. Программа используется технологическими отделами, службами защиты от коррозии, отделами технического надзора, отделами главного механика. Применение программного продукта расширяет возможности анализа трубопроводного фонда предприятия и обеспечивает принятие обоснованными решениями в оперативной работе и стратегическом планировании.

Классификация типов коррозионной ползучести и разрушения ...12

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПОВ КОРРОЗИОННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ И РАЗРУШЕНИЯ

Используя введенные показатели F, в качестве первого шага на пути к систематизации имеющейся информации, связанной с коррозионной ползучестью и разрушением материалов, введем классификационную схему, представленную в табл. 1. Эта классификация используется в данной главе и, возможно, будет принята в качестве стандартной схемы и в дальнейшем. Таблица содержит все возможные комбинации знаков трех показателей, т. е. все типы поведения при коррозионной ползучести и разрушении. Например, поведение типа IA подразумевает, что воздух оказы-

Таблица 1. Классификационная схема типов поведения материалов при коррозионной ползучести и разрушении под напряжением в средах, отличных от лабораторного воздуха (по сравнению с поведением в лабораторном воздухе *)

ванной системы был равен 300 мкм. Как станет счевидно в дальнейшем, размер зерна — очень важный параметр с точки зрения коррозионной ползучести.

Общие закономерности коррозионной ползучести и разрушения

Приведенный выше обзор феноменологических результатов, конечно же, не оставит ни у кого впечатления, что все основные особенности поведения материалов при коррозионной ползучести и разрушении уже известны. Действительно, данные о поведении III типа в основном потоке информации обнаружить не удалось. Поведение IV типа наблюдалось весьма редко, причем не для металла, а для керамики типов SiaN4 и SiC [61]. Вместе с тем некоторые закономерности и тенденции все же выявляются (возможно, в результате проведения классификации при обработке литературных данных) и будут рассмотрены ниже.

Важное значение с точки зрения коррозионной ползучести и разрушения материалов имеет вопрос об адгезии оксида к металлу, так как окалина, отслаивающаяся от подложки, конечно же, не оказывает влияния на механические свойства материала. Например, высокотемпературная коррозия, как уже обсуждалось, обязательно подразумевает ухудшение адгезии или даже полное отделение окалины. Отслаивание оксида также может быть вызвано рассмотренными выше температурными напряжениями. Различные механизмы отслаивания оксидов, в том числе связанные с уменьшением пластичности, ползучестью и усталостью материала, рассмотрены в обзоре [135]. Согласно экспериментальным данным, отслаивание оксида может протекать легко. Например, на сплаве №—20 Ст—4 А1 отделение оксида наблюдалось после одного цикла изменения температуры от 300 °С до комнатной [135]. Исключение могут составлять сплавы, содержащие легирующие добавки РЗЭ, улучшающие адгезию оксида к металлу [111].

Как легко видеть из предшествующих разделов, полные параметрические исследования явления коррозионной ползучести немногочисленны. Однако эти немногие работы, а также сравнительный

анализ результатов испытаний на ползучесть при экспозиции в различных средах позволяют выявить некоторые закономерные тенденции коррозионной ползучести, связанные с влиянием среды, состава сплава и микроструктурных факторов. Эти тенденции проще всего обсудить в рамках корреляции между рассмотренными выше изменениями микроструктуры, вызванными коррозией, и механическими свойствами материала. Наблюдаемые эффекты можно обобщить на основе их влияния на сопротивление ползучести. Результат такого обобщения представлен в табл. 5. В принципе все подобные эффекты следует рассматривать, сравнивая поведение того или иного сплава в разных средах, например в вакууме и на воздухе. Однако в зависимости от рассматриваемого сплава некоторые эффекты оказываются менее существенными, чем другие. Так, если обратиться к исследованиям сплава Уди-мет-700 [14, 18—21], то в случае более крупного зерна и поведения

Труднее объяснить часто наблюдаемые переходы между поведением I и II типов, вызванные изменениями температуры и приложенных напряжений. Наиболее вероятно, что такие переходы обусловлены многочисленными переменными параметрами, связанными с типом и морфологией оксида, механизмом ползучести и составом сплава. Например, можно ожидать, что толстые окалины, образующиеся при высоких температурах на стойких к окислению сплавах, особенно с высоким содержанием хрома или алюминия, будут повышать сопротивление ползучести на воздухе. Высказывались предположения, что изменение типа поведения с температурой отражает переход от высокотемпературного упрочнения, связанного с окалиной, к отрицательному воздействию адсорбции газов (особенно в вершинах трещин) при более низких температурах [23—27]. В то же время изменения температуры могут оказывать и косвенное влияние, изменяя преобладающий тип ползучести [1—6]. Это может быть причиной и переходов, вызванных изменением уровня проложенных напряжений [1—6]. Действительно, в состоянии очень высокого напряжения может отсутствовать стадия установившейся ползучести и тогда по существу мы наблюдаем влияние среды на режим ускоренной ползучести или на разрушение материала. В связи с этим следует заметить, что, к сожалению, большинство исследований коррозионной ползучести, а также и большинство технических испытаний на ползучесть [1—6] не сопровождаются непрерывной регистрацией деформации при определении времени до разрушения (длительной прочности).