Коррозионного растворения

Отмеченные явления должны способствовать увеличению характеристик сопротивления распространению трещин, и в частности, стресс-коррозионного происхождения [18, 19]. Результаты этих работ подтверждают правильность основных выводов настоящей работы. Отметим некоторые выводы по работам [18, 19]: 1 - переиспытание сосудов и трубопроводов, способствует делока-лизации опасных электрохимических процессов на поверхности труб; 2 - сильный наклеп в окрестности стресс-коррозион ных трещин благоприятен с позиции сопротивления стресс-коррозии, протекающей по механизму, инициируемого водородом коррозионного растрескивания под напряжением HISCC с реализацией микродеформационного способа наводораживания стали; 3 - переиспытания газопроводов не оказывает вредного влияния на трещиностойкость труб со стресс-коррозионными дефектами; 4 - существует высокая вероятность существенного замедления роста КРН - трещин после переиспытания.

С начала эксплуатации на трубопроводе начали проявляться многочисленные повреждения предположительно коррозионного происхождения в виде растрескивания и "свищей" на кольцевых сварных стыках труб или в непосредственной близости от них на продольных швах. Выборочные данные о количестве коррозионных повреждений трубопровода в разные годы приведены в табл. 2.

растрескивание — 13,3%. Отказы оборудования из-за потери герметичности не превышают 9,9% (рис. 19а), по причине газовой коррозии — 0,3%. Таким образом, отказы коррозионного происхождения составляют 76,4% от их общего количества.

Отсутствие совершенных средств контроля зарождения и развития повреждений металла, общепринятых принципов назначения новых сроков службы оборудования и трубопроводов с учетом их фактического состояния и условий работы не позволяют осуществлять высокоточное прогнозирование момента отказа конструкции. Оценку показателей надежности и определение остаточного ресурса оборудования и трубопроводов по зафиксированным параметрам их технического состояния проводят согласно научно-технической документации [57, 62-65] и методикам [30, 64, 66-81, 89-91]. Оценку фактической нагруженности оборудования и трубопроводов выполняют расчетными методами с учетом фактической геометрии и размеров конструкций, вида и величины выявленных дефектов и вызываемой ими концентрации напряжений, а также результатов экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния металла и изменения его физико-механических свойств. За исключением трещин механического или коррозионного происхождения развитие остальных повреждений трубопроводов прогнозируют по результатам внутритруб-ной или наружной дефектоскопии и контроля коррозии.

Фактическую нагруженность объекта оценивают расчетными методами, принимая во внимание следующее: реальные геометрию и размеры конструкции; вид и величины выявленных дефектов; уровень концентрации напряжений, вызываемых дефектами; результаты исследования напряженно-деформированного состояния металла конструкции [88, 130] и изменения его физико-механических свойств. Кроме трещин механического или коррозионного происхождения развитие повреждений металла конструкции прогнозируют по результатам периодически проводимой диагностики.

В отличие от методов просвечивания, ультразвуковые методы позволяют успешно выявлять именно трещиноподобные дефекты. Спецификой ультразвукового метода контроля является то, что он не дает конкретной информации о характере дефекта, так как на экране дефектоскопа появляется импульс, величина которого пропорциональна отражающей способности обнаруженного дефекта. Последняя зависит от многих факторов: размеров дефекта, его геометрии и ориентации по отношению к направлению распространения ультразвуковых колебаний. В связи с тем, что эти параметры при контроле остаются неизвестными, обнаруженные дефекты обычно характеризуются эквивалентной площадью, которая устанавливается в зависимости от интенсивности полученного сигнала. Достоинствами ультразвукового метода являются его меньшая по сравнению с методами просвечивания трудоемкость, а также возможность достаточно точного определения координат обнаруженного дефекта. Как показала практика применения ультразвукового метода, он не позволяет достаточно надежно обнаружить дефекты, лежащие вблизи поверхности изделия в связи с экранированием сигнала от дефекта сигналом ог поверхности. Это обстоятельство также необходимо учитывать при практическом использовании данного метода контроля. Ультразвуковые методы используют как для контроля дефектов металла листов и поковок на стадии их изготовления, так и для контроля сварных соединений, для диагностики трубопроводного транспорта. На данном принципе созданы внутритрубные инспекционные снаряды (ВИС) — Ультраскан-СД, которые, двигаясь внутри трубы, считывают информацию о техническом состоянии трубопроводов. При этом фиксируется толщина стенки, коррозионные каверны, расслоения металла, дефекты стресс-коррозионного происхождения.

В отличие от методов просвечивания, ультразвуковые методы позволяют успешно выявлять именно трещиноподобные дефекты. Спецификой ультразвукового метода контроля является то, что он не дает конкретной информации о характере дефекта, так как на экране дефектоскопа появляется импульс, величина которого пропорциональна отражающей способности обнаруженного дефекта. Последняя зависит от многих факторов: размеров дефекта, его геометрии и ориентации по отношению к направлению распространения ультразвуковых колебаний. В связи с тем, что эти параметры при контроле остаются неизвестными, обнаруженные дефекты обычно характеризуются эквивалентной площадью, которая устанавливается в зависимости от интенсивности полученного сигнала. Достоинствами ультразвукового метода являются его меньшая по сравнению с методами просвечивания трудоемкость, а также возможность достаточно точного определения координат обнаруженного дефекта. Как показала практика применения ультразвукового метода, он не позволяет достаточно надежно обнаружить дефекты, лежащие вблизи поверхности изделия в связи с экранированием сигнала от дефекта сигналом от поверхности. Это обстоятельство также необходимо учитывать при практическом использовании данного метода контроля. Ультразвуковые методы используют как для контроля дефектов металла листов и поковок на стадии их изготовления, так и для контроля сварных соединений, для диагностики трубопроводного транспорта. На данном принципе созданы внутритрубные инспекционные снаряды (ВИС) — Ультраскан-СД, которые, двигаясь внутри трубы, считывают информацию о техническом состоянии трубопроводов. При этом фиксируется толщина стенки, коррозионные каверны, расслоения металла, дефекты стресс-коррозионного происхождения.

В поверхностно-упрочненном материале при усталостном разрушении на воздухе часто наблюдается образование подповерхностных очагов. При испытании упрочненных материалов в коррозионной среде в общем случае не наблюдается снижения долговечности по отношению к «сухой» усталости. Объясняют это тем, что в начальный момент разрушения, когда фактор среды сказывается наиболее сильно, параллельно идут два процесса: зарождение и рост трещин при чисто усталостном механизме с образованием подповерхностного очага и зарождение на поверхности трещин коррозионного происхождения [76]. Совместное участие среды и механического фактора наблюдается лишь после соединения этих трещин, т. е. в такой стадии повреждения материала, когда основное влияние на развитие трещины оказывает механический фактор.

Второе направление борьбы с поверхностными очагами разрушения заключается в создании поверхностных слоев, не чувствительных к повреждениям. Для предотвращения опасности механических повреждений во многих случаях может быть достаточным регулируемое обезуглероживание. Еще более действенно плакирование высокопрочной стали менее прочными и более пластичными марками, особенно нержавеющей стали. В последнем случае плакированный слой способен предотвратить опасность не только механических повреждений, но и повреждений диффузионного и коррозионного происхождения. Плакировка может производиться различными методами в процессе прокатки, выплавки, путем наварки и др. Наиболее высокое качество дает производство плакированных полуфабрикатов путем сварки взрывом. Плакированный слой толщиной 0,5мм, как видно из рис. 43, значительно повышает надежность, однако он значительно усложняет и удорожает как получение полуфабрикатов, так и дальнейшую обработку, в первую очередь — сварку. Эти обстоятельства пока препятствуют должному применению плакированных высокопрочных сталей и делают более экономически выгодным внедрение регулируемого обезуглероживания или нержавеющих стареющих сталей.

Распознавание раковин разрушений. Для того чтобы различить коррозионную раковину от раковины усталостного разрушения, следует поскрести по дну раковины острием иглы. Если дно раковины остается темным, раковина коррозионного происхождения.

Крайне необходимо своевременно обнаруживать в подошве рельса поперечные дефекты коррозионного происхождения, которые часто служат причиной разрушения. С учетом этого проводят модернизацию дефектоскопов "Поиск-10Э". Один (или оба) из наклонных ПЭП с углом ввода а = 58° заменяют наклонным ПЭП с а = 45°, развернутым вдоль продольной оси рельса (у = 0°).

Отсутствие влияния давления на время до разрушения может быть объяснено характером развития КР. Фрактографическими исследованиями [2, 29] установлено, что трещина развивается в три этапа: 1 - межкристаллитное зарождение и дискретное подрастание; 2 - коррозионное растворение металла в полости зародившейся трещины; 3 - механический долом. На первом этапе под воздействием коррозионной среды образуется межкристаллитная трещина, а на втором - происходит увеличение полости трещины за счет коррозионного растворения ее стенок и воздействия меха-

При высоких температурах в расплавленных солях углеродистые стали, помимо их коррозионного растворения, подвергаются еще и обезуглероживанию поглощенными солью кислородом воздуха и влагой, окислами железа и др. Обычно чем агрессивнее соляная ванна в коррозионном отношении, тем сильнее в ней идет и обезуглероживание сталей.

В процессе работы цилиндра вследствие коррозионного растворения металла толщина стенки уменьшается, а нпряжения возрастают. Причем рост напряжений подобен автокаталитическому процессу. В определенный момент

- время коррозионного растворения слоя

В разделе 5.2 дан анализ кинетики МХПМ и долговечности конструктивных элементов при упругих деформациях. За долговечность конструктивных элементов принималось время, в течение которого первоначальное эквивалентное напряжение достигает своего предельного значения, равного пределу текучести. Однако возникновение пластических деформаций не вызывает разрушения. После наступления текучести констрктивный элемент может сопротивляться действию внешних сил до тех пор, пока деформации (напряжения) не достигнут некоторого критического значения, вызывающего разрушение. В этом случае анализ долговечности значительно усложняется, поскольку кинетика МХПМ определяется двумя фактора-йи: напряжениями и деформацией. Кроме того, пластиче-ckaa деформация, наряду с усилением коррозионного растворения металла, приводит к заметному деформационному утонению стенок оборудования.

I- рабочая длина образца. Из выражений следует, что по мере коррозионного растворения образца напряжения и деформации должны снижаться. Скорость интенсивности пластической деформации EJ возрастатет пропорционально увеличению деформации ЕН и частоты нагружения и:

На основании выражений (5.48) и (5.49) находим скорость коррозионного растворения металла образца при повторно-статическом нагружении:

Формула (5.55) получена в предположении независимости напряжений и деформаций при изменнии толщины образца, Между тем по мере коррозионного растворения при испытаниях образцов с постоянным смещением напряжения и деформации снижаются. Поэтому при оценке поцикловой повреждаемости значения деформаций и напряжений должны корректироваться с учетом изменения геометрии образца в процессе испытаний по формулам:

пряжения CTH не превышают предела текучести, то в условиях циклического нагружения на воздухе он должен иметь неограниченную долговечность. Однако при работе цилиндра в коррозионных средах картина изменяется. По мере коррозионного растворения стенки цилиндра напряжения в нем возрастают, и когда они превысят предел текучести, циклическое нагружение будет значительно интенсифицировать повреждаемость металла. Время до наступления текучести металла стенки однородного цилиндра определяется по формуле, которую можно приближенно представить в следущем виде:

Изучение характера распространения трещин (рис. 1.3) показало, что они развивались хрупко от внешней поверхности трубы с вязким доломом. В сечении трещин часто наблюдались кх ветвления. Следует отметить, что трещины развиваю1. :я в направлении, перпендикулярном плоскости действия кольцевых растягивающих напряжений, являющихся максимальными для напряженного состояния трубы. Мик-рсструктурные исследования характера распространения трещин показали, что зарождающаяся ь. лфотрещина имеет межкристаллитный механизм развития. То же самое наблюдается и в местах их ветвлений. В процессе своего развития характер распространения трещин транс -формируется. Фрактографическими исследованиями установлено, что трещина развивается в три этапа: 1 - межкристаллитно на стадии зарождения и дискретного подрастания; 2 - коррозионное растворение металла в полости зародившейся трещины; 3 - механический долей . На первом, под во действием коррозионной среды, образуется межкристадлитная трещина, а на втором - происходит увеличение полости трещины еа счет коррозионного растворения ее стенок и воздействия ,.-.еханических растягивающих напряжений, увеличивающихся за счет уменьшения живого сечения стенок трубы. Межкристаллтаый механизм зарождения трещин связан с выявленной значительной повреждаемостью границ зерен карбонат-бикарбонатной средой (КБС). образующейся в приэлектрсдном слое катоднополяризуемои поверхности трубы. Как это было показано в результате проведенных в УГНТУ и за рубежом исследований, прямое воздействие содей угольной кислоты на сталь при наличии поляризации вызывало селективное травление на гпаницах зерен. На втором этапе, при растворении металла, трещина развивается, в основном, перпендикулярно поверхности трубы. Причем следует отметить, что первый и второй этаы обратимо чередуются, подготавливая основу для их попеременного проявления. На третьем этапе разрушение происходит по вязкому механизму под углом примерно 45° к поверхности трубы (плоскость действия максимальных касателы._и напряжений). Причем на МТ. подвергнутых переиспытаниям избыточным давлением, разрушение может происходить

В процессе работы цилиндра вследствие коррозионного растворения металла гощина стенки уменьшается, а напряжения возрастают. Причем рост напряжений подобен автокаталитическому процессу. В определенный момент времени tp напряжения достигают своих предельных значений, определяемых по одному из классических критериев прочности механики деформируемого твердого тела.