Коррозионную усталость

Приведены сведения о коррозии и коррозионно-усталостном разрушении металлов. Дан анализ современных методов и средств изучения коррозионной усталости. Рассмотрено влияние на коррозионную выносливость металлов структуры сплавов, агрессивности среды,; масштабного фактора, частоты приложения механической .нагрузки и др. Приведены закономерности коррозионно-усталостного разрушения сталей, подвергнутых упрочняющим поверхностным обработкам. Изложены вопросы электрической защиты металлов от коррозионно-усталостного разрушения.

Проведенные нами исследования [115] на образцах диаметром 5 мм при чистом изгибе их в 3 %-ном растворе NaCI также показали увеличение условного предела коррозионной выносливости. Так у стали 20 при базе 5 • 107 циклов а_1 с — 30 МПа, в то время как у сталей 45 и У8 при тех же условиях .испытания 0[_1с = 50 МПа. Положительное влияние углерода на коррозионную выносливость углеродистых сталей можно объяснить по-видимому, уменьшением общей гетерогенности металла и повышением прочности при сохранении относительно низкой химической активности. В.В.Романов [116] указывает, что низкоуглеродистые стали при коррозионной усталости разупрочняются Меньше, чем средне- или высокоуглеродистые стали.

Изотермическое старение стали в широком температурном интервале существенно изменяет ее сопротивление коррозионно-усталостному разрушению. Старение при 600—700°С обеспечивает повышение условного предела коррозионной выносливости стали с 150 до 230 МПа. Сравнительно низкое значение условного предела коррозионной выносливости можно объяснить пересыщением ^-твердого раствора и возникновением вследствие этого напряжений II рода. Повышение температуры нагрева до 600°С интенсифицирует диффузионные процессы, приводящие к некоторому перераспределению легирующих элементов без образования вторичных фаз, что снижает уровень напряжений при сохранении высокой химической однородности стали и тем самым повышает ее сопротивление коррозионно-усталостному разрушению. Проведенные нами металлографические исследования показали, что повышение температуры старения до 800°С приводит к выделению и коагуляции вторичных фаз, увеличивает электрохимическую гетерогенность стали и снижает ее коррозионную выносливость.

Автор с сотр. [178] установили, что и соленасыщенный, и щелочной растворы в большей степени снижают сопротивление коррозионно-уста-лостному разрушению образцов из этого сплава, чем 3 %-ный раствор NaCI. Добавка в соленасыщенный и щелочной растворы ингибиторов ЩОД и СГ увеличивает коррозионную выносливость сплава, особенно при высоких уровнях напряжений.

выполняя роль протектора, предотвращает анодное растворение наиболее напряженных участков вала и сопряженной с ним втулки и повышает сопротивление коррозионно-уста-лостному разрушения таких узлов. Например, с помощью цинкового кольца, прикрепленного к торцам втулки из стали 40Х, можно резко повысить коррозионную выносливость образцов из той же стали в 3 %-ном растворе NaCI , (рис. 84). Положительное влияние на повышение выносливости оказывают прокладки не только из цинка, но из углеродистой и нержавеющей сталей, а также алюминия и меди [ 215].

и опубликованных в литературе данных можно сделать заключение, что при больших базах испытания влияние начальной микрогеометрии поверхности образцов на их коррозионную выносливость будет уменьшаться.

В результате нагрева химически осажденное никелевое покрытие превращается в двухфазную структуру — интерметаллическое соединение Ni3P и твердый раствор фосфора в никеле. Термообработка при 400°С увеличивает твердость и снижает пластичность покрытия. Повышение температуры нагрева до 750°С дифференцирует защитное покрытие на фосфорсодержащий хрупкий никелевый слой на поверхности и бесфосфористый никелевый слой, имеющий более высокую пластичность [231]. Поскольку электродные потенциалы обоих слоев различаются мало, 'то хрупкое разрушение внешнего слоя при коррозионной усталости углеродистой стали не приведет к преимущественному растворению бесфосфористого слоя. Так как последний имеет более высокую пластичность, то возникшая в фосфорсодержащем слое трещина замедляет скорость развития. В результате нагрев химически никелированных образцов в слабоокислительной среде до 750°С существенно повышает эффективность покрытий на стали 45 и соответственно ее коррозионную выносливость в водопроводной воде.

Гальваническое меднение снижает коррозионную выносливость сталей в пресной и соленой воде в два раза, покрытие кадмием практически не влияет на коррозионную усталость образцов из углеродистой стали в пресной воде и существенно повышает ее в соленой воде. Условный предел кофррзионной выносливости образцов из стали 40ХН2МА в 4 %-ном раст-

воре NaCI после кадмирования повышается на 30 %, а после хромирования снижается на 10 %. Фосфатирование мало изменяет коррозионную выносливость стали.

Гальваническое и горячее цинкование, кадмйрование также существенно повышают коррозионную выносливость углеродистых и низколегированных сталей в пресной и соленой воде. При /V= (2 ^5) • 107 цикл условный предел коррозионной выносливости этих сталей составлял 80—100 % от предела выносливости в воздухе. Гальваническое цинкование не оказало заметного влияния на изменение предела выносливости в воздухе. Наряду с существенным повышением сопротивления коррозионной усталости цинкование по данным работ [20,114} обусловливает существование в коррозионной среде истинного предела выносливости, или, по крайней мере, снижение величины циклических напряжений до разрушения в коррозионной среде с увеличением базы испытаний незначительно.

выносливость в дистиллированной воде. Резкий спад кривых 3 и 4 по сравнению с кривыми / и 2 указывает на то, что даже слабая коррозионная среда, действующая на образец во время циклической деформации, дает больший эффект снижения выносливости, чем наводороживание, произведенное до испытания. Сопоставление кривых 3 и 4 приводит к заключению, что предварительное наводороживание также уменьшает коррозионную выносливость- образца. Кривая 5 характеризует адсорбционную выносливость образца из стали АВ12 (испытание

Вместе с тем можно отметить, что эти методы могут быть использованы для предварительной сравнительной оценки различных сталей использующихся для изготовления конструкций, отдельные конструктивные элементы которых подвергаются жесткому, циклически изменяющемуся нагружению, вызывающему в концентраторах напряжений малоцикловую коррозионную усталость (например, магистральные нефтепроводы).

Анализ условий эксплуатации магистральных трубопроводов показал, что наряду со статической труба испытывает циклически изменяющуюся нагрузку с широким спектром частот. При этом, кроме высокочастотной составляющей спектра, обусловленной работой компрессорных станций, присутствуют низкочастотные колебания, возникающие в результате изменения температуры §тен-ки трубы, биений, изменения режимов перекачки и т. д., что может вызвать малоцикловую коррозионную усталость трубопроводов, транспортирующих, в первую очередь, жидкие углеводороды.

Следует отметить, что подавляющая часть повреждений, не связанных с дефектами строительно-монтажного происхождения и воздействием внешних факторов магистральных трубопроводов, транспортирующих жидкие углеводороды, обусловлена, в первую очередь, возникновением и развитием усталостных трещин. Отмеченные выше циклические деформации в металле труб, возникающие за счет изменения давления и температуры перекачиваемого продукта для указанной группы трубопроводов, соответствуют критериям малоциклового нагружения, а в присутствие коррозионных сред вызывают малоцикловую коррозионную усталость металла (МКУ).

11) коррозию под напряжением —коррозию металлов при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений. В зависимости от характера нагрузок может быть коррозия при постоянной нагрузке (например, коррозия металла паровых котлов) и коррозия при переменной нагрузке (например, коррозия осей и штоков насосов, рессор, стальных канатов); одновременное воздействие коррозионной среды и знакопеременных или циклических растягивающих нагрузок часто вызывает коррозионную усталость — понижение предела усталости металла;

коррозии, например пассиваторов в воду и в некоторые нейтральные электролиты; ж) катодной поляризацией от внешнего источника тока или с помощью протектора (кривая 3 на рис. 235), которая, снижая коррозионное растрескивание и коррозионную усталость, подтверждает значительную роль электрохимического фактора в развитии трещин.

Испытания на коррозионную усталость металлов проводят на обычных машинах для определения предела усталости, к которым приспособлены устройства для осуществления подвода коррозионной среды к образцу (рис. 340), или на специально предназначенных для испытаний металлов на коррозионную усталость машинах. В испытаниях определяют число циклов N до разрушения образца при заданных напряжениях 0 и строят кривую зависимости числа циклов от напряжения (см. рис. 235).

нагрузках или внутренних напряжениях — коррозионное растрескивание и коррозию при переменных нагрузках — коррозионную усталость; многие аппараты в химической промышленности работают в указанных условиях и подвержены этому виду коррозии в случае неправильного конструирования отдельных узлов;

после определенного числа циклов независимо от напряжения. Типы сред, вызывающих коррозионную усталость, разнообразны и неспецифичны.

Пресные и особенно слабосрленые воды в большей степени влияют на коррозионную усталость стали, чем на медь. Нержавеющая сталь и никель или никелевые сплавы также более устойчивы, чем углеродистая сталь. В целом, склонность металла к коррозионной усталости в большей степени определяется его коррозионной стойкостью, чем механической прочностью.

Рис. 13.2. Подтравливание никелевого гальванического покрытия на стали в результате контактной коррозии в 3 % растворе NaCl (X100). Трещина образовалась вследствие циклического нагружения при испытаниях на коррозионную усталость [2а ]

ческой труба испытывает циклически изменяющуюся нагрузку с широким спектром частот. При этом, кроме высокочастотной составляющей спектра, обусловленно. работой компрессорных станций, присутствуют низкочастотные колебания, возникающие в результате изменения температуры стенки трубы, биений, изменения режимов перекачки и т. д.. что может вызва1., малоцикловую коррозионную усталость труб (МКУ). Причем корровионно - усталостные трещины имеют жесткую привязку к концентраторам напряжения в виде царапин, вмятин, сварных швов и т.д. Вместе с тем явление КР проявляется при оиеиифическом воздействии карбонат - бикарбонатной среды, катодной поляризации и статически приложенных нагрузок на участках трубопровода с поврежденной изоляцией. Причем в результате изучения очагов разрушения по причине КР не наблюдалось привязки трещин к концентраторам напряжения, хотя по своей топографии трещины КР и коррозионной усталости близки. Более того, в ряде случаев в очагах разрушения наблюдалось даже растворение концентраторов напряжения в виде царапин. Несмотря на этот очевидный факт вопрос о КР как о самостоятельном явлении продолжает оставаться открытым. Поэтому в целях идентификации явления КР, в лабораторных условиях УГНТУ и были проведены МКУ исследования на образцах труиной стали 17Г1С в карбонат - бикарбонатной среде.