Намагниченностью насыщения

Исследования, проведенные в карбонат-бикарбонатной среде при скоростях нагружения 3 х 10"5 с"1 и диапазоне наложенных потенциалов минус 0,3-0,7 В (ХСЭ) в режиме двухполярной поляризации при температуре 20° С, не выявили в пределах ошибки эксперимента изменения пластичности по сравнению с пластичностью на воздухе. При увеличении температуры до 70° С отмечалось максимальное уменьшение относительного удлинения при потенциале поляризации минус 0,6 В (ХСЭ), в окрестностях которого и формировалась "узкая область" потенциалов КР. Испытания специально разработанных в Баттелевском институте (США) нестандартных образцов уменьшенного размера [174], проведенные в УГНТУ при температуре 70° С со скоростью деформации 8 х х Ю"6 с'1, показали большее изменение относительного удлинения -с 16% на воздухе до 11% в модельной среде при значении наложенного потенциала -0,6 В (ХСЭ), что, по-видимому, связано с проявлением масштабного фактора.

катодной поляризации, включающие вариацию таких параметров как величина наложенного потенциала, значение растягивающих напряжений, температура. В процессе проведения эксперимента и анализа полной потенциодинамической поляризационной кривой • было обнаружено, что при смещении наложенного потенциала в положительном направлении после предварительной активации поверхности стали при потенциале, соответствующем области регламентированных значений потенциалов катодной защиты - минус 0,9 В (ХСЭ), действительно возникают анодные токи. Однако по прошествии определенного времени эти токи меняются на катодные, очевидно, вследствие образования защитной пленки. Причем изменения величин растягивающих напряжений от нуля до предела текучести и температуры от 20° С до температуры кипения электролита не вызывали изменения катодного направления тока (свидетельствует о хорошей защитной способности пленки). При навязывании наложенных потенциалов в обратном направлении (от 0,0 В (ХСЭ) до регламентированных величин потенциалов катодной защиты) анодные токи не возникают. В связи с этим становится очевидной опасность нарушения режимов катодной защиты, приводящего к смещению ее потенциалов в положительном направлении. Однако даже путем смещения наложенного потенциала в положительном направлении в силу отмеченных выше причин удавалось получить только кратковременный анодный ток, величина которого уменьшается во времени. Вместе с тем существующие в настоящее время методы количественной оценки скорости роста трещин КР не учитывают этого факта. В частности, в модели, предложенной Р.Н. Паркинсом [52], используется зависимость, основанная на законе Фарадея, в которой предполагается постоянство во времени величины плотности максимального анодного тока при неизменности геометрии трещины

образования язв на плоских образцах из стали 17Г1С, частично покрытых пленочной изоляцией, при одноосном нагружении величиной 0,9 стт в карбонат-бикарбонатной среде (1н. Na2CO3 + 1н. NaHCO3). Время экспозиции составляло 2000 часов, а величина наложенного потенциала - минус 1,0 В (ХСЭ), температура в электрохимической ячейке изменялась по режиму 60-50° С — 12 часов, 20° С - 12 часов. Через 100 часов экспозиции на свободной от изолирующей пленки поверхности было обнаружено равномерное подтравливание стали, аналогичное наблюдаемому в очаговых зонах разрушения магистральных газопроводов по причине КР, а через 1000 часов - глубокие язвы. При этом под отслоившейся изоляцией наблюдалось подтравливание стали, аналогичное наблюдаемому при 100-часовой экспозиции. Во всех случаях травление стали происходило вдоль текстуры прокатки. Внутри коррозионных язв обнаружены отложения солей угольной кислоты белого цвета. При дальнейшей экспозиции область язвенной коррозии покрывалась черной пленкой магнетита и развитие язв прекращалось. Однако на соседних участках под отслоившейся изоляцией было обнаружено травление стали и продукты коррозии бурого цвета. Наблюдаемое постепенно затухающее развитие коррозионных язв и блуждающий характер их возникновения может объяснить имеющую место в большинстве случаев незначительную глубину язв в очаговых зонах разрушения магистральных газопроводов по причине КР.

Проведенными исследованиями с использованием компьютерной обработки экспериментальных данных впервые было установлено [6, 29, 30], что на стадии накопления усталостных повреждений наблюдается зависимость показателя степени модели Коффина - Мэнсона (ml) от величины наложенного потенциала поляризации. С увеличением последнего по абсолютной величине mi уменьшается с 0,61 для потенциала 0,0 В, НВЭ (отключение катодной защиты) до 0,46 для потенциала минус 0,62 В, НВЭ (катодная поляризация) (рис. 38), что находит свое отражение в увеличении времени до зарождения трещины.

Рис. 38. Изменение параметра ml модели Коффина - Мэнсона в зависимости от величины наложенного потенциала (по стандартной водородной шкале)

В результате проведенного регрессионного анализа было установлено, что изменение параметров (par) указанных моделей в зависимости от величины наложенного потенциала ф может быть описано с помощью степенной зависимости вида

перимента изменения пластичности в КБС по сравнению с пла, гич-ностью на воздухе. При увеличении температуры до 70° С отмечалось максимальное уменьшение относительного удлинения при потенциале поляризации минус 0.* В (ХиЭ). в окресностях которого и формиро валясь "узкая область" потенциалов КР. Испытания специально разработанных в Еаттелевском институте (США) нестандартных образцов умеяыиенчого размера, проведенные в УГНТУ при температуре 70° С со скоростью деформации 8-10~8 с'1, показали больше изменение относительного удлинения - с 16% на воздухе до 11% в модельной среде при значении наложенного потенциала -0,6 В (ХСЭ), что, очевидно, связано с проявлением масштабного фактора.

Рис. 2.3. Изменение параметра т модели Коффина - Менсона зависимости от величины наложенного потенциала

Лабораторные электрохимические исследования, выполненные в УГНТУ с помощью снятия потенциодинамических поляризационных кривых показали, что действительно в определенных областях наложенных потенциалов возникают анодные токи, вызывающие электрохимическое растворение металла в полости трещины. Однако в технической литературе отсутствуют данные, позволяющие определить условия возникновения анодного тока, необходимого для протекания процесса КР. Поэтому в УГНТУ были проведены исследования на образцах трубной стали 17Г1С, направленные на выявление условиЛ возникновения анодного тока в КБС при катодной поляризации, включающие вариацию таких параметров, как величина наложенного потенциала, значение растягивающих напряжений, температура. В процессе проведения экс-

перимента л анализа полней потенциодинамической поляривационаой кривой было обнаружено, что при смещении наложенного потенциала в положительном направлении после предварительной активации поверхности стали при потенциале, соответствующем области регламентированных значений потенциалов катодной защити - минус 0,9 3 (ХСЭ), действительно возникают анодные токи. Однако по прошествии определенного времени эти токи менялись на ;сатодные. очевидно, вследствие образования защитной пленки. Причем изменения величин растягивающих напряжений от нуля до предела текучести и температуры от 20° С до тем1..-ратуры кипения электролита не вызывали изменения катодного направления тока (сьидетельствует о коротки за щитной способности пленки). При навязывании наложенных потенциалов в обратном направлении (от 0,0 В (ХСЭ) до регламентированных величин потенциалов ка~одной защиты) анодные токи не возникают. В связи с этим становится очевидной опасность нарушения режимов катодной защиты, приводящего к смещению ее потенциалов в положительном направлении.

Следует отметить, однако, что даже путем смещения наложенного потенциала в попечительном направлении в силу отмеченных выше причин удавалось получить только кратковременный анодный ток, величина которого гзменяется во времени. Вместе с тем. существующие в настоящее время методы количественной оценки скорости роста трещин КР не учитывают этого факта. В частности, в модели, предложенной Р.Н. Паргчнсом. используется зависимость, основанньл на законе Фарадея, в которой предполагается постоянство во времени величины плотности максимального анодного тока при неизменности геометрии трещины:

Различают низкопикелевые (40—65 % Ni) пермаллои (45Н, 50Н, 05НП, 50НХС). У сплава 45Н начальная проницаемость м„ = 2800 (для толщины 0,35— 0,50 мм) и намагниченность насыщения 1,5 Тл; высокопикелевые (78—80 % Ni) пермаллои (79НМА): Ц0 = 25 000 (для толщины 0,1—0,15 мм), но меньшей намагниченностью насыщения = 0,75 Тл. Пермаллои часто легируют Мо и Сг, которые уменьшают чувствительность к пластической деформации, повышают удельное электросопротивление и магнитную проницаемость. Медь повышает электросопротивление и стабилизирует свойства. Пермаллои изготовляют из чистейших сортов никеля и железа вакуумным переплавом. Термическая обработка сводится к отжигу при 1100—1300 С в вакууме (водороде) с последующим охлаждением с определенной скоростью.

Общие требования, предъявляемые к магнитомягким материалам — это высокие значения магнитной проницаемости и индукции по возможности, малые потери на гистерезис, токи Фуко и низкая коэрцитивная сила. Для получения таких свойств ферромагнитный материал должен иметь гомогенную структуру (чистый металл или твердый раствор) с возможно низким содержанием включений И примесей. Материал должен иметь рекристаллизован-НуЮ Структуру, Т. С. МИНИМаЛЬНЫе внутренние напряжения. По своим свойствам и назначению материалы этого класса сплавов могут существенно различаться, например, для изготовления реле и трансформаторов применяют: электротехническое железо, динамную и трансформаторную сталь; для изготовления трансформаторов тока используют сплавы пермаллойной группы. К этому классу материалов относятся также сплавы перминварной группы и сплавы с высокой намагниченностью насыщения.

§ 4. СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ НАСЫЩЕНИЯ

§ 4. Сплавы с высокой намагниченностью насыщения 170

к-ром наступает нитного гистерезиса, магнитное насыщение, наз. соответственно полем насыщения и намагниченностью насыщения. При уменьшении магнитного поля намагниченность будет уменьшаться, но уже не по основной кривой, а по кривой гистерезиса alr. Значение намагниченности 1Г при магнитном поле, равном нулю, наз. остаточной намагниченностью. Чтобы довести намагниченность Ф до нуля, необходимо приложить магнитное поле обратного направления первоначальному. Магнитное поле Лс, при к-ром намагниченность доводится до нуля, наз. коэрцитивной силой (по намагниченности). Участок петли гистерезиса 1Г—Нс наз. «спинкой петли». При дальнейшем увеличении отрицательного магнитного поля Ф приобретает намагниченность противоположного знака и при поле —Hs оказывается намагниченным до значения —Is. При изменении магнитного поля от —Hs до +HS намагниченность Ф будет изменяться по нижней части петли гистерезиса через точки в, —1Г, +НС, а.

шей намагниченностью насыщения Ms наночастиц в сравнении с

В настоящее время ведутся интенсивные работы, направленные на улучшение в целом техники магнитной записи, в частности, разработаны металлические магнитные ленты, позволяющие получить запись с высокой плотностью и высокой чувствительностью. Так как эти ленты имеют большую "коэрцитивную силу, то намагниченность магнитных головок должна быть высокой. Этому требованию отвечают сплавы, содержащие марганец (см. табл. 5.1). Проектируются сплавы с еще более высокой намагниченностью насыщения

В достаточно сильном магнитном поле ферромагнитный образец намагничивается до насыщения. Намагниченность насыщения — это состояние ферромагнетика, при котором его намагниченность / достигает предельного значения /„.,, не меняющегося при дальнейшем увеличении напряженности намагничивающего поля. При этом образец состоит как бы из одного домена с намагниченностью насыщения, направленной по полю.

Намагниченность В зависит от внешнего поля. При этом соетгянке насыщения характеризуется намагниченностью насыщения В, и полем насыщения Hs.

Намагниченность В зависит от внешнего поля. При этом состояние насыщения характеризуется намагниченностью насыщения Вв и полем насыщения Н,.

Достижение таких значений магнитной энергии становится возможным при условии использования одноосных ферромагнитных соединений с намагниченностью насыщения более 2,44 Тл**. Среди классических ферромагнетиков такой намагниченностью насыщения при климатических температурах обладают сплавы Fe— Со (2,45 Тл), при температурах жидкого гелия редкоземельные металлы ТЬ (3,27), Но (3,75), Dy (3,70), Ег (3,42), Tm (2,72 Тл).