Разрушение распространяется

В США такие разрушения составляли 17% от общего числа крупных аварий, отнесенных к коррозии [105, 110-114, 121-123, 127, 132-133, 136-143, 174, 178, 214], и наблюдались в 15 штатах на трубопроводах, проложенных от Техаса на северо-восток через Западную Вирджинию и Пенсильванию в "аллее трубопроводов". Первое зарегистрированное разрушение произошло в 1965 г. в г. Натчиточез штата Луизиана.

определенная работа и металл имеет хорошие свойства; второй — что само разрушение произошло почти мгновенно без затраты большой работы и металл ненадежный.

2. Во время гидравлических испытаний сферического сварного бака для хранения жидких полимеров произошло хрупкое разрушение в нижней части бака. Трещина прошла путь длиной 4,72 м. Диаметр бака 10,64 м, толщина стенки 18 мм. Разрушение произошло при давлении 1,25 МПа (напряжение 19,95 • 107 Н/м2) при температуре воздуха 25°С и температуре испытательной воды 20°С. Анализ излома показал место начала разрушения между двумя соприкасающимися сварными швами. В этом

Часто приходится встречаться с застойными зонами в различных аппаратах, имеющих трубные решетки, например теплообменниках. На рис. 69 представлены плохой и хороший варианты конструкций трубных решеток. Примером возникновения коррозии в застойной зоне может служить кожухотрубный вертикальный теплообменник. В качестве охлаждающей жидкости использовалась загрязненная вода. Была установлена плоская трубная решетка (рис. 70, а), коррозионное разрушение произошло на нижней стороне трубной решетки, где имело место прободение степ груб с внешней стороны. Частицы шлама из охлаждающей воды осаждались па поверхности трубной решетки, создавая слой толщиной 100 мм. На периферийных участках из-за движения воды шлам не скапливался. Отложившийся осадок препятствовал свободной циркуляции воды между трубами, которые из-за этого nepei ревались, и образовывались участки е различной аэрацией металла, что и вызвало быструю коррозию труб. Для устранение коррозии была увеличена скорость циркуляции воды, что должно было изменить скорость осаждения шлама. Однако это мероприятие не устранило коррозию труб. Тогда было решено использовать для удаления шлама решетку конической формы (рис. 70, б). Эта решетка была установлена на нижнем конце теплообменника. Линия удаления шлама проходит вниз через центр теплообменника п кончается над вершиной конической

В США разрушения по причине КР составляли 17% от обоего числа крупных аварий, отнесенных к коррозии,и наблюдались в 15 штатах на трубопроводах, проложенных от Техаса на северо-восток черев Западную Виржиюю и Пенсильванию. Первое зарегистрированное разрушение произошло в 1966 году в г. Иатчиточез пата Луизиана.

На рис. 126 представлено разрушение заводского продольного сварного шва отвода трубопровода 0720x22 мм, соединяющего УКПГ-9 с ОГПЗ. Отвод длиной 50 м, сооруженный из труб фирмы УаПигес (материал труб — низкоуглеродистая сталь типа стали 20), был отключен от газопровода, по которому под давлением 5,5 МПа транспортировался сероводород-содержащий газ. Очаг разрушения длиной 110 мм находился в месте выпучины кромок листа в виде полуволны синусоиды. Разрушение произошло по зоне перегрева продольного шва (0,5 мм от зоны сплавления), расположенного в верхней части трубы. Участок излома в области очага имел, кристаллическую структуру. К нему сходились два направленных друг на друга шевронных узора. Отсутствие видимой пластической деформации в зоне очага позволило заключить, что простая перегрузка не могла явиться причиной аварии. Трещина от очага разрушения распространялась по зоне термического влияния продольного шва и по основному металлу в плоскости, перпендикулярной окружным напряжениям. Разрушение трубопровода прекратилось на одном конце без изменения направления трещин, на другом — раздвоением трещин. Переход сварного шва к основному металлу трубы плавный, без наплывов и подрезов. При сплошном контроле с помощью ультразвукового толщиномера и выборочном — на металлографических шлифах внутренние дефекты и водородные блистеры в зоне сварного соединения не обнаружены. Внутренняя поверхность трубы поражена коррозионными язвами глубиной до 2 мм. В нижней части трубы наблюдаются водородные чешуйки и расслоения (рис. 12в). Структура основного металла и сварного соединения трубы ферритно-перлитная. Максимальная твердость 180 НУ наблюдается в зоне перегрева. По-видимому, язвенная коррозия, сероводородное и водородное растрескивание металла трубопровода обусловлены поступлением из ингибируемого газопровода через негерметичный кран в отвод сероводород-содержащей среды под давлением 5,5 МПа при температуре ми-

ся трещины имели максимальное раскрытие (-40 мм) и остановились в основном металле. На 123-м км разрушение произошло по зоне термического влияния заводского спирального шва и распространилось по основному металлу трубы, пересекая сварные швы. На 365-м км трубопровода разрушение имело место по оси поперечного монтажного сварного шва, выполненного автоматической сваркой под слоем флюса с ручной подвар-кой с внутренней стороны шва.

Испытания проводили путем циклического нагружения минерализованной водой в диапазонах давления 50-80, 80-100, 100-125, 50-125, 50-150, 175, 200, 225 атм с выдержкой 5 мин при стабильной нагрузке. Разрушение произошло при давлении 250 атм в виде развития трещин, зародившихся в зоне сварки и распространившихся по участку скопления несплошностей.

цов данных размеров KfC или Kjfc - при условии максимального стеснения пластических деформаций и разрушения нормальным отрывом. Кц-с является параметром трещиностойкости материала, как и статическая вязкость разрушения по Ирвину, и не зависит от формы испытанного образца, если усталостное разрушение произошло в условиях плоской деформации, но зависит от температуры испытания и некоторых других факторов. Распространение усталостной трещины на этой стадии связано с основными микро- и макромеханизмами разрушения (рис. 41), хотя также мохут наблюдаться усталостные макробороздки.

тий способствует еще большему увеличению сопротивления покрытий коррозионному разрушению. Об эффективности защиты стали от наво-дороживания в сероводородсодержащих средах химическим Ni-P-пок-рытием свидетельствуют результаты промысловых испытаний шпилек с защитными покрытиями. Ni—P- и Cd-Ti-покрытия наносили на шпильки, изготовленные из стали марки 40Х. Испытания образцов проводили в напряженном состоянии в жестких условиях атмосферы неочищенного сырого газа Оренбургского месторождения. Напряжение создавали затяжкой шпилек в кольцах, что контролировалось по их удлинению. Начальное относительное удлинение задавалось 0,36 %. Кольца собирали в пакет и помещали в манифольд оренбургской газовой скважины. После выдержки 1600 ч в атмосфере сырого газа шпильки были сняты и проведен их визуальный осмотр, а также анализ водорода в стали. Осмотр образцов показал, что несколько непокрытых шпилек разрушено; разрушение произошло у сбега резьбы и имеет хрупкий характер. На поверхности шпилек без покрытия находится толстый слой продуктов коррозии черного цвета; на поверхности образцов с никелевым покрытием — отдельные точки черного цвета. Образцы с кадмиевым покрытием с пассивацией не изменили внешнего вида, непассивированные образцы с кадмиевым покрытием изменили свой цвет от серебристого до светло-желтого, что указывает на формирование защитных пленок при взаимодействии с влажным сероводородом. Содержание сероводорода в стали после 1600 ч выдержки в среде сырого газа (с учетом металлургического водорода) составляло, см3/100 г: в стали без покрытия — 7, с никелевым покрытием — 4,76, с кадмиевым покрытием — 4,47. Дальнейшие испытания шпилек в тех же условиях в течение 13 мес (10 000 ч) показали, что все шпильки без покрытия подверглись хрупкому разрушению, в то время как шпильки с никелевым и кадмиевым покрытием на поверхности имели продукты коррозии, после удаления которых обнаружилась неповрежденная поверхность покрытия.

Предел прочности в поперечном направлении определяется клеевым методом. Отделенное от основного металла покрытие 6 приклеивается с обеих сторон к оправкам 7 (рис. 3.19, б). Когезионную прочность можно найти, если разрушение произошло по покрытию* а не по клею 8. В последнем случае можно лишь считать, что прочность покрытия больше прочности клеевого соединения.

вающий продиффундировать сюда из глубины зерна), а хром, входящий в состав специального карбида Л12зСв, появляется только из приграничных слоев зерен, так как из-за малой скорости диффузии он не успевает поступать из глубины зерен. В результате этого содержание хрома в твердом растворе на границах зерен оказывается менее 12%,т. е. ниже того предела, который обеспечивает коррозионную стойкость. Именно поэтому коррозионное разрушение распространяется вглубь только по границам зерен, обедненных хромом1 (рис. 363).

Коррозионный износ. Коррозионный износ — наиболее распространенный вид износа оборудования химических и нефтеперерабатывающих заводов. Его предотвращение или уменьшение позволяет поддер-живате стабильное состояние оборудования в условиях эксплуатации. Под коррозией понимают разрушение поверхности металла, являющееся следствием протекания химических или электрохимических процессов. Сущность этих процессов, характер и результат их протекания определяются взаимодействием металла со средой. Коррозия бывает сплошной, местной, межкристаллитной и селективной. При сплошной коррозии поверхность детали (узла, аппарата) изйашивается относительно равномерно. По степени равномерности коррозионного разрушения поверхностного слоя различают сплошную равномерную и сплошную неравномерную коррозии. Равномерная коррозия протекает в слабокислых растворах солей и кислот, а также в тех случаях, когда контакт среды с поверхностью детали происходит без завихрений. При местной коррозии разрушение распространяется не по всей поверхности контакта со средой, а охватывает только отдельные участки поверхности и локализуется на них. При этом образуются кратеры и углубления, развитие которых может привести к появлению сквозных отверстий. Разновидностями местной коррозии являются коррозия отдельными пятнами, язвенная и точечная. Межкристаллшпная, или интеркри-сталтапная, коррозия — разрушение металлов по границам зерен. Этот вид коррозии характерен для деталей, изготовленных из хромоникелевых аустешггных сталей, широко применяемых в химическом машиностроении, а также из медноалюминиевых (дюралюминий), магниевоалюминие-вых и некоторых других сплавов. Глубоко проникшую межкристаллитную коррозию называют транскристаллитной. Селективная, или структурно-избирательная, коррозия заключается в разрушении одной или одновременно нескольких структурных составляющих металла.

Коррозионный износ. Коррозионный износ — наиболее распространенный вид износа оборудования химических и нефтеперерабатывающих заводов. Его предотвращение или уменьшение позволяет поддер-живачъ стабильное состояние оборудования в условиях эксплуатации. Под коррозией понимают разрушение поверхности металла, являющееся следствием протекания химических или электрохимических процессов. Сущность этих процессов, характер и результат их протекания определяются взаимодействием металла со средой. Коррозия бывает сплошной, местной, межкристаплитной и селективной. При сплошной коррозии поверхность детали (узла, аппарата) изнашивается относительно равномерно. По степени равномерности коррозионного разрушения поверхностного слоя различают сплошную равномерную и сплошную неравномерную коррозии. Равномерная коррозия протекает в слабокислых растворах солей и кислот, а также в тех случаях, когда контакт среды с поверхностью детали происходит без завихрений. При местной коррозии разрушение распространяется не по всей поверхности контакта со средой, а охватывает только отдельные участки поверхности и локализуется на них. При этом образуются кратеры и углубления, развитие которых может привести к появлению сквозных отверстий. Разновидностями местной коррозии являются коррозия отдельными пятнами, язвенная и точечная. Межкристалтапная, или интеркри-сталлитная, коррозия — разрушение металлов по границам зерен. Этот вид коррозии характерен для деталей, изготовленных из хромоникелевых аустенитных сталей, широко применяемых в химическом машиностроении, а также из медноалюминиевых (дюралюминий), магвиевоалюминие-вых и некоторых других сплавов. Глубоко проникшую межкристаллитную коррозию называют транекристаллитной. Селективная, или структурно-избирательная, коррозия заключается в разрушении одной или одновременно нескольких структурных составляющих металла.

Макроскопически излом при вязком разрушении характеризуется волокнистостью, матовой, сильно шероховатой поверхностью, когда разрушение распространяется перпендикулярно направлению действия максимальных растягивающих напряжений, или имеет шелковистый вид, когда оно совпадает с направлением действия касательных напряжений. Следует иметь в виду, что термин «волокнистый излом» применяют для двух различных понятий: 1) при разрушении сильно деформированных, вытянутых в волокно в процессе нагружения зерен материала, поверхность излома при этом имеет шероховатость в виде каверн (ямок); 2) при разрушении вдоль волокна деформированных в процессе изготовления изделий, в изломе в данном случае наблюдаются вытянутые строчечные неровности, повторяющие волокнистую макроструктуру материала (изломы типа шиферных).

1,1 ГН/м2) от фасеток квазиотрыва разрушение распространяется в глубь зерна со значительной пластической деформацией (рис. 36).

При действии изгибающей нагрузки часто сначала происходит разрушение самого внешнего слоя. В дальнейшем разрушение распространяется внутрь материала. Тенденция аналогична случаю приложения растягивающей нагрузки. На рис. 5.32 приведены результаты исследований Киси, которые содержатся в сообщениях [5.29] и [5.32]. Согласно этим результатам, с возрастанием скорости происходит увеличение предела прочности при изгибе 0в. Исследования проводились на полиэфирных слоистых пластинах, армированных как матами из рубленого стекловолокна, так и стеклотканью с полотняным переплетением. При низких скоростях изгиб в плоскостном направлении не отличался от изгиба в краевом направлении. При скоростях приложения нагрузки, для которых характерно возрастание прочности на изгиб, в плоскостном направлении прочность оказалась более значительной, чем в краевом. При малых скоростях приложения нагрузки разрушение, связанное с расслаиванием, оказывалось затрудненным. При больших же скоростях расслаивание возникало довольно легко. Полученные результаты указывают на то, что прочность рассмотренных материалов при ударных нагрузках оказывается больше, чем при статических, Симамура [5.33], анализируя расчеты, проведенные

Большинство источников указывает на то, что полуферритные и ферритные хромистые стали практически не подвержены коррозионному растрескиванию в растворах хлоридов. Хромистые же стали, имеющие мартенситную структуру, подвержены коррозии под напряжением. Между коррозионным растрескиванием аустенитных и мар-тенситных сталей имеется определенное различие. В аустенитных сталях растрескивание интенсифицируется при анодной поляризации, а в мартенситных — катодной. Последнее обстоятельство позво-ляетпредположить, что растрескивание мартенситных сталей связано а водородной хрупкостью. При наличии катодной поляризации увеличивается скорость выделения водорода и интенсифицируется коррозионное растрескивание мартенситных сталей. Контакт с более электроотрицательным металлом, например алюминием, также ускоряет процесс растрескивания мартенситных сталей. При растрескивании стали 410 (12—13% хрома) разрушение распространяется вдоль неотпущенного мартенсита по граням прежних аустенитных зерен. Отпуск при температуре 635° С снижает склонность стали к коррозионному растрескиванию [111,156]. Д. С. Поль [111,36] считает, что ферритные и мартенситные стали с низкой твердостью не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением в воде высокой частоты при температуре до 300° С. Мартенситные же нержавеющие стали, закаленные до твердости Ядс= 30, коррозионному растрескиванию в этих условиях подвержены. Хромистые стали, так-же как и малолегированные и аустенитные нержавеющие стали,

Излом при хрупком разрушении имеет ручьистый узор (см. рис. 56, б), представляющий собой систему сходящихся ступенек скола г, образующихся в результате деформации разрушения перемычек между хрупкими трещинами, распространяющимися путем скола по параллельным, близко расположенным кристаллографическим плоскостям. В отличие от вязкого разрушения хрупкое разрушение распространяется внутри отдельных зерен вдоль плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов, называемой плоскостью скола.

вающий продиффундиравать сюда из глубины зерна), а хром, входящий в состав специального карбида М23С6, появляется только из приграничных слоев зерен, так как из-за малой скорости диффузии он не успевает поступать из глубины зерен. В результате этого содержание хрома в твердом растворе на границах зерен оказывается менее 12%,т. е. ниже того предела, который обеспечивает коррозионную стойкость. Именно поэтому коррозионное разрушение распространяется вглубь только по границам зерен, обедненных хромом1 (рис. 363).

Большая часть материала этой главы относится к деформированию монокристаллов. Наличие границ зерен в поликристаллических материалах вносит дополнительные ограничения на деформации, что сильно влияет на зависимость напряжений от деформаций этих материалов при деформировании. Однако качественно их поведение очень сходно с поведением монокристаллов. Если целостность меж-зеренных границ не нарушается, каждое зерно может деформироваться лишь совместно с другими зернами, т. е. происходит сложный процесс приспособления друг к другу большого числа зерен. При низких температурах межзеренные границы поликристаллических металлов обычно прочнее самих зерен, и поэтому у большинства металлов при низких и нормальных температурах разрушение имеет транскристаллический характер. Другими словами, разрушение происходит по зернам, а не по границам между ними. При повышенных температурах межзеренные границы обычно слабее зерен. Разрушение при повышенных температурах имеет поэтому, как правило, межкристаллический характер. Иначе говоря, разрушение распространяется вдоль границ зерен. У поликристаллических неметаллов прочность межзеренных границ обычно ниже прочности зерен даже и при низких температурах. Для таких материалов характерно межкристаллическое разрушение при любых температурах.

Разрушение распространяется по зоне термического влияния рельсовой стали (фото 9.38). Структура этой золы чисто мартенситная (фото 9.39) с твердостью 600 кгс/мм2. Из этого следует, что температура подогрева была недостаточ-ной. Структура основного металла 58CrV4, не подвергавшегося термическому влиянию сварки, состоит из перлита и феррита, выделившегося по границам зерен (фото 9.40).

Локальный характер прочностных свойств объясняется наличием в сплавах микроскопических дефектов и менее прочных струкг турных составляющих, а также различием дислокационного строения отдельных микрообъемов. Микроударному разрушению подвергаются вначале менее прочные микроучастки с порами, микроскопическими трещинами или очагами локализованной коррозии. Затем разрушение распространяется и на более прочные участки.