Коррозионное растрескивание под напряжением реферат

Обновлено: 06.07.2024

Это - разрушение материала под воздействием статических растягивающих напряжений и специфического влияния среды, причем коррозионная среда, вызывающая растрескивание под напряжением, специфична для данного материала.

Избирательность материала по отношению к среде, когда определенная группа (химическая композиция, структура и т.д.) чувствительна к повреждению в определенных средах - характерная черта коррозионного растрескивания под напряжением. В связи с этим для выделения определенных коррозионно-активных сред используют специальные термины: сульфидное коррозионное растрескивание, щелочная хрупкость и т.д. Для аустенитных коррозионностойких сталей специфично влияние хлоридов, для медных сплавов - аммиака, для углеродистых сталей - растворов нитратов. Для углеродистых и низколегированных сталей растрескивание тесно связано с значением pH - электродного потенциала и присутствием в жидкой среде кислорода.

Коррозионное растрескивание под напряжением происходит только при растягивающих напряжениях, уровень которых превышает определенное критическое значение. Как правило, напряжения сжатия не вызывают растрескивания материалов.

Многообразие материалов и сред, в которых реализуется коррозионное растрескивание под напряжением, обусловили разработку нескольких механизмов этого явления. Выделяют три большие группы механизмов растрескивания под напряжением [180]: растрескивание по участкам врожденно сниженной коррозионной стойкости; растрескивание по участкам, где коррозионная стойкость понижена под влиянием деформации; адсорбционные эффекты.

Наибольшее распространение получила концепция связи коррозионного растрескивания под напряжением с облегчением процесса разрыва связей между атомами у вершины трещины в результате локальной концентрации водорода. Близко к этой концепции и представление о существенном снижении поверхностной энергии при распространении трещины вследствие поверхностной хемосорбции водорода у вершины трещины.

В рамках обоих представлений субкритический рост трещины в этих условиях должен идти в водородсодержащих средах (где атомы водорода образуются у поверхности вершины трещины) из-за высокой подвижности водорода в решетке железа.

Субкритический рост трещины включает адсорбцию атомов водорода на свободной поверхности у вершины трещины, поверхностную диффузию водорода, внедрение водорода в кристаллическую решетку и диффузию водорода по кристаллической решетке до некоторой зоны перед вершиной трещины, где и происходит локальное разрушение [180] по достижении критической концентрации водорода в этой зоне. Этой картиной характеризуют разрушение, как правило, высокопрочных сплавов. Для объяснения коррозионного растрескивания под напряжением менее прочных сталей используются представления о возможности ускорения диффузии водорода посредством его переноса дислокациями, приводящего к локальному пересыщению водородом.

Известны несколько процессов, контролирующих скорость коррозионного растрескивания [180]: обновление раствора у вершины трещины и его удаление; скорость этого процесса управляет концентрацией Н+ и Н20, а также степенью концентрационного перенапряжения, например, через удаление сольватированных катионов; пассивация, наступающая после разрыва оксидной (или другой защитной) пленки в зоне деформации у вершины трещины; разрушение оксидной пленки у вершины трещины со скоростью, определяемой скоростью активной деформации при возрастающем статическом или циклическом нагружении, а также скоростью ползучести при неизменной нагрузке.

Каждый из указанных процессов может оказывать решающее влияние и на скорость образования адсорбируемого на поверхности металла слоя атомов (ионов) водорода.

В нормативно-технических документах, вышедших в последние годы, имеются указания о возможности развития в металло-

Рис. 5.57. Изломы высокопрочных болтов М24 из стали 40Х. х2

конструкциях коррозионного растрескивания.

Так, согласно п. 2.7.2 РД 09-244-98 [181], в аммиачных сосудах, трубопроводах и компрессорах возможно появление коррозионного растрескивания в зонах с повышенными значениями остаточных напряжений, прежде всего, в сварных соединениях. Вероятность появления коррозионного растрескивания обусловлена тем, что находящиеся в эксплуатации конструкции в большинстве случаев при изготовлении не подвергались термической обработке для снятия остаточных сварочных напряжений после сварки. Возможный подсос в сосуды воздуха также стимулирует развитие коррозионного растрескивания.

Коррозионное растрескивание под напряжением состоит из следующих стадий: зарождения трещины, стабильного и нестабильного (ускоренного) роста трещины и, наконец, долома. Этим стадиям растрескивания материала соответствует определенное строение изломов. Типичное строение излома болтов из стали 40Х, разрушившихся в условиях коррозионного растрескивания под напряжением, приве дено на рис. 5.57, а структура стали 40Х, включающая участки, занятые в основном пластинчатым и реечным мартенситом, и отдельные зерна феррита, - на рис. 5.58. Зарождению коррозионной трещины предшествует инкубационный период, длительность которого может достигать 90% времени до разрушения конструкции.

Разрушение болтов, как правило, начинается во впадине резьбы. Плоскость излома болтов ориентирована под углом 10-30° к оси болта, что соответствует положению площадки, на которую действует максимальное растягивающее напряжение в стержне болта, нагруженном одновременно осевым усилием и крутящим моментом. В изломе

Рис. 5.58. Микроструктура стали болтов М24. х 450

(см. рис. 5.57, а, б) видны зоны, соответствующие стадиям зарождения трещины (1), стабильного (2) и ускоренного (3) распространения трещины. Очаг зарождения и поверхность разрушения в зоне 2, как правило, покрыты продуктами коррозии. В пределах зоны 3 имеются ступеньки рельефа, веерообразно расходящиеся от границы раздела зон 2 и 3.

В зависимости от уровня нагруженности элемента конструкции, температуры испытания, условий эксплуатации и характеристик трещиностойкости материала зона стабильного роста трещины занимает от 5 до 90% всей площади излома. Иногда в пределах этой зоны отчетливо видны концентрические (по отношению к очагу зарождения трещины) следы периодической остановки фронта трещины (см. рис. 5.57, б). Характер изменения расстояния между соседними концентрическими следами остановки трещины указывает на заметное уменьшение величины последующего скачка трещины по мере ее продвижения в глубь металла.

Анализ строения поверхности разрушения элементов конструкции позволяет установить причину ее разрушения. При циклическом нагружении изменение расстояния от очага зарождения до номера следа трещины имело бы не выпуклый, а вогнутый характер. Наблюдаемый выпуклый характер изменения расстояния между следами остановки трещины привел нас к выводу о статическом режиме нагружения (рис. 5.59).

В участках излома, обнаруживающих визуально большую степень окрашивания продуктами коррозии, заметно увеличение доли межкристаллитного разрушения /м на 10-20%. В зоне 2 болта из стали 40Х, разрушение которого произошло в момент периодического осмотра вантового перехода (в элементе растяжения) через Аму-Дарью, /м = 98,0±1,7%.

Интенсивное испарение воды с поверхности реки в условиях жаркого климата пустыни инициирует процессы коррозии. Вместе с пылью на металлоконструкции вантового перехода попадали соль и другие коррозионно-активные компоненты.

В тех случаях [182], когда удавалось надежно (путем снятия продуктов коррозии) установить очаг зарождения трещины (продукты коррозии покрывают поверхность разрушения в зонах 1 и 2), в очаге трещины видны фасетки межкристаллитного разрушения (рис. 5.60, а). Кроме того, в очаге часто наблюдаются скопления крупных (1-5 мкм) частиц неметаллических включений (рис. 5.60, б). В прр делах зон 2 и 3 болтов из сталей 40Х и 40ХФА видны участки поверхности разрушения, занятые фасетками транскристаллитного скола и квазискола (область А), фасетками межкристаллитного разрушения

Рис. 5.60. Электронные фрактограммы изломов болтов из стали 40ХФА в зоне 1 (а. б), 2 (в) и 3 (г) (угольные реплики): а - в-х 3500, г — х 4000

(область Б) и ямками (область В) (рис. 5.60, в, г). В зоне 2 доля поверхности излома, образующейся при разрушении по механизмам хрупкого транскристаллитного скола, квазискола и межкристаллитного разрушения, существенно выше, чем в зоне 3.

Коррозионное растрескивание под напряжением в металлических материалах тесно связано с гетерогенностью их структуры, включая наличие границ зерен, разных по химическому составу и механическим свойствам структурных составляющих, дислокационной структуры, неметаллических включений и т.д. По границам зерен и границам раздела фаз скорость диффузии на порядок и более превышает скорость диффузии по матрице сталей. Скорость выделения карбидов и других упрочняющих фаз, как правило, выше именно по границам зерен. С этими и другими факторами связана более интенсивная электрохимическая коррозия вдоль границ зерен, способствующая зарождению и росту трещин при коррозионном растрескивании под напряжением.

Коррозионное растрескивание под напряжением часто встречается на сосудах давления и резервуарах в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, материалы которых работают в контакте с коррозионно-активными средами (жидким безводным аммиаком, растворами КОН и NaOH, нефтью с высоким содержанием хлоридов и сульфидов).

Массовые выходы из строя в 1960-х годах шаровых резервуаров для хранения безводного жидкого аммиака вследствие коррозионного растрескивания под напряжением сварных соединений вызвали огромный интерес к природе этого явления. Были обследованы более ста (121) резервуаров, эксплуатируемых в США, Ирландии, Финляндии и других странах. По данным магнитопорошковой дефектоскопии у 37 резервуаров имелись трещины в зонах сварных соединений, как правило, поперек сварного шва. Встречались также в зонах термического влияния и основном металле продольные трещины. Зарождались и преимущественно распространялись трещины на внутренней стенке резервуара. Трещины, возникшие в сварных соединениях, большей частью являлись межкристаллитными. Транскристаллитный характер трещин встречается значительно реже.

На рис. 5.61 представлена типичная картина траектории распространения трещин в латунной трубке диаметром 24,5 мм трубного пучка теплообменника Т 47/2 установки АВТ-5. Многочисленные трещины разной протяженности выявлены только на наружной стороне трубок. Трещины распространяются перпендикулярно поверхности трубок и идут в глубь стенки. На поверхности трубок наблюдаются коррозионные язвы размером до 1 мм, продолжением которых являются трещины с раскрытием берегов до 0,1 мм. По мере углубления в

Рис. 5.61. Траектория распространения трещин в латунной трубке трубного пучка теплообменника Т 47/2 установки АВТ-5: а- у. 240; б - х 400

Рис. 5.62. Фрактограммы изломов образцов, вырезанных из латунной трубки: а - х 2000, б - х 2400

металл ширина трещин снижается до 1-10 мкм. Язвы и трещины заполнены продуктами коррозии.

По данным металлографического анализа, трещины распространяются по смешанному механизму: транскристаллитному и меж- зеренному типам. Химический анализ указывает, что трубки были изготовлены из латуни ЛОМш 70-1-0,05 и полностью соответствуют ГОСТ 15527-70. Признаков обесцинкования латунных трубок не обнаружено. Анализ оборотной воды и отложений из межтрубного пространства теплообменника указывает на присутствие серы, аммиака и хлоридов (80-92 мг/л,рН = 5,2 -^6,1).

Фрактографический анализ изломов латуни подтвердил частичное ослабление когезивной прочности границ зерен a-фазы (рис. 5.62). Наряду с участками межзеренного разрушения видны участки с вязким ямочным строением.

В работе [183] исследовали развитие трещин при коррозионном растрескивании в высокопрочной стали 38ХС (закалка + отпуск при 450 °С на структуру троостита закалки) на цилиндрических образцах с V-образным надрезом и наведенной усталостной трещиной. Эксперименты проводили при периодичном и постоянных погружениях в 0,001 н. H2S04 (рН=3) и в камере влажности с максимальным содержанием S02 0,8 г/м3.

Скорость распространения трещины da/dx в стали 38ХС существенным образом зависит от среды испытания (рис. 5.63) [183]. В камере влажности с максимальным содержанием сернистого газа 0,8 г/м3 величина da/dx образцов с наведенной кольцевой трещиной в интервале исходного коэффициента интенсивности напряжения К„ = 44 -т- 53 МПа • Vm практически не зависит от величины К1Г Сред-

ние значения da/dx = a/x, где. а - протяженность зоны стабильного и ускоренного роста трещины, т - время до разрушения образца в коррозионной среде. При постоянном погружении в 0,001 н. раствор H2S04 (рН= 3) ярко выраженного участка независимости da/dx от Ки не обнаружено. При периодическом погружении в 0,001 н. раствор H2S04 величина da/dx приближается к значениям, характерным для испытаний в камере влажности (см. рис. 5.63).

При фрактографическом анализа в пределах зоны стабильного роста трещины были видны фасетки межкристаллитного разрушения и квазискола (рис. 5.64, а). В пределах зоны ускоренного роста трещины поверхность разрушения образована фасетками квазискола и отдельными участками вязкого ямочного рельефа (рис. 5.64, б). Зона дол ома образована исключительно фасетками квазискола.

В литературе выделяют два вида коррозионного растрескивания под напряжением: водородное и анодное. Анодное коррозионное растрескивание под напряжением выявлено как у нелегированных, так и у высоколегированных аустенитных сталей. Необходимая предпосылка для этого вида растрескивания - наличие или образование в коррозионной среде защитного пассивного слоя (пленки), локальное разрушение которого можно рассматривать как причину появления трещин. При этом характер трещин может быть как транскристаллит- ным, так и межкристаллитным (межзеренным).

Рис. 5.64. Строение поверхности разрушения стали 38ХС в зоне стабильного (а) и ускоренного (б) роста трещины при испытании в камере S02. ПЭМ. х 2200

Теория механизма анодного коррозионного растрескивания под напряжением [184] связывает электрохимический процесс растворения металла с водородным охрупчиванием в основании трещины, вызванным катодным выделением водорода при коррозии. Согласно этой теории возможен постепенный переход от анодного коррозионного растрескивания под напряжением к катодному.

При катодном коррозионном растрескивании атомы водорода в результате электрохимической реакции на катоде проникают в кристаллическую решетку металла и, взаимодействуя с внутренними и внешними напряжениями, вызывают появление в материале трещин, которые могут быть как транскристаллитными, так и межзеренными. Водородные соединения S, Р, As, Se, Те, Sb, а также роданиды, тио- сульфаты, СО и цианиды, называемые рекомбинационными ядами или пролюторами, тормозят рекомбинацию атомарного водорода в молекулярный, вследствие чего на поверхности скапливаются диффундирующие атомы водорода.

Катодное коррозионное растрескивание под напряжением, иногда называемое водородным коррозионным растрескиванием, широко встречается в трубопроводах для транспортировки неочищенного природного газа и сырой нефти, а также в резервуарах для сырой нефти. Особенно интенсивно повреждаются стали в кислых водных коррозионных средах, содержащих H2S, СО и HCN.

Склонность материалов к коррозионному растрескиванию под напряжением в значительной степени зависит от кислотности среды PH = —lg[H] - величины водородного показателя, характеризующего концентрацию ионов водорода в растворе.

Склонность конструкционного материала к растрескиванию обычно оценивается следующими характеристиками: пределом длительной коррозионной прочности (пороговое напряжение) ап, временем до разрушения т при заданном уровне напряжений, пороговым коэффициентом интенсивности напряжений в условиях коррозионного растрескивания при растяжении Klscc.

Долговечность стали 38ХС в растворе H2S04 существенно снижается с уменьшением pH [183] (рис. 5.65). В данном случае исследованы цилиндрические образцы с V-образным надрезом, на дне которого наводили усталостную трещину. С понижением pH раствора существенно возрастает скорость стабильного роста трещины.

Коррозионное растрескивание газопроводов как основная причина аварий газотранспортной системы. Анализ результатов обследования дефектных труб. Факторы, влияющие на процесс коррозионного растрескивания. Особенности формовки одношовных и двухшовных труб.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	21.04.2016
Размер файла	175,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Анализ участков газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением

Основной причиной аварий магистральных газопроводов большого диаметра является коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) - разрушение металла при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений. Этот вид разрушения возникает на поверхности труб и проявляется в виде трещин (рис. 1).

Рисунок 1. Фрагмент типичного стресс-коррозионного дефекта, состоящего из длинных не растравленных трещин

Трещины ориентированы в направлении, перпендикулярном направлению максимального растягивающего напряжения. Поскольку основной нагрузкой в газопроводе является внутреннее давление транспортируемого газа, большинство стресс-коррозионных трещин имеют продольную ориентацию, а берега покрыты продуктами коррозии. При разрыве труб характер разрушения неповрежденного металла под трещинами всегда вязкий.

Таким образом, ведущими факторами, влияющими на процесс коррозионного растрескивания, являются растягивающие напряжения. Кроме того, ведущими факторами в развитии КРН являются коррозионная среда трубы, состав и структура сплава, технология и качество формовки изготовления трубы, условия ее эксплуатации, защищенность поверхности металла трубы от коррозии.

Аварии приводят к необходимости снижения рабочего давления в газопроводах, что влияет на их пропускную способность и производительность системы. Сложившаяся ситуация поставила вопрос борьбы с КРН в ряд основных задач газотранспортной отрасли [3].

В настоящее время в системе магистральных газопроводов России эксплуатируются трубы из сталей, изготовленных в разные годы и по разным технологиям - нормализация, термоулучшение, контролируемая прокатка. К сталям первого поколения, изготовленным в 70-е годы, относится нормализованная сталь 17Г1С. Второе поколение трубных сталей (1970--1975 г. г.) включает в себя термоулучшенные стали 14Г2САФ и 17Г2СФ. Стали контролируемой прокатки, произведенные в 80-е годы, относятся к третьему поколению трубных сталей.

Значительная часть магистральных газопроводов диаметром 1420 мм, построенных в 80-е годы, изготовлены из одношовных и двухшовных труб.

В статье представлены результаты анализа участков газопроводов ООО "Газпром трансгаз Югорск", на которых было обнаружено коррозионное растрескивание при обследовании внутритрубными снарядами в период с 2007 по 2011 г. г. Рассмотрен также вопрос влияния способа производства на зарождение и развитие стресс-коррозии на трубах большого диаметра.

Состояние металла на большинстве газопроводов большого диаметра (1020 - 1420 мм) оценивают по результатам обследований методом внутритрубной диагностики (ВТД). Наличие такой информации позволяет своевременно осуществлять ремонт и устранение опасных дефектов и поддерживать линейную часть в работоспособном состоянии, т. е. управлять ресурсом и надежностью трубопровода.

Процентное соотношение общего количества одношовных и двухшовных труб на участке, где с 2007-2011 г. г. проводилась ВТД, представлено на рис. 2.

Сравнение общего количества одношовных и двухшовных труб на рассматриваемом участке показало, что одношовных труб импортного производства находится в эксплуатации в 1,5 раза больше, чем двухшовных труб Харцызского производства.

Cравнение труб по показателям КРН показало, что несмотря на то, что одношовных труб находится в эксплуатации больше, стресс-коррозионных трещин на них меньше, чем на двухшовных трубах.

Рисунок 2. Сравнение количества одношовных и двухшовных труб

Рисунок 3. Соотношение количества одношовных и двухшовных труб с дефектами КРН

Коррозийное растрескивание под напряжением (КРПН) – это растрескивание, вызванное комбинированным воздействием растягивающего напряжения и коррозионности среды. Воздействие КРПН обычно проявляется на свойствах металла в виде (так называемого) "сухого" растрескивания или в виде снижения порога усталости материала. Растягивающие напряжения могут быть как в форме непосредственно прилагаемого напряжения или в виде остаточного напряжения.

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРПН) характеризуется трещинами, распространяющимися либо транскристаллически, либо межкристаллитно (вдоль границ зерен). Существует несколько типов коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН), например: КРПН, вызываемое хлоридом, и КРПН, вызываемое сероводородом (H₂S).

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРПН) является результатом комбинированного действия трех факторов:

Растягивающее напряжение в металле
Агрессивные среды - особенно хлоридсодержащие или сероводородсодержащие (H2S) среды. КРПН, вызываемое хлоридом, обычно происходит при температуре выше 60 °C (140 °F)
Использование восприимчивых к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРПН) материалов

Коррозионному растрескиванию под напряжением изделий из нержавейки в хлоридсодержащей среде предшествует точечная коррозия, которая происходит в том случае, когда нержавеющая сталь не обладает достаточной устойчивостью к точечной коррозии. Таким образом в металле появляются трещины, которые со временем увеличиваются. В конечном итоге это приводит к потере контакта между зернами металла.

Причины коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН)

Образование трещин в металле происходит в местах напряжения.

Этот процесс предполагает ускоренную коррозию вдоль траектории повышенной коррозийной восприимчивости, при этом основная часть материала, как правило, не подвергается коррозийному разрушению. Чаще всего активная траектория проходит по границе зерна, где примеси могут затруднять пассивирование.

Таким образом, может развиться некоторая форма щелевой коррозии, в результате чего будет корродировать граница зерна, а поверхность вокруг трещины останется цельной. Этот процесс может происходить при отсутствии нагрузки, и приводить к межкристальной коррозии, которая равномерно распространится по поверхности материала. Эффект от приложенного напряжения, вероятно, заключается в основном в раскрытии трещин, а следовательно в облегчении процесса распространения продуктов коррозии по направлению - от вершины трещины – что, в свою очередь, также приведёт к ускорению процесса коррозии. Коррозионные процессы вдоль активной траектории по своей природе ограничены скоростью коррозии металла на вершине трещины: это ограничивает максимальную скорость роста трещин до 10-2 мм/с, но темпы роста трещин зачастую гораздо ниже, примерно около 10-8 мм/с (около 1 мм в течение 3-х лет) или даже меньше.

Холодная деформация и формовка, сварка, термообработка, механическая обработка и шлифовка могут быть причинами возникновения остаточных напряжений. Величина и важность таких напряжений часто недооценивается. Остаточное напряжение, появившееся в результате сварочных работ, как правило, стремится к (условному) пределу текучести. Рост количества продуктов коррозии в закрытых пространствах также может вызывать значительные нагрузки и этот аспект нельзя упускать из виду. КРПН обычно происходит в результате влияния комбинации трёх факторов: чувствительности сплава, неблагоприятной окружающей среды и воздействия нагрузки.

Как правило, большая части поверхности не подвержена разрушительной силе коррозии, однако мелкие трещины все же способны проникать в материал. По своей микроструктуре эти трещины могут иметь межкристальную или транскристальную морфологию. Трещины под воздействием КРПН макроскопически обладают хрупким внешним видом. КРПН классифицируется как катастрофический вид коррозии в связи с тем, что обнаружение таких мелких трещин может быть весьма затруднено, а ущерб от их возникновения предсказать очень не просто. Экспериментальные статистические данные о КРПН печально известны своим широким разбросом. Ужасное разрушение может произойти совершенно неожиданно даже при минимальной общей потере материала.

Микрофотография (X500) иллюстрирует межкристаллическую КРПН в трубе теплообменника с трещиной по границам зерен.

Микрофотография (X300) иллюстрирует КРПН в трубопроводной системе химической обработки из нержавеющей стали AISI 316. Трещины от хлоридной коррозии под напряжением в аустенитной нержавеющей стали характеризуются несколькими разветвленными "молниями".

КРПН под воздействием хлорида

Это одна из самых важных форм коррозии под напряжением: она имеет отношение к коррозии под воздействием хлорида в атомной отрасли. Коррозия под воздействием хлорида является разновидностью межкристаллитной коррозии, которая происходит в аустенитной нержавеющей стали под растягивающим напряжением в присутствии кислорода, ионов хлорида и высокой температуры. Считается, что она начинается с того, что карбид хрома накапливается вдоль границ, которые делают металл не защищённым от коррозии. Эта форма коррозии контролируется сохранением низкого уровня ионов хлорида и кислорода в окружающей среде, а также использованием низкоуглеродистой стали.

Коррозийное растрескивание под напряжением вызываемое H2S
Технологические жидкости, применяемые в нефтяной и газовой промышленности для увлажнительных и окислительных работ, часто содержат определенное количество сероводорода (H2S). При рассмотрении риска возникновения коррозии, вызываемой кислыми технологическими жидкостями, необходимо принимать во внимание не только величину рН, но и парциальное давление H2S. Кроме того, стоит обращать внимание на температуру, содержание кислорода и хлора, а также на присутствие каких-либо твердых частиц (таких как песок).

Подтверждается, что коррозионное растрескивание под напряжением, вызываемое H2S, чаше всего протекает при температуре около 80 °C (176 °F), но растрескивание может произойти и при температуре ниже 60 °C (140 °F).

Как сократить риск коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН)

Риск коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН) можно свести к минимуму за счет качественного проектирования оборудования и инвентаря. Особенно важно избегать концентрации механического напряжения растяжения, которое появляется на острых кромках и вырезах. Во многих случаях проблемы коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН) могут быть решены путем правильного выбора подходящего материала.

Наиболее эффективными средствами для предотвращения КРПН являются:

правильное использование соответствующих металлов;
снижение напряжения;
устранение критически-значимых элементов из окружающей среды: гидроксидов, хлоридов и кислорода;
избегание застойных зон и щелей в теплообменниках, где могут концентрироваться хлорид и гидроксид. Низколегированная сталь менее восприимчива, чем высоколегированная, но она может быть подвержена КРПН благодаря воде с содержанием ионов хлорида.

Аустенитные стали типа ASTM304 и 316 имеют ограниченную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРПН) даже при очень низком содержании хлора и низких температурах.

ГОСТ

Коррозионное растрескивание под напряжением: сущность и факторы

Коррозионное растрескивание под напряжением – это растрескивание, которое происходит из-за комбинированного воздействия коррозионности среды и растягивающего напряжения.

Воздействие коррозионного растрескивания под напряжением, как правило, проявляется на металле в виде снижения его порога усталости и “сухого” растрескивания. Растягивающее напряжение проявляется в виде остаточного напряжения или в форме прилагаемого напряжения. Коррозионное растрескивание под напряжением характеризуется трещинами, которые распространяются межкристаллитно (вдоль границ зерен) или транскристаллически. Существуют два основных вида коррозионного растрескивания:

Коррозионное растрескивание, вызываемое сероводородом.
Коррозионное растрескивание, вызываемое хлоридом.

Коррозионное растрескивание под напряжением представляет собой результат комбинированного действия следующих факторов:

Применение материалов, которые являются восприимчивыми к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Растягивающее напряжение в металле.
Воздействие агрессивных сред.

Коррозионному растрескиванию под напряжением изделий из нержавейки в среде, в которой содержится хлор, предшествует точечная коррозия, происходящая при условии недостаточной устойчивости стали к ней. Как результат, в металле образуются трещины, увеличивающиеся во времени, что способствует потере контакта между зернами металла.

Нержавейка – это легированная сталь, которая является устойчивой по отношению к коррозии в агрессивных средах и атмосфере.

Причины коррозионного растрескивания под напряжением

Готовые работы на аналогичную тему

Процесс коррозионного растрескивания под напряжением предполагает достаточно быстротечную коррозию вдоль высокой коррозионной восприимчивости и, как правило, основная часть материала не подвергается разрушению из-за коррозии. Обычно, активная траектория проходит по границе зерна, в месте, где примеси затрудняют протекание процесса пассивирования. Из-за этого может развиться щелевая коррозия - граница зерна будет, но поверхность вокруг трещины будет оставаться цельной. Данный процесс может происходить из-за отсутствия нагрузки и стать причиной межкристаллитной коррозии, которая распространяется по поверхности материала. Эффектом от приложенного напряжения является раскрытие трещины, что ускоряет и облегчает распространение коррозии от ее вершины. Коррозионные процессы вдоль траектории ограничены скоростью коррозии на вершине трещины и составляют около одного миллиметра за три года.

Причинами возникновения остаточного напряжения могут быть сварка, термическая обработка, шлифовка, механическая обработка, формовка и холодная деформация. Например, остаточное напряжение, возникшее из-за сварочных работ, стремится к пределу текучести. Коррозионное растрескивание под напряжением может происходить из-за воздействия нагрузки, высокой чувствительности сплава, а также неблагоприятной окружающей среды. По своей структуре трещины имеют межкристальную или транскристальную морфологию. Коррозионное растрескивание под напряжением - катастрофический вид коррозии, поэтому обнаружение мелких трещин представляет собой достаточно затруднительный процесс, при этом спрогнозировать точный ущерб от них практически невозможно. Статистические данные о коррозионном растрескивании под напряжением известны своим разбросом. Разрушение материала может произойти неожиданно, даже в случае минимальной общей потери самого материала.

Способы предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением

В первую очередь, риск коррозионного растрескивания под напряжением сводится к минимуму при помощи качественного проектирования инвентаря и оборудования. Стоит избегать высокой концентрации механического напряжения растяжения, возникающего на острых кромках и вырезах. В большинстве случаев проблемы, возникающие при коррозионном растрескивании под напряжением, решаются путем правильного выбора материалов. Одними из самых эффективных средств предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением являются:

снижение напряжения;
правильное использование материалов;
удаление (устранение) из окружающей среды критических элементов - кислорода, гидроксидов и хлоридов;
недопущение наличия в теплообменниках щелей и зон, в которых могут концентрироваться гидроксиды и хлориды.

Низколегированная сталь менее восприимчива к коррозии под напряжением по сравнению с высоколегированной, но и она может быть подвержена коррозионному растрескиванию под напряжением из-за воздействия воды, в которой содержатся ионы хлорида.

Читайте также: