Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Понятие о коррозионной стойкости

Методы оценки коррозионной стойкости сварных соединений и борьбы с коррозией

Заключение

Список литературы

Введение

Коррозия - процесс физико-химического разрушения металла под влиянием внешней среды. Сварные соединения из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей, работающие в условиях химически активной среды, подвержены коррозии (разъеданию).

По своему действию на металл коррозию разделяют на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия представляет собой процесс непосредственного химического взаимодействия между металлом и средой, как, например, окисление железа на воздухе при высоких температурах с образованием окалины.

Электрохимическая коррозия - это разрушение металла с участием электрического тока, который возникает при работе металла в воде, растворах кислот, солей и щелочей.

Различают два вида коррозии: общая и межкристаллитная.

При общей коррозии вся поверхность металла или часть его химически взаимодействует с агрессивной средой. С течением времени поверхность разъедается и толщина металла соответственно уменьшается.

При межкристаллитной коррозии происходит разрушение металла по границам зерен. Внешне металл не меняется, но связь между зернами значительно ослабевает, и при испытании на изгиб в растянутой зоне образца образуются трещины по границам зерен.

Понятие о коррозионной стойкости

Коррозионная стойкость - способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях. Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии. Для количественной оценки можно использовать:

время, истекшее до появления первого коррозионного очага (показатель склонности к коррозии К);

число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени (очаговый показатель коррозии);

уменьшение толщины материала в единицу времени (глубинный показатель коррозии);

изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени (весовой показатель коррозии);

объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени (объемный показатель коррозии);

плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;

изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления, отражательной способности материала, механических свойств).

Разные материалы имеют различную коррозионную стойкость, для повышения которой используются специальные методы. Так, повышение коррозионной стойкости возможно при помощи легирования (например, нержавеющие стали), нанесением защитных покрытий (хромирование, никелирование, алитирование, цинкование, окраска изделий), пассивацией и др. Устойчивость материалов к воздействию коррозии, характерной для морских условий, исследуется в камерах солевого тумана.

Методы оценки коррозионной стойкости сварных соединений и борьбы с коррозией

Оценку стойкости сварных соединений против общей коррозии проводят несколькими методами.

Весовой метод заключается во взвешивании сварных образцов размером 80 X 120 мм и толщиной 6-10 мм со швом посредине до и после испытания и определении потерь в весе (в г/м2) за определенное время. Усиление шва снимают. Перед испытанием образцы взвешивают с точностью до 0,01 г и замеряют их общую поверхность по всем шести граням. Затем образцы кипятят несколькими циклами по 24-48 ч в азотной или серной кислоте соответствующей концентрации в зависимости от условий работы сварного соединения.

После кипячения с образцов мягкими скребками из дерева, алюминия или меди полностью удаляют продукты коррозии и образцы снова взвешивают. Вычитая вес образца после испытания из первоначального веса и отнеся разность к общей площади поверхности образца (в м2) и одному часу испытания, получают показатель коррозии по потере веса в г/м2*ч и пересчитывают его на потерю веса в г/м2*год.

Скорость проникания коррозии П в мм/год определяют по формуле

П = (К/д)*10-3

где К - потеря веса, г/м2*год;

д - плотность металла, г/см3.

Полученные расчетные данные сравнивают с данными ГОСТа.

По ГОСТ 13819-68 оценку коррозионной стойкости черных и цветных металлов, а также их сплавов при условии их равномерной коррозии проводят по десятибалльной шкале коррозионной стойкости (табл. 15).

Таблица 15. Десятибалльная шкала коррозионной стойкости

Коррозионную стойкость металлов при скорости коррозии 0,5 мм/год и выше оценивают по группам стойкости, а при скорости ниже 0,5 мм/год - по баллам.

Этой шкалой нельзя пользоваться при наличии в металле межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания.

Профилографический метод состоит в определении степени коррозирования (глубины разъедания) различных участков сварного соединения (основного металла, зоны термического влияния и металла шва). Образцы испытают в среде, аналогичной по действию той, в которой будет работать сварное соединение, но более быстродействующей с определенным коэффициентом ускорения. Глубину разъедания измеряют с помощью специальных профилографов и профилометров, после чего на бумаге вычерчивают профиль сварного соединения после коррозии.

При электрохимическом (потенциометрическом) методе определяют разность потенциалов в той или иной коррозионной среде между сварным швом, зоной термического влияния и основным металлом. Это дает довольно правильные представления о направлении процесса коррозии.

Объемный метод применяют для коррозионных испытаний только основного металла. Он заключается в определении количества газов, образующихся в результате коррозии.

При методе определения коррозионной стойкости по изменению механических свойств для испытания подбирают сильно действующую среду, как, например, раствор серной или соляной кислоты. Образцы выдерживают в коррозионной среде определенное время, а затем подвергают механическим испытаниям, по результатам которых судят о стойкости сварных швов против коррозии.

Качественную оценку коррозионных поражений проводят внешним осмотром, а также исследованием с помощью лупы или микроскопа сварных соединений после коррозионных испытаний. Эта оценка служит дополнением к методам количественной оценки коррозионных поражений.

Межкристаллитной коррозии подвержены главным образом аустенитные и аустенитно-ферритные нержавеющие стали с большим содержанием хрома.

При сварке этих сталей отдельные участки основного металла, расположенные по обе стороны от шва, подвергаются действию температур, которые могут вызвать распад твердого раствора и выпадение карбидов железа и хрома на границах зерен. Снижение содержания хрома приводит к потере коррозионной стойкости металла и развитию межкристаллитной коррозии (рис. 117), которая может поразить также участки шва, подверженные повторному воздействию сварочного нагрева.

Рис. 117. Межкристаллитная коррозия в результате выпадения карбидов а - при сварке пересекающихся швов; б - при возобновлении сварки шва после смены электрода; в - при двустороннем сварном шве

Испытания на межкристаллитную коррозию аустенитных, аустенитно-ферритных иаустенито-мартенситных коррозионностойких сталей проводят по ГОСТ 6032-58*.

Образцы (рис. 118) вырезают механическим способом. Контрольную поверхность толщиной до 10 мм состругивают на глубину до 1 мм. Образцы толщиной более 10 мм вырезают поперек шва с таким расчетом, чтобы толщина его была 5 мм, а ширина равнялась толщине основного металла. Чистота поверхности образцов перед испытанием должна быть не ниже Д7.

Рис. 118. Образцы для испытания на межкристаллитную коррозию

а - при толщине металла до 10 мм; б - при толщине металла более 10 мм; S - толщина металла: I - место вырезки образца; II - контрольная поверхность; III - отход

Склонность металла к межкристаллитной коррозии определяют по методам A, AM, В:

А - в водном растворе медного купороса и серной кислоты;

AM - в водном растворе медного купороса и серной кислоты в присутствии медной стружки;

В - в водном растворе медного купороса и серной кислоты с добавкой цинковой пыли.

Все испытания проводят в колбе или специальном бачке из хромоникелевой стали с обратным холодильником. В реакционный сосуд загружают образцы и заполняют его соответствующим раствором на 20 мм выше образцов. Затем образцы кипятят в растворе: для метода А - 24 ч, AM - 15 или 24 ч; В - 144 ч.

После кипячения образцы промывают, просушивают и загибают на угол 90°. При этом радиус закругления губок или оправки должен быть равен: при толщине образцов до 1 мм - 3 мм, от 1 до 3 мм - не более трехкратной толщины образца и свыше 3 мм - 10 мм.

Поверхность в зоне изгиба образца тщательно осматривают с помощью лупы при увеличении в 8-10 раз. Если на поверхности будут обнаружены поперечные трещины, то это значит, что металл склонен к межкристаллитной коррозии и непригоден для эксплуатации.

Кроме методов A, AM и В существуют еще методы Б и Д.

При методе Б производят анодное травление участков поверхности деталей или зоны термического влияния. Металл сварного шва этим методом не контролируют. Метод Б основан на анодной поляризации и состоит в воздействии коррозионной среды и электрического тока на поверхность испытуемой детали.

Сосуд для коррозионной среды (рис. 119) состоит из свинцовой воронки с резиновой манжетой, плотно прилегающей к поверхности контролируемой детали. Для испытаний собирают установку по схеме, приведенной на рис. 120.

Рис. 119. Сосуд для испытания анодным травлением

а - горизонтальных поверхностей; б - вертикальных поверхностей; I - свинцовая воронка; 2 - резиновая манжетка; 3 - поверхность контролируемой детали

Рис. 120. Электрическая схема для испытания методом анодного травления

1 - источник постоянного тока; 2 - амперметр с ценой деления не более 0.1 а; 3 - реостат или магазин сопротивления; 4 - выключатель; 5 - свинцовый сосуд; 6 - резиновая манжета; 7 - контролируемый образец

Испытания проводят по обеим сторонам сварного шва в шахматном порядке, а в случае перекрытых швов - во всех местах перекрещивания (рис. 121). Поверхность контролируемых участков шлифуют наждачной бумагой и промывают чистым авиационным бензином и спиртом. На отшлифованную поверхность плотно устанавливают сосуд и наливают в него 3-5 мл электролита (60% серной кислоты и 0,5% уротропина), включают электрический ток и в течение 5 мин подвергают металл коррозированию. Полярность устанавливают таким образом, чтобы испытуемое изделие служило анодом, а свинцовый сосуд - катодом. С помощью реостата устанавливают ток плотностью 0,65 а/см2 при напряжении 5-9 в.

Рис. 121. Схема проведения контроля перекрывающихся сварных швов методом анодного травления

1 - сварной шов; 2 - место анодного травления

По прошествии 5 мин ток выключают, детали промывают водой и протирают спиртом. Образовавшиеся пятна на поверхности образца рассматривают под микроскопом при увеличении не менее чем в 30 раз. При контроле готовых сварных конструкций, когда применение микроскопа невозможно, допускается применение бинокулярной лупы или оптических трубок с 20-кратным увеличением. Если пятно анодного травления имеет однородный светлый или темный цвет, то это значит, что металл не склонен к межкристаллитной коррозии. Браковочным признаком является образование в нем непрерывной сетки.

По методу Д образцы испытывают в кипящей 65% ной азотной кислоте. Перед испытанием образцы взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,1 мг. Затем их помещают в стеклянную колбу с обратным холодильником, заливают кислотой из расчета не менее 9 мл кислоты на 1 см2 поверхности образца и кипятят в течение 48 ч.

Всего проводят три цикла кипячения (каждый раз в новом растворе), промывая, просушивая, обезжиривая и взвешивая образцы после каждого цикла. Коррозионную стойкость определяют по скорости коррозии образцов, выраженной в мм/год за каждые 48 ч. Если скорость коррозии превысит 2 мм/год или будет иметь место ножевая коррозия, металл бракуют.

Рассмотрение особенностей видов коррозионного разрушения сварных соединений более рационально производить для группы свариваемых сталей, в которых методы предупреждения коррозии и уменьшения влияния коррозионного ослабления конструкции практически одинаковы. По этим признакам все сварные соединения, применяемые в нефтехимическом оборудовании, можно разбить на следующие группы:

1. Сварные соединения малоуглеродистых и низколегированных кремнемарганцовистых сталей (Ст3, Сталь10, Сталь 20, 15К, 16ГС, 09Г2С и т. д.).

2. Сварные соединения теплоустойчивых хромомолибденовых сталей (12МХ, 15Х5М, Х9М и т. д.).

3. Сварные соединения высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей и сплавов более сложного легирования (08Х13, 12Х18Н10Т и т. д.).

4. Сварные соединения двухслойных сталей;

5. Сварные соединения разнородных сталей.

Рассмотрим первые три группы как наиболее часто встречающиеся на опасных производственных объектах нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Первая группа сварных соединений сталей: Сварные соединения первой группы сталей подвержены общей коррозии, электрохимической коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Сварные соединения первой группы сталей не имеют склонности к межкристаллитной коррозии, для которой в этой группе сталей не могут быть созданы необходимые условия. Склонность сварных соединений этой группы сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением проявляется как в кислой, так и в щелочной агрессивной среде. Наиболее эффективной мерой предупреждения коррозионного растрескивания под напряжением сварных соединений этих материалов являются методы снижения остаточных сварочных напряжений в процессе термической обработки по режиму высоко отпуска. Вторая группа сварных соединений сталей: Сварные соединения второй группы сталей также не могут быть склонны к межкристаллитной коррозии, а для исключения коррозионного растрескивания под напряжением здесь также служит термическая обработка сварных соединений, которая для этой группы сталей необходима еще и поэтому, что обеспечивает повышение стойкости сварного соединения к закалочным трещинам и хрупким разрушениям еще до эксплуатации, например, в процессе гидроопрессовки. Таким образом, отсутствие термообработки здесь проявляется уже до вывода нефтехимического оборудования на рабочий режим. Третья группа сварных соединений сталей: Сварные соединения третьей группы сталей(с 13 и выше процентами хрома без никеля, а также хромоникелевых сталей типа 12Х18Н10Т и других высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе - ХН32, ХН60, ХН70 и т. д.) является идеальной для проявления склонности к МКК и КР под напряжением без соответствующих технологических мероприятий, предупреждающих реализацию этих видов коррозионного разрушения сварных соединений. Причем эти технологические мероприятия связаны не только со специальным видом термической обработки, который здесь рекомендуется - стабилизирующий отжиг при 850-900оС, но в некоторых случаях (для предупреждения КР) количественным содержанием никеля в металле шва.

В зависимости от характера возникновения коррозии существуют различные методы борьбы с ней: 

1. Общие методы: применение новых коррозионно-стойких материалов и более рациональная проработка конструкции; использование защитных покрытий; ингибирование среды и электрохимическая защита. 

2. Улучшение сварочных режимов и ликвидация сварочных дефектов: применение предварительного, сопутствующего или последующего подогрева свариваемых деталей для уменьшения скорости их охлаждения; применение специальных присадочных материалов; ультразвуковая обработка; термомеханическая обработка; наложение дополнительных валиков; поперечные колебания дуги при сварке. Уменьшение скорости охлаждения помогает снизить структурную неоднородность и остаточные напряжения. 

3. Для уменьшения межкристаллитной коррозии шва применяют следующие способы: снижают содержание углерода менее предела его растворимости в аустенитной фазе; добавляют титан и ниобий; увеличивают скорость охлаждения в области критических температур, предотвращая выпадение карбидов. 

4. Зачистка сварных швов и нанесение защитных покрытий для ликвидации точечной коррозии. 

5. Для уменьшения остаточных напряжений - снижение объема метала, участвующего при сварке; создание обратных деформаций; компенсация деформаций симметричным наложением швов; создание условий для свободной усадки при сварке; предварительный и последующий нагрев; механическое воздействие на шов после сварки (проковка шва, прокатка зоны сварного шва, обкатка роликами, обработка взрывом); приложение обратной статической нагрузки к конструкциям.

Важным условием стойкости сварного соединения против коррозии является его однородность (стабильность химического состава металла шва, отсутствие в шве газовых пузырей, неметаллических включений).

В зависимости от соотношения этих факторов наблюдается коррозия металла шва или коррозия в околошовной зоне. В Институте электросварки исследовалась коррозионная стойкость сварных швов на малоуглеродистой стали (в морской воде и в кислотах). Испытания в 10-процентной серной кислоте проводились на образцах со стыковым швом и на образце без шва. Оказалось, что шов, сваренный электродами ОММ-5, коррозирует с такой же скоростью, как и основной металл, а шов, сваренный автоматом, коррозирует на 15-25% меньше, чем основной металл. В морской воде шов, сваренный автоматом, коррозирует на 10% меньше основного металла.

Испытания образцов сварных соединений показали их высокую стойкость против коррозии, однако из опыта эксплуатации сварных судов известны случаи значительной коррозии сварных швов.

Дополнительные исследования показали, что интенсивная коррозия сварных швов на некоторых судах была обусловлена следующими факторами: 1) наличием окалины на листах; 2) низким качеством сварочных работ; 3) повреждением слоя окраски; 4) повышенной температурой и соленостью воды в тропических морях (при рейсах Черное море - Дальний Восток).

На судах, плававших в северных районах (но не в ледовых условиях), случаи усиленной коррозии сварных швов наблюдаются значительно реже.

Вредная роль окалины на поверхности листов связана с тем, что она хорошо проводит электрический ток, обладает более высоким по отношению к шву положительным потенциалом и образует на обшивке катод с большой поверхностью. При разрушении окраски, которая легче всего разрушается на выступающих сварных швах, образуется коррозионная пара: окалина (катод) - сварной шов (анод); в результате коррозионный ток, воздействуя на небольшую поверхность сварных швов, вызывает их интенсивную коррозию.

Основные средства борьбы с коррозией сварных швов на корпусах сводятся к следующему: 1) обязательная очистка судостроительной стали от окалины; 2) применение прочных красок (этинолевых); 3) регулярное докование судов и уход за окраской.

При постройке ледоколов, на которых по условиям эксплуатации не удается избежать разрушения окраски в подводной части, необходимо повышать коррозионную стойкость сварных швов (изменение потенциала) путем дополнительного легирования металла шва. По данным К. Г. Николаева, наиболее эффективно легирование металла шва никелем (0,6-0,9%) либо хромом (0,8-0,9%). Необходимо также ограничивать содержание марганца (не более 0,65%) и кремния (не более 0,35%), так как при большем содержании этих элементов коррозионная стойкость сварных швов резко падает.

Для экономии Ni и Сr легирование металла шва можно осуществлять только в поверхностных его слоях. Коррозия сварных швов внутри корпуса на танкерах происходит с такой же интенсивностью, с какой коррозирует и основной металл. Поэтому меры борьбы с коррозией танков общие. Наиболее распространенная система - постановка цинковых или магниевых протекторов и введение ингибиторов (веществ, замедляющих процесс коррозии).

Рис. 1. Виды коррозионных разрушений сварных соединении: а - общая коррозия; 1 - равномерная сварного соединения; 2 - сосредоточенная на шве, 3 - ускоренная основного металла, 4 - сосредоточенная в зоне термического влияния; б - местная коррозия; 1 - межкристаллитиая коррозия в зоне термического влияния, 2 - в шве, 3 - п зоне сплавления (ножевая коррозия), 4 - точечная коррозия; в -. коррозионное растрескивание и усталость

коррозия металл соединение сварной

Заключение

Металлы и металлические сплавы - одни из основных конструкционных материалов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. По причине такого широкого распространения металлов вопросы их коррозионной стойкости имеют важнейшее значение для производства сварных конструкций и промышленности в целом.

Список литературы

1. Федосова Н.Л. «Антикоррозионная защита металлов.» - Иваново, 2009.

2. Авдеенко А.П «Коррозия и защита металлов. Справочное пособие.»

3. Жук Н.П. «Курс теории коррозии и защиты металлов.» - М.: Металлургия, 1976.

4. Кофанова Н.К. «Коррозия и защита металлов. Учебное пособие.»- Алчевск, 2003.

Размещено на Allbest.ru