Виды коррозии и методы их оценки.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Первопри­чиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в различных средах при данных внешних условиях.

Разнообразие условий, сред, свойств и структуры материалов является причиной различных видов коррозии. По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия подчиняется основным законам чисто химической кинетики гетерогенных реакций, не сопровождающихся возникновением электрического тока, в отличие от электрохимической коррозии, подчиняющейся) законам электрохимической кинетики с протеканием электрического тока.

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения материалов, коррозия может быть следующих видов:

• газовая (коррозия металлов в газах при высоких температурах);

• атмосферная (в атмосфере воздуха или влажных газах);

• коррозия в неэлектролитах (химическая коррозия металлов в неэлектропроводящих жидких средах);

• коррозия в электролитах (электрохимическая коррозия электропроводных жидких средах, расплавах, растворах щелочей, солей, кислотах);

• подземная коррозия (в почвах, грунтах);

• биокоррозия (под воздействием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов);

• коррозия блуждающим током (под воздействием блуждающих токов, например, электрокоррозия металла трубопровода, кабеля)

По условиям протекания коррозионного процесса различай следующие виды коррозии:

• контактная коррозия (при контакте металлов, имеющих различные потенциалы в данном электролите);

• щелевая коррозия (коррозия в щелях, зазорах металла другими материалами);

• коррозия при неполном погружении в жидкую коррозионную среду;

• коррозия при полном погружении в жидкую коррозионную среду;

• коррозия при переменном погружении металла целиком или частично в жидкую коррозионную среду;

• коррозия при трении (см. коррозионно-механическое изнашивание);

• фреттинг-коррозия (см. изнашивание при фреттинг-коррозии);

• коррозионная кавитация;

• коррозия под напряжением (при воздействии коррозионной среды и постоянной или переменной нагрузке).

По характеру разрушения коррозию подразделяют на сплошную, охватывающую всю поверхность, и местную, охватывающую отдельные участки поверхности. Сплошная коррозия может быть:

• равномерной (металл разрушается на примерно одинаковую глубину по всей поверхности);

• неравномерной (металл разрушается на отдельных участках и различную глубину);

• избирательной (разрушается преимущественно структурная составляющая металла или один компонент сплава).

Местная коррозия может быть следующих видов:

• пятнами (в виде отдельных пятен),

• язвенная (в виде отдельных глубоких раковин),

• точечная или питтинг (в виде отдельных точечных поражена имеющих значительную глубину),

• сквозная (разрушение металла насквозь),

• межкристаллнтная (преимущественно по границам зерен),

• ножевая (локализованная в зоне сплавления сварных соединений).

Требования к защите промышленного оборудования с коррозии установлены Единой системой стандартов зашиты с коррозии и старения материалов (ЕСЗКС), а также отраслевые стандартными и многочисленными методическими рекомендациями по отдельным видам оборудования.

Основные ГОСТы:

9.005-89, 9.008-82, 9.014-92. 9.028-91, 9.101-89, 9.102-91. 9.103-7; 9.301-90, 9.302-88, 9.304-87, 9.305-90, 9.306-87, 9.502-89. 5272-6^ 6130-89, 16149-70, 25821-93.

Методы испытаний на коррозию различных материалов в раз личных условиях отражены в ГОСТах: 9.019-89, 9.021-83, 9.039-90;9.068-87, 9.067-76, 9.049-91, 9.071-89, 9.308-85, 9.507-88, 9.701-89 9.706-81, 9.710-84, 9.713-86, 9.715-86, 9.707-89, 9.902-86, 9.903-81, 9.904-82, 9.905-90, 9.907-83, 9.040-74, 9.309-86, 9.703-90, 25821-93.

Способность сопротивляться разрушающему воздействию коррозионной среды характеризует коррозионную стойкости металла. Основные количественные показатели различных видов коррозии и коррозионной стойкости материалов определяют согласно ГОСТ 9.908-90.

Коррозионная стойкость характеризуется скоростью коррозии, т.е. количеством металла, растворяющегося с единицы поверхности в единицу времени, или скоростью проникновения коррозии, т.е. глубиной коррозионного разрушения металла в единицу времени. Массовый показатель коррозии определяется по потере массы образца металла , отнесенной к площади образца S и времени коррозии t

ГОСТ 9.908-90 устанавливает десятибалльную шкал; коррозионнойстойкости металлов при условии их равномерно» коррозии

 

Группа стойкости	Скорость коррозии П	Балл
· Совершенно стойкие · Весьма стойкие · Стойкие · Пониженностойкие · Малостойкие · Нестойкие	Менее 0,001 Свыше 0,001-0,01 Свыше 0,01-0,1 Свыше 0,1-1 Свыше 1-10 Свыше 10	2-3 4-5 6-7 8-9

Расчет проникновения коррозии (П) в мм/год производят п формуле

где К — потеря масс, г/м^:год,

8 — плотность материала, г/см'.

Учитывая важность в обеспечении безопасной работы сосуде работающих под давлением в химической промышленности возможность их разрушения в результате межкристаллитной коррозии, стандартизированы (ГОСТ 6032-89) методы испытания на межкристаллитную коррозию коррозионно-стойких сталей сплавов ферритного, аустенитного, аустенитно-мартенситного аустенитно-ферритного классов, а также сварных соединений наплавленного металла и металла шва. К таким сталям относятся высоколегированные хромоникелевые стали типа 2Х18Н9; 2Х13Н4Г9, Х18Н10Т, Х23Н28МЗДЗТ и другие, предназначенные для работы с высокоагрессивными реагентами.

Дополнительно ГОСТ 9.914-91 устанавливает электрохимические методы (потенциостатического травления, капельных измерение потенциала коррозии, потенциодинамическойреактивации) определения стойкости против межкристаллитной коррозии коррозионностойких сталей 08Х18Н10Ти 12Х18Н10Т.

Испытания на стойкость к питтинговой коррозии коррозионностойких сталей проводят выдерживанием образцов растворе трихлорида железа с последующим определением потери массы образца (ГОСТ 9.912-89). Метод испытания жаростойких металлов и сплавов на термоусталость в газовых потоках установлен ГОСТ 9.910-88.

Основные количественные показатели различных видов коррозии и коррозионной стойкости материалов даны в таблице

По характеру исследований методы испытаний на коррозионную стойкость подразделяют на лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. Ввиду разнообразия коррозий методы испытаний не стандартизированы, однако частично регламентированы ведомственными техническими условиями.

Скорость процессов разрушения материалов существенно (иногда на несколько порядка) увеличивается под совместным воздействием механических и коррозионных факторов. В связи с этим ГОСТ 9.903-81 устанавливает методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей и титановых сплавов. Стандарт устанавливает различные методы испытаний: при постоянной нагрузке, при ступенчато меняющейся нагрузке, при постоянном деформировании. Критерием оценки стойкости материала к коррозионному растрескиваниюявляется пороговый коэффициент интенсивности накопления напряжений,характеризующий сопротивление материала росту трещины при коррозионном растрескивании (в заданных условиях), ниже которого трещины отсутствует пли скорость роста не превышает 0,0001 мм/час. Общие требования к выбору образцов, исполь­зованию и обработке результатов испытаний на коррозионное растрескивание сформулированы в ГОСТ 9.901.1-89. Примени­тельно к испытаниям образцов при одноосном растяжении эти требования устанавливает ГОСТ 9.901.4-89; образцов в виде' изогнутого бруса при изгибе — ГОСТ 9.901.2-89.

Вид коррозии	Коррозионный эффект (интегральный показатель коррозии)	Скоростной (дифференциальный) показатель коррозии	Показатель коррозионной стойкости
Сплошная коррозия	Глубина проникновения коррозии. Потеря массы на единицу площади.	Линейная скорость коррозии. Скорость убытка массы.	Время проникновения коррозии на допустимую (заданную) глубину. Время до уменьшения массы на допустимую (заданную) величину.
Коррозия пятнами	Степень поражения поверхности		Время достижения допустимой (заданной) степени поражения.
Питтинговая коррозия	Максимальная глубина питтинга. Максимальный размер поперечника питтинга в устье. Степень поражения поверхности питтингом.	Максимальная скорость проникновения питтинга.	Минимальное время проникновения питтинга на допустимую (заданную) глубину. Минимальное время достижения поперечника питтинга в устье. Время достижения допустимой (заданной) степени поражения.
Межкристал-литная коррозия	Глубина проникновения коррозии. Снижение механических свойств: относительного удлинения, сужения, ударной вязкости, сопротивления разрыву.	Скорость проникновения коррозии.	Время проникновения на допустимую (заданную) глубину. Время снижения механических свойств до допустимого (заданного) уровня.
Коррозионное растрескивание	Глубина (длина) трещины. Снижение механических свойств: относительного удлинения, сужения.	Скорость роста трещины	Время до появления первой трещины. Время до разрушения образца. Уровень безопасных напряжений (условный предел длительной прочности). Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании.
Коррозионая усталость	Глубина (длина) трещины.	Скорость роста трещины.	Количество циклов до разрушения, Условный предел коррозионной усталости. Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионной усталости
Расслаивающая коррозия	Степень поражения поверхности отслаиваниями. Суммарная длина торцов с трещинами.	Скорость проникновения коррозии

Ниже приводятся основные стандарты испытаний на коррозию цветных металлов и сплавов.

ГОСТ 9.904-82. Сплавы алюминиевые. Методы ускоренных испытаний нарасслаивающую коррозию.

ГОСТ 9.913-90. Алюминий, магний и их сплавы. Методы ускоренных коррозионных испытаний.

ГОСТ 9.019-89. Сплавы алюминиевые и магниевые. Методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание.

ГОСТ 9.021-74. Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод ускоренных испытаний на межкристаллитную коррозию.

При оценке безопасности оборудования помимо коррозионной стойкости металлов необходим контроль материалов уплотнительных устройств. Вулканизированные эластичные герметизирующие материалы испытывают на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при заданных температурах и продолжительности испытаний по одному или нескольким следующим показателям (ГОСТ 9.068-87):

• условной прочности при растяжении и относительному удлинению при разрыве,

• прочности связи герметика с металлом при отслаивании,

• изменении массы,

• скорости отслаивания герметика от металла при постоянной отслаиваюшей нагрузке.

Испытания резин на стойкость к воздействию агрессивных сред при постоянном растягивающем напряжении проводят по ГОСТ 9.065-84 и оценивают по времени до разрыва образца и скорости ползучести. Резины также испытывают:

• на стойкость к старению при статической деформации сжатия ГОСТ 9.029-81,9.070-76),

• на стойкость к термическому старению (ГОСТ 9.024-89),

• на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред (ГОСТ 9.030-92),

• на стойкость при вращательном движении в режиме трения (ГОСТ 9.061-89),

• на стойкость к воздействию агрессивных сред при статической деформации сжатия (ГОСТ 9.070-89),

• на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред при многократных деформациях растяжения (ГОСТ 9.062-75).

В случае воздействия биологических факторов на элементы конструкции коррозию называют биологической (ГОСТ 9.102-91). Под биологическим фактором понимают организмы или сообщества организмов, вызывающих нарушение исправного или работоспособного состояния объекта. Стойкость объекта сохранять значение показателей в пределах, установленных нормативно-технической документацией в течение заданного времени в процессе или после воздействия биофактора, называют биостойкостыо. Испытания на биостойкость подразделяют на лабораторные и в природных условиях.

 

ЛИТЕРАТУРА

ГОСТ 9.101-89. Единая система защиты от коррозии и старения {ЕСЗКС). Основные положения.

ГОСТ 9.040-74. ЕСЗКС. Металлы и сплавы. Расчетно-экспериментапьный метод ускоренного определения коррозионных потерь в атмосферных условиях.

ГОСТ 9.045-36. ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Ускоренные методы определения светостойкости.

ГОСТ 9.080-88. ЕСЗКС. Смазки пластичные. Ускоренный метод определения коррозионного воздействия на металлы.

ГОСТ 9.083-88. ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Методы ускоренных испытаний на долговечность в жидких агрессивных средах.

ГОСТ 9.308-85. ЕСЗКС. Покрытия металлические и неметаллические, неор­ганические. Методы ускоренных коррозионных испытаний.

ГОСТ 9.707*89. ЕСЗКС. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение.

ГОСТ 9.902*86. ЕСЗКС. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение.

ГОСТ 9.902-86. ЕСЗКС. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на коррозионную агрессивность.

ГОСТ 9.903-81. ЕСЗКС. Стали и сплавы высокопрочные. Методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание.

ГОСТ 9.905-82. ЕСЗКС. Методы коррозионных испытаний. Общие требования.

ГОСТ 9.908-85 ЕСЗКС. Металлы и сплавы. Методы определения показа­телей коррозии и коррозионной стойкости.

ГОСТ 6032-89. Стали и сплавы коррозионно-стойкие. Методы определения стойкости против межкристаллитной коррозии.

ГОСТ 21126-755. ЕСЗКС. Методы ускоренных испытаний на долговечность и сохраняемость в агрессивных средах. Общие положения.

ГОСТ 26294-84. Соединения сварные. Методы испытаний на коррозионное растрескивание.

ОСТ 26-2-87. Стали и сплавы на железноникелевой и никелевой основе.

Методы испытаний на стойкость против коррозионного растрескивания. - М.: НИИХИММАШ.

ОСТ-.26-04-2138-81Е. Изделия криогенного, автогенного, вакуумного машино­строения. Общие требования к временной противокор­розионной защите. - АО Криогенмаш.

РД 24.200.15-90. Сплавы на никелевой основе. Методы определения стойкос­ти против межкристаллитной коррозии. - М.: НИИХИМИАШ.

РД 24.200.16-90. Методы коррозионных испытаний металлических матери­алов. Основные требования. Оценка результатов. - М,: НИИХИММАШ.

РД26-11-12-86. Методические указания. Методы испытаний коррозионно-стойких сталей на стойкость против питтинговой и щелевой коррозии. - М,: НИИХИММАШ.

Метод испытания на коррозионное растрескивание с постоянной скоростью деформирования (Р 50-54-37-88). - М.:ВНИИНМАШ, 1988.

Расчеты и испытания на прочность. Методы определения сопротивления материала воздействию сероводородосодержащих сред. Рекомендации (Р 54-298-92). - М.: ВНИИНМАШ, 1992.

Инструкция по определению скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов на предприятиях Нефтехимпрома СССР. - Волгоград: ВНИКТИнефтехимоборудования, 1983.

Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Нефтепере­рабатывающая промышленность. Справочное изд. Под ред. Ю.И.Арчакова и др. - Л.: Химия, 1990.

Структура и коррозия металлов и сплавов. Атлас. Справочное изд. И.Я.Сокол и др. - М.: Металлургия, 1989.

Нефтеперерабатывающая промышленность. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Справочное руководство. Под ред. А.М.Сухотина. - Л.: Химия, 1990.

Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. - М.: Изд. АН СССР 1960.

Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. - М.: Металлургия, 1985.

Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. - М.:

Машиностроение, 1976.

Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. - М.: Машиностроение, 1990.

Маннапов Р.Г. Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии Обзорная информация. - М.: ЦИНТИхим-нефтемаш, 1990.

 

 

o Виды изнашивания и методы их определения.

Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела или накопления остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела (ГОСТ 27674-88. Обеспечение износостойкости изделий). Износ есть результат изнашивания, определенный в единицах длины, объема, массы и др. Износостойкость оценивается величеной, обратной скорости или интенсивности изнашивания, износостойкость проявляется по разному в зависимости от условий трения и вида изнашивания.

Изнашивания по характеру воздействия на поверхность трения и протекающих на ней процессов при эксплуатации оборудования принято подразделять на следующие виды:

Механическое изнашивание, к которому относятся: абразивное, гидроабразивное, эрозионное, гидроэрозионное, кавиационное, усталостное, изнашивание при фреттинге, изнашивание при заедании;

Коррозионно-механическое: окислительное, изнашивание при фреттинг-коррозии, водородное, электроэрозионное.

Механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия на поверхность трения детали; в отличие откоррозионно-механического изнашивания, происходящего в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и электрическим взаимодействием материала со средой.

Абразивное изнашивание является механическое изнашиванием в результате в основном режущего или царапающего действия твердых частиц.

Эрозионное изнашиваниепроисходит в результате воздействия на поверхность потока жидкости (гидроэрозионное) или газа (газоэрозионное). Если в потоке жидкости (газа) находится твердые частицы, то их воздействие на поверхность тела вызывает гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание.

Кавитационное изнашивание возникает, если при передвижении жидкости относительно тела в ней нарушается сплошность, образуются пузырьки, которые захлопываются вблизи поверхности, ударно воздействуя на нее.

Усталостное изнашивание характеризуется усталостным разрушением поверхностного слоя при многократном его деформирования при трении.

Изнашивание при заедании является результатом схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую.

Если основное влияние на процессы изнашивания оказывает образовавшиеся на поверхности окисные пленки, то та» изнашивание называют окислительным.

Изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии имеет место при малых относительных колебательных перемещениях сопряжений деталей и различается степенью воздействия окружающей среды.

Электроэрозионное изнашивание обусловлено воздействию, проходящего через контакт деталей электрического тока.

Водородное изнашивание возникает при концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся тел.

Кинетика изнашивания характеризуется диаграммой износ время. Эта диаграмма в зависимости от вида изнашивания, режим и условий работы трущихся материалов может иметь различный.характер.

Традиционная диаграмма содержит три участка: участок приработки деталей, участок установившегося изнашиванию, участок катастрофического изнашивания.

Количественно процесс изнашивания оценивается скорость изнашивания =h/t, отношением износа h к интервалу времени t течение которого он возник; или интенсивностью изнашивания, 1= h/L - отношением износа к пути, пройденному точка контакта поверхности.

Испытания на изнашивание подразделяют на лаборатории стендовые, полигонные, эксплуатационные. Схемы лабораторных испытаний разнообразны и моделируют режимы реальной эксплуатации узлов и деталей трения. Для оценки состояния трибосопряжений и прогнозирования остаточного ресурса необходимо уметь определить вид изнашивания и скорости; протекания данного вида изнашивания.

Для оценки износа трибосопряжений в условиях эксплуатации используют методы анализа состояния смазочного материала наличия в нем продуктов износа. Существует ряд метода обнаружения, количественного и качественного анализа продукта износа в смазочном материале. Электростатический метод контроля частиц применяют для диагностики дефектов деталей газовоздушного тракта, вызванных пригаром, коррозией, касанием лопаток ротора о статор. Метод основан на измерении газостатических-разрядов частиц износа (размером от 20 до 2000 Мкм), выносимых поверхности поврежденных деталей потоком газа.

Для определения содержания и контроля металлов в смазочном материале нашли применение методы рентгено-флюоресцентного и радиометрического анализа, атомно-эмиссионного спектрального анализа, спектрометрии высокочастотного индукционного аргонового плазменного источника.

Для регистрации ферромагнитных частиц износа и выявления тренда изнашивания используют вихретоковые и магнито-индуктивные датчики.

Для дистанционного измерения и контроля износа и коррозии используют метод поверхностной или тонкослойной активации. Метод основан на облучении поверхности изделия и измерении интен­сивности излучения образованной радионуклидной метки. Измене­ние интенсивности излучения переводится в характеристики уноса вещества по градуировочной кривой. Дистанционный контроль проводится в широких пределах от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров с точностью 5-15% для любого количества участков и по любой временной программе. Методика безопасна и экологически чиста. Метод поверхностной активации применяют:

• для диагностирования износа деталей машинного обору­дования (двигателей, компрессоров, насосов, зубчатых передач и др.);

• для диагностирования коррозии трубопроводов, арматуры, реакторов, резервуаров и др.;

• для оценки содержания продуктов износа в смазочных материалах.