Thread Content
Разрыв металлических материалов под действием напряженно-коррозионного воздействия — это явление, при котором происходит коррозионный разрыв под совместным действием статической растягивающей силы и коррозионной среды. Это отличается от разрушения, вызванного исключительно напряжением: такая коррозия может происходить даже при крайне низких уровнях напряжения ； Оно также отличается от повреждений, вызванных исключительно коррозией: даже среды с крайне слабой коррозионной активностью могут приводить к коррозионным трещинам. Это часто внезапный рывкоподобный разрыв без предвестников, который может привести к серьезным авариям. Поэтому это форма разрушения, чрезвычайно опасная. С учетом электрохимических процессов, происходящих в процессе развития трещин, коррозию под действием напряжений можно разделить на две основные категории: чувствительную к анодным реакциям и чувствительную к катодным реакциям. Стресс-коррозия, чувствительная к анодному реагированию, — это процесс образования и развития трещин под действием стресса, при котором основой является анодное растворение металла в зоне трещины; скорость роста трещины также определяется скоростью анодного растворения металла. Стресс-коррозия, чувствительная к катодным реакциям, — это вид такой стресс-коррозии, при котором происходит хрупкое разрушение в результате поглощения водорода на катоде; её также называют стресс-коррозией из-за водорода или просто водородной хрупкостью. Под стрессовой коррозией, как это обычно понимается, имеется в виду стрессовая коррозия, чувствительная к анодному реагированию. Характеристики коррозии под действием напряжений у металлических материалов включают следующие признаки: 1. Напряжения. Напряжения, вызывающие коррозию, в основном являются статическими; они могут возникать под действием внешних нагрузок или сил, связанных с процессом монтажа (например, сила затягивания болтов, сила расширения и т. д.). Также такие напряжения могут возникать в результате обработки материала, термообработки, сварки и других процедур. Независимо от источника, напряжение, приводящее к коррозионному разрушению под действием напряжений, должно содержать компонент растягивающего напряжения; сжимающее напряжение не может вызвать коррозионного разрушения. Кроме того, такое напряжение обычно довольно незначительно. Если не находиться в агрессивной среде, такие небольшие напряжения не приведут к механическому разрушению конструкции. Значение напряжения, вызывающего разрушение, должно определяться в зависимости от конкретных условий: материала, коррозионной среды и т. д. 2. Коррозионные среды. Материалы и среды, способствующие возникновению коррозии под действием напряжений, не являются произвольными; коррозия под действием напряжений возникает лишь тогда, когда эти элементы сочетаются между собой определенным образом. Коррозионные среды, вызывающие коррозию обычной стали под действием напряжений, включают: растворы гидроксидов ； Водные растворы, содержащие нитраты, карбонаты и сероводород ； морская вода, смесь серной и нитратной кислот ； Растопленный цинк, литий ； Горячее растворение треххлористого железа ； жидкий аммиак. Среды, вызывающие коррозию под действием напряжений у аустенитных нержавеющих сталей, включают: кислые и нейтральные растворы хлоридов ； морская вода ； Растворимые хлориды ； Горячее растворение фторидов ； Раствор гидроксида иода. 3. Материалы: считается, что чрезвычайно чистые металлы не подвержены коррозии под действием напряжений; такое явление возникает только в сплавах или металлах, содержащих примеси. 4. Процесс разрушения ⑴ Этап зарождения. Это период до возникновения трещин от коррозии под действием напряжений, предназначенный для подготовки к их образованию. ⑵Этап стабильного расширения трещины. Под действием совместного воздействия напряжений и коррозионных факторов трещины медленно расширяются ⑶ Этап нестабильного расширения трещин. Это последнее механическое повреждение. Кроме того, ещё одной особенностью коррозионного разрушения металлических материалов под действием напряжений является то, что происходящее разламывание металла не зависит от его толщины. Здесь не применим случай, когда при большой толщине коррозия происходит медленно (равномерная коррозия). Поэтому попытки замедлить разрушение под действием коррозии при увеличении толщины металла практически бесполезны. Анализ случая: Случай: резервуар на химическом заводе для хранения 30%-ного раствора гидроксида натрия, диаметром 1,2 м и высотой 1,4 м, изготовленный из углеродистой стали. Вокруг корпуса резервуара выполнена изоляция, предназначенная для пропуска горячей воды температурой 30–50°C, что позволяет поддерживать постоянную температуру раствора гидроксида натрия. Зимой на севере температура низкая, поэтому вместо этого в щеку подается пар (0,2 Мпа). Вскоре была обнаружена утечка с дна бака. По результатам проверки вокруг выходного трубопровода щелочной жидкости на дне резервуара были обнаружены радиальные трещины. Если через верхний отверстие подавать пар, то в месте сварки манжеты и корпуса быстро возникают трещины. Анализ: Это разрушение под действием коррозии является типичным примером химической крехкости. Это разрушение металлических материалов под действием напряжений в растворе гидроксида натрия. Углеродистая сталь относится к классу металлических материалов, которые легко подвержены щелочной хрупкости. Согласно литературным источникам, приводятся диапазоны концентрации гидроксида натрия и температуры, при которых у углеродистой стали возникает щелочная хрупкость. Как видно из графика, для раствора NaOH концентрацией 30%, при температуре, превышающей 55°C, у углеродистой стали может возникнуть щелочная хрупкость. В данном случае при использовании горячей воды температурой 30–50°C проблем с коррозией не возникает. При прохождении пара температура в месте входа пара очень высока, значительно превышая пороговое значение в 55°C. А в месте входа пара, будь то верхний или нижний вход, находится область, где концентрируются напряжения от сварки. Неудивительно, что в резервуаре произошло разрушение из-за щелочной хрупкости. Условия, способствующие возникновению хрупкости под действием щелочей, известны уже давно, однако на протяжении десятилетий множество устройств из углеродистой стали продолжают разрушаться из-за этого явления, причем это происходит именно в условиях, характерных для «зон разрушения». Меры по устранению проблемы: В данном случае, чтобы предотвратить появление ядерной хрупкости в резервуарах, необходимо внести изменения в конструкцию оборудования с целью обеспечения максимально равномерного распределения температуры. Необходимо избегать локального перегрева; особенно важно избегать зон с высокой температурой, где может накапливаться напряжение от сварки. Например, в некоторых заводах вместо нагрева с помощью внешней оболочки был применен нагрев с использованием спиралевидных трубок, и тогда больше не происходило разрушений из-за щелочной хрупкости. Конечно, устранение напряжений, возникающих в процессе сварки, также является эффективным методом.