Коррозияның шаршауы – себептері, механизмі және алдын алу шаралары

Сипаттаманы pdf форматында жүктеп алыңыз

Коррозиядан шаршау, сондай-ақ деп аталады коррозиядан шаршау, коррозиялық орта мен айнымалы, циклдік механикалық кернеулердің бір мезгілде әсер етуінен туындайтын материалдың бұзылуы процесі.
Қайталанатын жүктемеге ұшыраған материал, тіпті кернеулер оның созылу беріктігінен әлдеқайда төмен болса да, шаршауы мүмкін.

Егер бір уақытта коррозиялық орта болса, жарықтар тезірек пайда болуы, төмен кернеулерде дамуы және бейтарап ортаға қарағанда айтарлықтай аз циклдардан кейін компоненттердің істен шығуына әкелуі мүмкін.
Коррозиядан шаршау әсіресе құбырлар, шахталар, сорғылар, турбиналар, жылу алмастырғыштар, кеме құрылымдары және машина компоненттері сияқты дірілге, қысымға, температураға немесе жүктеме өзгерістеріне ұшырайтын компоненттерде маңызды.

Коррозияға төзімділік дегеніміз не?

Коррозияның шаршауы материал бір мезгілде келесі әсерлерге ұшыраған кезде пайда болады:

• циклдік немесе айнымалы кернеулер,
• коррозиялық орталарға ұшырау.

Екі механизм де бір-бірін күшейтеді.
Циклдік деформация металл бетіндегі қорғаныш қабатын зақымдауы мүмкін, ал коррозия шаршау жарықшығының пайда болуына және дамуына ықпал етеді.
Нәтижесінде, материал құрғақ ауада салыстырмалы уақыт ішінде бұзылуға әкелмейтін кернеулерде істен шығуы мүмкін.

Шаршау коррозиясы қалай пайда болады?

Процесті бірнеше кезеңге жеңілдетуге болады:

1. элемент қайталанатын жүктемелерге ұшырайды,
2. бетінде жергілікті деформациялар мен кернеу концентрациялары пайда болады,
3. қорғаныш немесе пассивті қабат жергілікті түрде зақымдалған,
4. ашық металл қоршаған ортамен әрекеттеседі,
5. жергілікті коррозия ошақтары пайда болады,
6. бұл жерлерде микрожарықтар оңайырақ пайда болады,
7. кейінгі жүктеме циклдары жарықшақтың пайда болуына әкеледі,
8. коррозиялық орта оның таралуын одан әрі жеделдетеді,
9. Критикалық жарықшақ ұзындығына жеткенде, компоненттің кенеттен сынуы мүмкін.

Коррозиясыз материалдың шаршауы

Механикалық шаршау - қайталанатын жүктемелердің әсерінен жарықшақтардың біртіндеп пайда болуы және дамуы процесі.
Бір цикл кезіндегі максималды кернеу оның созылу беріктігінен айтарлықтай төмен болған кезде де, компонент істен шығуы мүмкін.
Әдеттегі шаршау процесі мыналарды қамтиды:

• микрожарықшақтықтың басталуы,
• жарықшақтардың біртіндеп таралуы,
• қалған көлденең қиманың соңғы қатты сынуы.

Шаршау мерзіміне элементтің геометриясы, дәнекерлеу, тесіктер, өткір бұрыштар, ойықтар және басқа да кернеу концентрациясының нүктелері қатты әсер етеді.

Неліктен коррозия материалдың шаршауын тездетеді?

Коррозиялық орта шаршауға сезімталдықты бірнеше жолмен арттыруы мүмкін.
Коррозия мыналарды тудыруы мүмкін:

• шұңқырлау,
• бетінің кедір-бұдырлығы,
• көлденең қиманың жергілікті қысқаруы,
• қорғаныс қабатын зақымдайды,
• стресс концентрациясының нүктелерін қалыптастыру,
• бар жарықшақтың өсуін жеделдету.

Тіпті кішкентай шұңқыр да микроскопиялық ойық сияқты әрекет ете алады.
Оның түбінде кернеулер материалдың тегіс бетіне қарағанда әлдеқайда көп болуы мүмкін.
Сондықтан, шұңқырлы коррозия шаршау жарылуының бастапқы нүктесі болуы мүмкін.

Тот баспайтын болаттан жасалған пассивті қабаттың зақымдануы

Тот баспайтын болаттарда хром қосылыстары бар өте жұқа пассивті қабат бар.
Бұл қабат бетті одан әрі коррозиядан қорғайды.
Циклдік деформациялардың әсерінен жергілікті зақымдалуы мүмкін.
Дұрыс ортада тот баспайтын болат қалпына келу немесе қайта пассивтену қабілетіне ие.
Дегенмен, кейінгі кернеу циклдары пассивті қабатты бірнеше рет бұзса, жергілікті коррозия тиімді бетті қалпына келтіруге қарағанда тезірек пайда болуы мүмкін.
Қайталанатын процесс:
қабаттың зақымдануы → коррозия → қайта пассификация → қайта зақымдану
шаршау жарықтарының пайда болуына және дамуына ықпал етуі мүмкін.

Шаршау шегі және коррозиялық орта

Ауадағы кейбір материалдардың шаршау сынақтарында материал өте көп циклге істен шықпай төтеп бере алатын кернеу деңгейін байқауға болады.
Коррозиялы ортада жағдай басқаша болуы мүмкін.
Коррозия шаршаудың көрінетін шегін азайтуы немесе тіпті іс жүзінде жоюы мүмкін.
Бұл циклдар саны артқан сайын шаршау күші төмендеуі мүмкін дегенді білдіреді.
Сондықтан, шаршау коррозиясында тек кернеу мәнін ғана емес, сонымен қатар циклдар санын және қоршаған орта жағдайларын да ескеру өте маңызды.

SN қисықтары және шаршау коррозиясы

Материалдардың шаршауға төзімділігі көбінесе қисықтармен көрсетіледі SN, яғни стресс деңгейі мен істен шығу циклдарының саны арасындағы байланыс.
Коррозиялы ортада SN қисығы ауадағыдан төмен болуы мүмкін.
Бұл мынаны білдіреді:

• сол кернеуде материал аз циклге төтеп бере алады,
• қажетті цикл саны бірдей болған кезде, төменгі кернеу қолданылуы керек.

Сондықтан, ауада жүргізілген шаршау сынақтарының нәтижелерін агрессивті ортада жұмыс істейтін компонентке тікелей беру мүмкін емес.

Шаршау коррозиясына әсер ететін ең маңызды факторлар

Материалдың беріктігіне механикалық және қоршаған орта параметрлері әсер етеді.
Ең маңыздылары:

• кернеу амплитудасы,
• орташа кернеу,
• жүктеме жиілігі,
• циклдар саны,
• қоршаған орта түрі,
• температура,
• рН
• хлорид құрамы,
• оттегінің мөлшері,
• бетінің жағдайы,
• шұңқырлардың және басқа зақымданулардың болуы,
• қалдық кернеулер,
• элемент геометриясы,
• дәнекерлеу сапасы.

Жүктеме жиілігінің әсері

Жүктеменің өзгеру жиілігі өте маңызды болуы мүмкін.
Баяу циклдерде коррозиялық ортаның бетімен және дамып келе жатқан жарықшақтың ұшымен әрекеттесуге көбірек уақыты болады.
Сондықтан, кейбір орталарда жүктеме жиілігін азайту коррозияның шаршау мерзіміне әсерін арттыруы мүмкін.
Дегенмен, бұл барлық материалдар мен орталарға жарамды бірыңғай әмбебап қатынас бар дегенді білдірмейді.

Температураның әсері

Температураның жоғарылауы коррозия реакцияларын жеделдетіп, материалдың механикалық қасиеттеріне әсер етуі мүмкін.
Сондықтан, көптеген орталарда жоғары температура шаршау мерзімін қысқартуы мүмкін.
Дегенмен, температураның маңыздылығы мыналарға байланысты:

• материал түрі,
• ортаның құрамы,
• коррозия түрі,
• жүктеме жиілігі,
• стресс деңгейі.

Шұңқыр коррозиясы және шаршау

Циклдік кернеуге ұшырайтын компоненттер үшін шұңқыр коррозиясы әсіресе қауіпті болуы мүмкін.
Шұңқыр жергілікті ойпат жасайды, оның түбінде стресс шоғырланады.
Шаршау жарылуы дәл осындай жерде басталуы мүмкін.
Сондықтан келесі механизм мүмкін:

1. шағын шұңқыр пайда болады,
2. шұңқыр біртіндеп тереңдейді,
3. төменгі жағында жергілікті кернеулер артады,
4. микрожарық басталады,
5. циклдік жүктемелер оның одан әрі дамуына әкеледі,
6. коррозиялық орта жарықшақтардың таралуын жеделдетеді.

Осы себепті, коррозияның алдын алу компоненттің шаршау мерзіміне тікелей әсер етуі мүмкін.

Дәнекерлеу кезіндегі шаршау коррозиясы

Дәнекерленген қосылыстар шаршау мен коррозияға әсіресе осал жерлердің бірі болып табылады.
Дәнекерлеу жұмыстарының жанында келесі жағдайлар болуы мүмкін:

• стресс концентрациялары,
• дәнекерлеуден кейінгі қалдық кернеулер,
• геометриялық теңсіздіктер,
• су тасқыны және басқа да үзілістер,
• материалдық құрылымның өзгеруі,
• бетінің кедір-бұдырлығының жоғарылауы.

Дәнекерлеудің негізгі материалға өту нүктесіндегі геометриялық ойықтар жергілікті кернеулерді айтарлықтай арттыруы мүмкін.
Егер бұл жер коррозиялық ортамен жанасатын болса, жарықшақтардың пайда болу қаупі артады.

Беткі жағдайдың әсері

Беткі жағдай шаршауға төзімділікке өте үлкен әсер етеді.
Сызаттар, сызаттар, ойықтар, өңдеу белгілері және ойықтар кернеу концентраторлары ретінде әрекет етуі мүмкін.
Тегіс және зақымдалмаған бет әдетте жарықшақтардың пайда болуына жоғары төзімділік көрсетеді.
Тот баспайтын болат жағдайында қоспаларды кетіру және пассивті қабаттың тиісті күйін сақтау маңызды.

304L және 316L және шаршау коррозиясы

Стоун 1.4307 / 304л мен 1.4404 / 316л көптеген жағдайларда жақсы шаршауға және коррозияға төзімділік көрсетеді.
Дегенмен, олардың нақты беріктігі қоршаған ортаға байланысты.
Хлоридті ортада 316L молибден құрамына байланысты 304L-ге қарағанда коррозияға төзімділігі жоғары.
Бұл жарықшақтардың пайда болу орындары болып табылатын шұңқырлардың пайда болуын шектеуі мүмкін.
Дегенмен, бұл 316L коррозияға төзімді дегенді білдірмейді.
Егер циклдік кернеулер мен агрессивті орта бір мезгілде пайда болса, бұл марка мерзімінен бұрын сынуы мүмкін.

Дуплексті 2205 және шаршау коррозиясы

Сталь 1.4462 / дуплекс 2205 304L және 316L аустениттік тот баспайтын болаттармен салыстырғанда механикалық беріктігі жоғары.
Жергілікті коррозияға жоғары төзімділікпен бірге, бұл бір мезгілде қоршаған ортаға және циклдік жүктемеге ұшырайтын қолданбаларда өте жақсы қасиеттерді қамтамасыз ете алады.
Тот баспайтын болаттардағы шаршау сынақтары дуплексті болаттардың әдеттегі аустениттік маркаларға қарағанда жоғары шаршау беріктігіне қол жеткізе алатынын көрсетеді.
Дегенмен, бұл дуплекстің шаршау коррозиясына толығымен төзімді екенін білдірмейді.
Нақты беріктік, басқалармен қатар, мыналарға байланысты:

• қоршаған орта,
• дәнекерлеу сапасы,
• бетінің жағдайы,
• стресс деңгейі,
• циклдардың саны мен жиілігі.

Таңдалған тот баспайтын болаттарды салыстыру

Коррозиядан шаршау және SCC

Коррозиядан шаршау және кернеуден болатын коррозиялық жарықшақтану (SCC) жарықшақтардың пайда болуына әкеледі, бірақ олардың негізгі механизмі әртүрлі.

Коррозиядан шаршаған жарықтар көбінесе SCC-ге тән жарықтарға қарағанда аз тармақталған болады.

Шаршау Коррозиясы және қалыпты материалдық шаршау

Шаршау коррозиясы қай жерде пайда болады?

Бұл құбылыс элемент айнымалы жүктемелермен жұмыс істейтін және сонымен бірге коррозиялық ортамен жанасатын барлық жерде орын алуы мүмкін.
Типтік қолданбаларға мыналар кіреді:

• қысымның өзгеруіне ұшыраған құбырлар,
• сорғылар,
• жағалаулар,
• турбиналар,
• роторлар,
• кеме бұрандалары,
• жылу алмастырғыштар,
• теңіздегі құрылымдар,
• кеме элементтері,
• қысым циклдеріне ұшыраған цистерналар,
• дірілге ұшырайтын машина элементтері,
• энергетикалық қондырғылар.

Шаршау көзі ретінде қысымның өзгеруі

Құбырлар мен резервуарлар мыңдаған қысым циклдеріне ұшырауы мүмкін.
Қысымның әрбір жоғарылауы және төмендеуі қабырғадағы кернеудің өзгеруіне әкеледі.
Егер беті коррозиялық ортамен бір уақытта жанасса, шаршау коррозиясы дамуы мүмкін.
Әсіресе қауіпті болуы мүмкін:

• жиі орнату басталып, тоқтайды,
• қысым пульсациялары,
• гидравликалық амортизаторлар,
• сорғылардың айнымалы жұмыс жағдайлары,
• ағымның кенеттен өзгеруі.

Температураның өзгеруі және шаршау

Компоненттің қайта-қайта қыздырылуы және салқындауы оның кеңеюіне және жиырылуына әкеледі.
Егер еркін деформация шектелсе, термиялық кернеулер пайда болады.
Қайталанатын жылу циклдары жылу шаршауына әкелуі мүмкін.
Егер агрессивті орта бір уақытта пайда болса, термиялық шаршау және коррозия процестері өзара әрекеттесуі мүмкін.

Діріл және шаршау коррозиясы

Дірілдер салыстырмалы түрде қысқа мерзімде өте көп мөлшерде стресстік циклдарды тудыруы мүмкін.
Әсіресе қауіпті:

• резонанс,
• теңгерімсіз роторлар,
• ағын пульсациялары,
• құбырлардың тербелістері,
• орнатуды дұрыс емес қолдау,
• сорғылар мен компрессорлардың жұмысынан туындаған дірілдер.

Діріл амплитудасын азайту компоненттің беріктігін айтарлықтай арттыра алады.

Шаршау сынығы қалай көрінеді?

Әдеттегі шаршау зақымы мыналарды қамтуы мүмкін:

• жарықшақтың басталу орны,
• біртіндеп жарықшақтардың даму аймағы,
• күшті жарылыстың соңғы аймағы.

Шаршау коррозиясы жағдайында сыну беті коррозия өнімдерімен қосымша өзгеруі мүмкін.
Жарықтар көбінесе транскристалды болады және классикалық SCC-ге қарағанда аз тармақталған болуы мүмкін.

Шаршау коррозиясын қалай болдырмауға болады?

Тәуекелді азайту механикалық және коррозиялық факторларды жоюды талап етеді.
Ең маңызды әдістер:

• циклдік кернеулердің амплитудасын азайту,
• дірілді азайту,
• резонансты жою,
• өткір ойықтардан аулақ болу,
• тегіс геометриялық ауысуларды қолдана отырып,
• дәнекерлеу сапасын жақсарту,
• қалдық кернеулерді шектеу,
• шұңқыр коррозиясының алдын алу,
• тиісті материалдарды пайдалану,
• қоршаған ортаның агрессивтілігін төмендету,
• коррозияға қарсы тиісті қорғаныс құралдарын пайдалану,
• элементтердің бетін басқару,
• дірілді, қысымды және температураны бақылау.

AMPP циклдік кернеулерді азайту, кернеу концентрациясын шектеу, дірілдер мен жүктеменің кенеттен өзгеруін болдырмау және коррозиялық ортаның әсерін шектеу үшін жасалатын негізгі әрекеттерді көрсетеді.

Элемент геометриясының маңыздылығы

Өткір бұрыштар, шағын өтпелі радиустар, тесіктер, бұрандалар және басқа да геометриялық үзілістер айтарлықтай кернеу концентрацияларын тудыруы мүмкін.
Сондықтан циклдік жұмыс істейтін элементтерді жобалау кезінде мыналар қажет:

• көлденең қиманың ең тегіс ауысуларын пайдаланыңыз,
• өткір ойықтардан аулақ болыңыз,
• тиісті дөңгелектеу радиустарын таңдаңыз,
• жергілікті стресс концентрациясын шектеу,
• жобалау кезеңінде шаршауды ескеріңіз.

Коррозиядан қорғаудың маңыздылығы

Қоршаған ортаның агрессивтілігін азайту шаршау мерзімін айтарлықтай ұзартуы мүмкін.
Орнатуға байланысты келесілерді пайдалануға болады:

• тиісінше, болаттың төзімдірек түрі,
• қорғаныс жабындары,
• коррозия ингибиторлары,
• рН бақылауы,
• агрессивті ластаушы заттардың мөлшерін шектеу,
• хлоридті бақылау,
• катодтық қорғаныс, егер қолдануға сәйкес келсе.

Шаршау коррозиясын қалай анықтауға болады?

Шаршау жарықтары өте кішкентай болуы мүмкін және ерте кезеңде анықтау қиын.
Элементтерді басқару үшін келесілер қолданылады:

• VT визуалды тестілеуі,
• PT ену сынағы,
• тиісті ферромагниттік материалдар үшін магниттік бөлшектерді сынау (МТ),
• UT ультрадыбыстық зерттеуі,
• ET құйынды тогын сынау,
• дірілді бақылау,
• орнатудың жұмыс параметрлеріндегі өзгерістерді бақылау.

Әдісті таңдау материалға, элементтің геометриясына, күтілетін жарықшақтардың орналасуына және сынақтың қажетті сезімталдығына байланысты.

Коррозияның тозуы неліктен қауіпті?

Зақым ұзақ уақыт бойы айтарлықтай материалдық шығынсыз дамуы мүмкін.
Сырттан қарағанда компонент жақсы көрінуі мүмкін, ал кішкентай жарықшақ біртіндеп ұзарады.
Маңызды өлшемге жеткеннен кейін, қалған көлденең қима лездік жүктемені көтере алмауы мүмкін.
Содан кейін соңғы, көбінесе зорлық-зомбылықпен аяқталатын үзіліс келеді.

Коррозиядан шаршау – ең маңызды қорытындылар

Шаршау коррозиясы бір мезгілде әсер етуден туындайды циклдік кернеулер және коррозиялық орталар.
Қоршаған орта материалдың шаршау мерзімін қысқартуы, жарықшақтардың пайда болуын жеделдетуі және жарықшақтардың таралу жылдамдығын арттыруы мүмкін.
Әсіресе, шұңқырлар, сызаттар, дәнекерлеулер, өткір ойықтар және кернеу шоғырланған басқа жерлер қауіпті.
Классикалық SCC-ден айырмашылығы, кернеулі коррозиялық крекинг, ең алдымен, қажет етеді стресстің қайталанатын өзгерістеріСонымен қатар, бұл тек өте агрессивті ортада ғана болуы міндетті емес - тіпті салыстырмалы түрде аз коррозия тудыратын орта да шаршау мерзімін қысқартуы мүмкін.
Тот баспайтын болаттар жағдайында жергілікті коррозияға төзімділік, пассивті қабаттың жағдайы, бетінің сапасы және материалдың механикалық қасиеттері өте маңызды.
Шаршау коррозиясының қаупін азайту бір мезгілде қарастыруды қажет етеді материал, қоршаған орта, құрылымның геометриясы және жүктеме циклдерінің сипаты мен саны.

Коррозия материалға, қоршаған ортаға және пайдалану жағдайларына байланысты әртүрлі механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін. Коррозияның басқа түрлері туралы біліңіз:

Болат пен металдардың коррозиясының түрлері

Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың шұңқырлы коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың саңылау коррозиясы
Тот баспайтын болаттың аралық түйіршік коррозиясы
Стресстік коррозиялық крекинг SCC
Гальваникалық коррозия
Эрозиялық коррозия
Кавитация коррозиясы
Коррозиядан шаршау
Қабат коррозиясы
Микробиологиялық коррозия MIC
Жоғары температуралы коррозия

Коррозияның қоршаған ортаға байланысты жіктелуі

Теңіз коррозиясы – теңіз суындағы болат пен металдардың коррозиясы
Атмосфералық коррозия
Жердің коррозиясы
Тұщы және өнеркәсіптік судағы коррозия
Хлоридті ортадағы коррозия
Қышқыл ортадағы коррозия
Сілтілі ортадағы коррозия
Газдардағы және пайдаланылған газдардағы коррозия
Ағынды сулар мен кәріз жүйелеріндегі коррозия
Химиялық және мұнай-химиялық ортадағы коррозия

Ұқсас тақырыптар

CPT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының коррозиясының маңызды температурасы
PREN – тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділік индексі
CCT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының критикалық саңылау коррозиясының температурасы