3.2.1 Коррозионное растрескивание металлов

Коррозионное растрескивание (КР) — это разрушение металла следствие возникновения и развития трещин при одновремен­ном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды. Оно характеризуется почти полным отсутствием пластической деформации металла.

КР — это опасный вид разрушения металлов. В химической аппаратуре КР наиболее часто наблюдается в конструкциях, которые имеют остаточные напряжения после термической или механической обработки, при монтаже и сборке оборудования, при сварке в условиях эксплуатации при повышенных давлениях и температурах [37].

На возникновение КР и его интенсивность оказывают большое влияние характер агрессивной среды, ее концентрация и состав. КР в напряженном состоянии подвержены почти все металлы и сплавы. На долю КР в химической, нефтегазовой и теплоэнергетической отраслях промышленности приходится от 20 до 40% всех коррозионных разрушений.

Для КР характерны следующие особенности:

• образование трещин сопровождается возникновением хрупкости металла;

• возможно возникновение межкристаллитных и транскристаллитных трещин с разветвлениями;

• время индукционного периода до образования трещины зависит от величины приложенных растягивающих усилий.

КР статей происходит в растворах, содержащих H₂S, NH₃, CO₂ нитраты, хлориды, кислоты и щелочи (рисунок 5.5). Углеродистые стали, содержащие более 0,2% С и имеющие ферритно-перлитную или перлитную структуру, менее склонны к КР. Наиболее чувствительной является мартенистая структура. Все режимы термической обработки, вызывающие появление мартенсита, делают сталь склонной к КР.

а) б) в)

а – сталь 03Х16Н4С2, межкристаллитное разрушение, слабо ветвящаяся трещина, отгибание δ – феррита; б – сталь 03Х12К12Н2, транскристаллитное разрушение; в – сталь 03Х12К12Д2, межкристаллитное разрушение, ветвящаяся трещина

Рисунок 3.5 - Типичный вид КР в воде, содержащей 200 мг/л Cl^-,

Температура 320˚с, х900

Полуферритные и ферритные хромистые стали менее склонны к коррозионному растрескиванию, чем аустенитные хромоникелевые стали.

КР аустенитных хромоникелевых сталей отмечено на ряде химических производств. Это явление связывают с нестабильностью аустенита в нержавеющих сталях [38].

Легирование углеродистых сталей, введение стабилизирующих добавок, увеличение содержания никеля не изменяет существенно склонность аустенитных сталей к коррозионному растрескиванию.

Цветные металлы и сплавы также подвержены КР. Коррозионное растрескивание наблюдается у алюминиевомагниевых и медноцинковых сплавов.

Магниевые сплавы в напряженном состоянии корродируют с КР в растворах хлоридов, сульфатов, карбонатов, хроматов. Сплавы меди с цинком, оловом, алюминием разрушаются в присутствии паров аммиака.

3.2.2 Коррозионная усталость металла

Усталость металла — это разрушение его под влиянием периодической динамической нагрузки при напряжениях значительно меньших, чем предел прочности. В химической промышленности достаточ­но часто наблюдаются случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Усталостное разрушение обычно сопровождается обра­зованием меж- и транс-кристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напряжений (рисунок 3.6). Склонность металла к усталостному разрушению характеризуется пределом выносливости. Под этим понятием понимают величину максимального напряжения, при котором усталостное разрушение металлов не наступает через 10⁷ и более циклов. При одновременном воздействии на металл переменных напряжений и коррозионной среды число этих циклов уменьшается, т.е. предел усталостной прочности снижается [38].

На величину коррозионной усталости влияет среда. Например, усталостная прочность стали типа X13 в вакууме значитель­но выше, чем на воздухе, в пресной воде предел усталости снижается в 1,5-3 раза, а при переходе от пресной к морской воде снижается еще в 2 раза.

Рисунок 3.6 - Усталостная тре­щина в конденсаторной