3.2. Корозійно-механічна руйнація металів.
Металеві конструкції, що працюють в умовах одночасного впливу агресивних середовищ і механічних напруг, піддаються більш сильній руйнації.
В хімічній промисловості можна знайти численні приклади спільного впливу цих двох факторів.
Процеси синтезу аміаку, сечовини, метилового спирту протікають в агресивних середовищах, в умовах підвищених температур при русі газового потоку під тиском 35-40 МПа.
Вібраційні сита, грохоти, фільтри працюють в умовах корозійно активного середовища і механічних навантажень.
До корозійного розтріскування схильні випарні апарати, трубопроводи, автоклави та інші апарати.
Не менш небезпечне руйнування металу має місце при одночасному впливі на нього агресивного середовища і змінних навантажень. Такий вид впливу зазнають компресори та насоси, ротори, диски і лопатки турбін і т.д.
Розрізняють два види механічних напруг - внутрішні і зовнішні. Внутрішні напруження виникають при термічній і механічній обробці деталей, при зварюванні. Зовнішні, докладені ззовні напруги, можуть бути статичними і змінними.
Під впливом механічних напружень змінюється структура поверхневого шару металу, що може викликати зміну потенціала на його окремих ділянках, руйнування захисних плівок, і як наслідок цього - зміна швидкості корозії.
Розрізняють такі види корозійного руйнування металу під впливом ме-ханічних навантажень:
корозійне розтріскування;
корозійна втома;
корозійна кавітація;
• корозійна ерозія або фретинг-корозія. Корозійні руйнування не відносяться до процесів локальної корозії, але мають з ними багато спільних рис. Корозійно-втомні процеси або процеси при статичній корозії під напругою супроводжуються виникненням тріщин, при фретинг-корозії відзначають утворення пітингу.
Корозійні процеси при механічних навантаженнях протікають через три послідовні стадії: інкубаційний період, який відповідає відсутності видимих руйнувань; період утворення осередків корозії; період швидкого масштабного руйнування.
Наявність механічних напруг в металі, що лежать в пружній області або пов'язаних з деформацією, призводить до порушення суцільності захисних плівок. Зазвичай розтягуючі або стискаючі напруги мало впливають на швидкість рівномірної корозії. Якщо під дією корозійного середовища відбувається локалізація механічного фактора, то це призводить до швидкого руйнування конструкції.
Перебіг корозійного розтріскування під напругою відбувається при спільній дії корозійного середовища і механічних впливів. В початковий період зародження тріщини відбувається в результаті розтріскуючої дії при хемосорбції активних іонів корозійного середовища. Зародження тріщин може бути пов'язано з виникненням тунелів (розміром близько 0,05 мкм) і пітингів на ділянках металу, що має дефекти, наприклад, на межах зерен, включеннях, скупченнях дислокацій.
3.2.1. Корозійне розтріскування металів
Корозійне розтріскування (КР) - це руйнування металу внаслідок виникнення і розвитку тріщин при одночасному впливі розтягуючих напружень і корозійного середовища. Воно характеризується майже повною відсутністю пластичної деформації металу.
КР - це небезпечний вид руйнування металів. В хімічній апаратурі КР найбільш часто спостерігається в конструкціях, які мають залишкові напруги після термічної або механічної обробки, при монтажі і складання устаткування, під час зварювання, в умовах експлуатації при підвищених тисках і температурах. На виникнення КР і його інтенсивність дуже впливають характер агресивно-го середовища, його концентрація та склад. До КР в напруженому стані схильні майже всі метали і сплави. На частку КР в хімічній, нафтогазовій та теплоенер-гетичної галузях промисловості припадає від 20 до 40% всіх корозійних руйну-вань.
Для КР характерні такі особливості:
утворення тріщин супроводжується виникненням крихкості металу;
можливе виникнення міжкристалітної і транскристалітних тріщин з розгалуженнями;
• час індукційного періоду до утворення тріщини залежить від величини прикладених розтягуючих зусиль.
КР сталей відбувається в розчинах, що містять Н2S , NНз, СO2, нітрати, хлориди, кислоти і луги ). Вуглецеві сталі, що містять більше 0,2% С і мають феритно-перлітну або перлітну структуру, менш схильні до КР. Найбільш чутливою
є мартенситно структура. Всі режими термічної обробки, що викликають появу мартенситу, роблять сталь схильної до КР.
Полуферітні і ферітні хромисті сталі менш схильні до корозійного розтріскування, ніж аустенітні хромонікелеві сталі.
КР аустенітних хромонікелевих сталей зазначено на ряді хімічних виробництв. Це явище пов'язують з нестабільністю аустеніту в нержавіючих сталях.
Легування вуглецевих сталей, введення стабілізуючих добавок, збільшення вмісту нікелю не змінює істотно схильність аустенітних сталей до корозійного розтріскування. Кольорові метали та сплави також схильні до КР. Корозійне розтріскування спостерігається у алюмінієвомагнієвих і мідноцинкових сплавів.
Магнієві сплави в напруженому стані кородують з КР в розчинах хлоридів, сульфатів, карбонатів, хроматів. Сплави міді з цинком, оловом, алюмінієм руйнуються в присутності парів аміаку.