ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 137
Скачиваний: 1
кать очень быстро, так как поверхность анода |
(открытое железо) очень |
мала по сравнению с поверхностью катода (покрывающее листовой ме |
|
талл олово). Это так называемое к а т о д н о е |
покрытие . |
Если повреждается цинковая оболочка, покрывающая листовой ме
талл, анодом станет цинк — в результате коррозии |
цинк растворится |
и покроет открытое железо защитным слоем. В этом |
случае получается |
так называемое а н о д н о е покрытие . |
|
В случае соединения стали с металлом, имеющим больший потенци ал, коррозии подвергнется сталь, а соединение стали с металлом, имею щим больший отрицательный электрический заряд, обеспечит защиту ее от коррозии, так как в этом случае корродирует более электроотрица тельный металл;
б) соприкосновения металла с неметаллическими примесями.
Примеси окислов, сульфатов и пр., растворенные в металле, характе ризуются иной, чем железо, упругостью растворения и становятся элек тродами по отношению друг к другу и к основному металлу. Скорость коррозии зависит от количества и рода неметаллических примесей и элек тродвижущей силы элемента, образованного металлом и неметалличе скими включениями;
в) частичной пассивации металла, частичного покрытия его окисла ми или негерметичной оболочкой из окисла.
Сталь, подвергнутая термической или механической обработке, име ет на своей поверхности небольшой окисленный слой. На необработан ном металле может также образоваться слой продуктов коррозии (на пример, окислов), который герметически плотно прилегает к поверхности металла и защищает его от дальнейшего действия корродирующего фак тора. Такое состояние металла называется па с с ивным. Но окислы металлов имеют больший потенциал, чем металлы, из которых они об разовались. Если такая оболочка повреждается, возникают элементы, в которых металл является анодом и подвергается коррозии;
г) соприкосновения металла с растворами с различной концентраци ей солей или кислорода, возникновения различных температур в разных местах поверхности металла (концентрационные элементы) — такого рода условия работы редко встречаются в строительных стальных кон струкциях;
д) неравномерного поступления кислорода.
Микроэлементы образуются особенно при соединениях разных эле ментов конструкций, например под клепкой, болтами, в щелях и в раз личных швах;
е) разной степени гладкости поверхности металла.
Сталь с шероховатой поверхностью имеет более низкий потенциал, чем сталь с полированной поверхностью, что объясняет появление мик роэлементов на неравномерно гладких поверхностях;
ж) напряженного состояния металла.
Деформированные места имеют более низкий потенциал. Между де формированным и недеформированным металлом возникает разность потенциалов, которая при наличии электролита приводит к коррозии.
3—1021 |
33 |
Элементы этого рода небезопасны только в окружении сильно корроди рующих химических факторов.
К существенным факторам, оказывающим большое влияние на ход коррозионных повреждений, относятся также х и м и ч е с к и й с о с т а в с п л а в а и м е т а л л у р г и ч е с к и е м е т о д ы , применяемые для его получения.
Требование легкости конструкций обусловливает необходимость ис пользования возможно более тонкостенных элементов, работающих в ус ловиях высоких напряжений. Если металл и выдерживает эти напряже ния, то образующаяся на его поверхности защитная оболочка окислов, характеризующаяся иными механическими и физическими свойствами, чем металл, часто получает местные повреждения, которые могут само стоятельно «залечиваться» только при особенно благоприятных услови ях. При этом в месте повреждения защитного слоя происходит непосред ственное соприкосновение металла с его окружением, а разность элек трических потенциалов между открытой в этом месте поверхностью металла и остальной еще не поврежденной оболочкой окисла вызывает быстрое поступление электрических зарядов и стремительное развитие коррозии.
Та самая оболочка из окисла, которая в условиях полной герметич ности защищает металл от химической реакции с окружающей средой, при местном повреждении становится фактором, ускоряющим и, хуже того, сосредоточивающим действие в местах повреждения. В результа те, несмотря на то что преобладающая часть металлического элемента остается почти нетронутой коррозией, конструкция может быстро раз рушиться вследствие возникновения даже в некоторых местах глубоких коррозионных язв.
Естественная оболочка окисла защищает металл от корродирующего воздействия среды тем лучше, чем более близка ее кристаллическая структура к структуре металлического основания. Коррозионные очаги чаще всего возникают в тех местах на поверхности металла, где имеют ся дефекты структуры металла, например загрязнения, границы зерен или дислокации.
Роль, которую механические напряжения играют в явлениях корро зии металла, очень сложна и еще не полностью выяснена. По единодуш ному мнению многих исследователей, коррозионное растрескивание про исходит под действием растягивающих напряжений, которые вызывают расширение возможных трещин. Сжимающие напряжения противо действуют растрескиванию, вызывая закрытие трещин. Напряжения от кручения дополнительно увеличивают скорость коррозионного растрес кивания на несколько десятков процентов. Коррозионное растрескива ние продвигается в глубь материала в направлении, перпендикулярном направлению действия растягивающих напряжений, причем оно мо жет проходить вдоль границ зерен (чаще всего наблюдается в усло виях промышленной среды) либо внутри зерен или быть даже сме шанным.
Среди ряда теорий, объясняющих механизм развития коррозионно го растрескивания, выделяют две основные группы:
34
теории, предполагающие, что распространение коррозионного рас трескивания связано главным образом с процессом электрокоррозионного растворения металла;
теории, предполагающие влияние электрокоррозионных явлений на изменение механических свойств материала.
Принимается, что начальным этапом зарождения трещины чаще всего является образование коррозионной язвы на поверхности металла. Ус ловием, способствующим возникновению такой язвы, может быть меха ническое повреждение защитного или пассивного слоя. Характерна большая скорость электрокоррозионного растворения металла у верши ны коррозионной язвы; при этом возникшую трещину следует считать началом коррозионного растрескивания. Особенно интенсивное разви тие процесса электрокоррозионного растворения металла у вершины трещины по сравнению со скоростью растворения стенок этой же тре щины можно объяснить следующим образом.
В том месте, где заканчивается трещина, в результате концентрации растягивающих напряжений (действие резкого изменения сечения) про исходит пластическая деформация металла, что препятствует образо ванию пассивного слоя в этом месте на материале. Открытый активный металл подвергается интенсивному растворению (анодная зона), а стен ки образовавшейся трещины не подвергаются пластической деформации, постепенно пассивизируются, становясь катодной зоной. Интенсивная деформация металла у вершины трещины вызывает, кроме того, интен сивный расход корродирующего агента, приток нового, а также вымы вание катионов из решетки металла. Замечено, что плотность корроди рующего потока в этой зоне прямо пропорциональна скорости углубле ния трещины.
Другие теории предполагают, что электрокоррозионные процессы вы зывают в самом материале характерные изменения свойств, отражаю щиеся на углублении трещины. Рост хрупкости у вершины образующей ся в материале трещины связан с электрокоррозионным растворением одного из компонентов сплава (менее благородного), что приводит к воз никновению материала губчатого строения. Такое избирательное ра створение увеличивает количество дефектов строения кристаллической решетки: вначале на поверхности материала — на металле, позднее в результате диффузионных процессов — в глубине его. В зоне дефор мированной вершины трещины образуются поры — микротрещины, расположенные в зонах полос скольжения вдоль отдельных или груп повых дислокаций. Эти явления приводят к местному росту хрупкости материала и к его растрескиванию под воздействием растягивающих на пряжений. Межзернистый характер коррозионного растрескивания низ коуглеродистых сталей объясняется специфичностью кристаллического строения этих сталей, повышенным количеством дефектов строения гра ниц зерен и процессами выделения в дисперсионных фазах на границах, прежде всего выделением нитридов, окислов, третичного цементита. Рост содержания углерода в стали приводит к росту ее сопротивляемо сти, к коррозионному растрескиванию, в том числе в среде нитридов и гидроокисей. Уменьшение величины зерен стали повышает ее устойчи-
3* |
35 |
Т А Б Л И Ц А
Радиус изме нения сече ния, мм
2-9. |
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИИ |
|
|
|
|
||
мес |
Условия кор |
|
|
Температура хрупкости |
|
|
|
- |
родирования |
|
|
|
|
|
|
Коррозия |
напряжения) |
при ударной |
при изгибе |
при внецентренном |
|||
|
(а—коррозия |
||||||
|
под напряже |
|
вязкости |
|
|
растяжении |
|
|
нием; — без |
т |
д т |
т | |
дт |
т | |
д г |
|
|
|
0 |
—30 |
— |
—40 |
|
—40 |
|
|
а |
— 15 |
15 |
— |
|
—20 |
20 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
— |
—20 |
10 |
— |
|
-30 |
10 |
I |
|
|
|
|
|
|
|
I |
а |
— 10 |
20 |
—20 |
20 |
— 10 |
30 |
1 |
|||||||
|
6 |
|
|
|
|
|
|
( |
— |
-16 |
14 |
—20 |
20 |
—15 |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
— |
|
—5 |
35 |
j |
а |
|
|
|
|||
1 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
—5 |
25 |
— |
|
—5 |
35 |
|
0 |
5 |
|
10 |
|
—20 |
|
|
а |
20 |
15 |
0 |
10 |
—10 |
10 |
|
3 |
10 |
6 |
0 |
10 |
—20 |
0 |
|
— |
||||||
0,1 |
а |
20 |
15 |
10 |
20 |
0 |
20 |
|
6 |
15 |
|
ю |
20 |
—10 |
10 |
|
— |
10 |
|||||
|
а |
15 |
|
- |
|
0 |
20 |
|
12 |
|
|
— |
|
|
20 |
|
— |
— |
|
|
— |
36
вость к растрескиванию, что, по-видимому, связано с увеличением пути растрескивания и повышением прочности. Низкоуглеродистые или низ колегированные стали, раскисленные алюминием, характеризуются большей устойчивостью к коррозионному растрескиванию, чем стали нераскисленные, полуспокойные или раскисленные кремнием. Присутствие алюминия в стали обусловливает легкую пассивацию стали на поверх ности; такой пассивный слой характеризуется значительной устойчи востью к механическим повреждениям. Низколегированные сварочные стали, применяемые в строительстве, благодаря свойству раскисления, присутствию легирующих присадок и мелкозернистости отличаются большей устойчивостью к коррозионному растрескиванию, чем углеро дистые стали.
Вольберг [227] получил интересные результаты, проведя исследова ния в области влияния атмосферной коррозии на характер разрушения конструкционных сталей. Исследования проводили на основе испытаний на ударную вязкость, статического изгиба образцов и внецентренного растяжения плоских образцов с резким изменением сечения. Для опре деления влияния напряжений часть образцов хранилась в коррозионной камере при напряжениях 0,8—0,9 кгс/см2 предела текучести.
Результаты испытаний приведены в табл. 2-9.
На основе полученных результатов можно сделать следующие вы воды:
1. Коррозия стали оказывает существенное влияние на характер раз рушения, увеличивая опасность появления растрескивания не только при динамических, но и при статических нагрузках. Кроме повышения критических температур хрупкости влияние коррозии приводит также к снижению пластических характеристик стали при всех температурах испытаний.
2.Действие коррозии сильней сказывается на стали тех марок, кото рые более чувствительны к концентрации напряжений.
3.Повышение критических температур хрупкости, выявленное на об разцах с различным изменением сечения, и разрушение образцов с оди наковым сечением доказывают, что и при равномерном характере атмо сферной коррозии возникают резкие изменения сечения.
4.При оценке склонности стали к растрескиванию необходимо учиты вать характер среды, в которой работает конструкция.
При рассмотрении влияния напряжений было отмечено, что, напри мер, отожженная сталь с содержанием углерода от 0,1 до 0,4% проявля ет максимум склонности к коррозионному растрескиванию тогда, когда на образец действуют осевые растягивающие напряжения, значение ко торых равно пределу текучести. При большем значении напряжений склонность к растрескиванию уменьшается, проходит через минимум и затем снова растет. Для стали других марок существуют несколько иные зависимости.
Количественная оценка этих явлений до сих пор еще полностью не дана.
Защита стальных конструкций от коррозии достигается следующими методами:
37