Ювелирное обозрение

Для борьбы с коррозией принимают самые разнообразные методы, учитывающие особенности не только самого металла, но и условия эксплуатации металлического изделия. В большинстве случаев можно подобрать тот или иной конструкционный материал для его эксплуатации в коррозионных средах. Когда этот выбор сделать нельзя, приходится защищать металл от коррозии. Выбор того или иного способа защиты определяется его эффективностью и экономической целесообразностью.

Все используемые в практике меры по защите металлов от коррозии можно разделить на несколько групп:

1.Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов легированием. ( при газовой коррозии и электрохимической коррозии) Это эффективный метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава или металла вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден и др.), вызывающие пассивность металла. Пассивацией называют процесс перехода металла или сплава в состояние его повышенной коррозионной устойчивости, вызванное торможением анодного процесса. Пассивное состояние металла объясняется образованием на его поверхности совершенной по структуре оксидной пленки (оксидная пленка обладает защитными свойствами при условии максимального сходства кристаллических решеток металла и образующегося оксида).

2.Нанесение защитных покрытий.

Это наиболее распространенный способ защиты, заключающийся в нанесении на поверхность металла неметаллических (нанесения на поверхность металла красок, лаков, эмалей, пластмасс, резины) и металлических покрытий(нанесением на поверхность металла тонкого слоя цинка, хрома, никеля, кадмия, олова, свинца и других металлов.) или в образовании на поверхностном слое металла защитной пленки.

3.Разработка конструктивных форм обладающих высокой коррозионной устойчивостью. При конструировании проектируют конструкции из замкнутых гнутосварных профилей, имеющих обтекаемую форму. В сильноагрессивной среде используют трубчатые конструкции.

4. Изменение свойств коррозионной среды.

Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении. Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы. Ингибитором называется вещество, при добавлении которого в небольших количествах в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла.

3. Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям.

1.1. Условия эксплуатации. Включают в себя обслуживание технологического процесса т.е. в здании должны быть обеспечены конструкции безопасностью, удобством крепления с наименьшими затратами, для поддержания конструкции в надежном состоянии. Нормальная эксплуатация – это эксплуатация, осуществляемая без ограничений в соответствии с предьявляемыми к конструкции эксплутационно-технические требования, предусмотренные в нормах проектирования или заданиях на проектирование.

1.2. Технические требования. Сводятся к обеспечению устойчивости, жесткости, надежности(безотказная работа конструкции в течении всего периода эксплуатации), долговечности(свойство элемента или системы длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при определенных условиях эксплуатации).

1.3. Экономические требования. Определяются затратами на металл, стоимостью изготовления, транспортирования и монтажа. Экономия металла достигается за счет совершенствования различных видов конструкций(создания новых совершенных форм-оболочки положительный, отрицательные Гауссовой кривизны: своды, купола, торы, структурные конструкции, висячие, комбинированные, предварительно напряженные)

1.4. Эстетические требования. Свойства филигранности(прозрачное, открытое)-прозрачные стальные элементы при устройстве стекла

Выбор класса стали для металлических конструкций.

1.1 Зависит от температуры среды т.е. понижение температуры приводит к хрупкому разрушению

1.2 Зависит от характера нагружения (статического, динамического, вибрационного, переменного)

1.3 От вида напряженного состояния (одноосное: растяжение, сжатие, кручение, сдвиг, срез, изгиб; плоское-двуосное: сжатие с изгибом, изгиб с растяжением, поперечный изгиб, продольный изгиб; объемное-трехосное: сочетание поперечного изгиба с продольным)

1.4 От способа соединения элементов (сварка, болты, заклепки)

1.5 От толщины проката, учитывающие изменение свойств стали т.е. с увеличением толщины проката уменьшается расчетное сопротивление следовательно уменьшается прочность стали

Основы методики расчета конструкций по предельным состояниям.

Цель расчета строительных конструкций – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимой прочности конструкции при минимальном расходе материалов и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж.

Предельным называется такое состояние конструкции при котором конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационно-техническим требованиям т.е. либо теряет несущую способность (1группа предельных состояний) либо получает недопустимые деформации или местное повреждение(2группа предельных состояний)

Под нормальной эксплуатацией принимается эксплуатация осуществляемая без ограничений в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование технических условиях.

Виды предельных состояний 1 группы-по потере несущей способности, предусматривает расчет на прочность, устойчивость и выносливость:

1. Разрушения любого характера(вязкое, хрупкое, усталостное)

2. Потеря устойчивости положения (опрокидывание)

3. Потеря устойчивости формы (сдвиг)

4. Переход конструкции или здания в геометрически изменяемую систему

5. Качественное изменение конструкции в результате чрезмерного развития пластических деформаций

Виды предельных состояний 2 группы-предусматривает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию здания или снижающую долговечность зданий и сооружений(можно ликвидировать путем текущего ремонта или реконструкции):

4. Повороты сечений

6. Трещины (в мет.конструкциях трещины возможны только при сварке 0.1мм)

Нагрузки и воздействия. Классификация нагрузок по природе происхождения, характеру воздействия, продолжительности действия, интенсивности действия. Сочетание нагрузок.

1. По природе происхождения:

· От собственного веса

· Технологические нагрузки(полезные), вес оборудования, склад материалов, давление жидкости/газов, сыпучих материалов

· Атмосферные (снег, ветер, гололед)

· Температурные воздействия(технологические, климатические)

· Сейсмические и взрывные воздействия

· Аварийные нагрузки, возникающие при резком нарушении технологического процесса

2. По характеру воздействия:

3. По продолжительности действия:

· Постоянные(нагрузки от собственного веса конструкции, вес частей зданий и сооружений, вес грунта, воздействие предварительного напряжения)

o Длительные(нагрузки которые действуют продолжительное время, но могут и отсутствовать)

o Кратковременные(нагрузки от подвижного, подъемно-транспортного оборудования, снеговые ветровые, гололедные нагрузки)

o Особые(сейсмические и взрывные воздействия, аварийные нагрузки, вызванные резким нарушением тех.процесса)

4. По интенсивности действия:

· Нормативные(нагрузки отвечающие условиям нормальной эксплуатации)

· Расчетные(максимальные нагрузки за все время эксплуатации зданий и сооружений)

5. Сочетание нагрузок:

· Основные( включают постоянные, длительные и кратковременные нагрузки)

· Аварийные( включают постоянные, длительные временные, кратковременные и одну из особых нагрузок)

Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 2545; Нарушение авторского права страницы

технические науки

• Полетаев Владимир Алексеевич , доктор наук, профессор, профессор
• Ивановская пожарно-спасательная академия
• Иванов Виталий Евгеньевич , кандидат наук, преподаватель
• Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

• Похожие материалы

  Детали пожарной техники испытывают воздействие факторов внешней среды: отработавшими газами двигателей, огнетушащими веществами, эксплуатационными материалами и т.п. При этом у деталей разрушается рабочая поверхность под воздействием коррозии, снижается долговечность и эксплуатационная надежность механизмов пожарной техники.

  Коррозией называют разрушение материалов под влиянием окружающей среды в результате ее химического или электрохимического воздействия (коррозия происходит от латинского слова «corrodere» — разъедать, разрушать). Ущерб, причиняемый коррозией, может быть прямым и косвенным. Прямой ущерб включает в себя стоимость замены подвергшихся коррозии частей машин, трубопроводов, устройств.

  В зависимости от страны и климатических условий суммарный ущерб, наносимый коррозией, достигает уровня 3–10 % валового продукта. Проникновение в результате коррозии газа, нефти и других продуктов в окружающую среду приводит не только к материальным потерям, но и к угрозе жизнеобеспечения человека и природы.

  В зависимости от свойств окружающей среды и характера ее физико-химического воздействия на материал различают:

• химическую коррозию, обусловленную воздействием сухих газов, а также жидкостей, не являющихся электролитами (нефть, бензин, фенол);
• электрохимическую коррозию, обусловленную воздействием жидких электролитов: водных растворов солей, кислот, щелочей, влажного воздуха, грунтовых вод, то есть растворов, содержащих ионы и являющихся проводниками электричества.

Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия (особенно усиливающаяся при высоких температурах), т. е. процесс взаимодействия с кислородом или активными газовыми средами (галоиды, сернистый газ, сероводород, пары серы, диоксид углерода и т. д.). При газовой коррозии разрушаются такие ответственные узлы и детали, как лопатки газовых турбин, сопла реактивных двигателей, арматура печей.

Электрохимическая коррозия — наиболее распространенный вид коррозии металлов. При электрическом контакте двух металлов, обладающих разными электродными (электрохимическими) потенциалами и находящихся в электролите, образуется гальванический элемент. Поведение металлов зависит от значения их электродного потенциала. Металл, имеющий более отрицательный электродный потенциал (анод), отдает положительно заряженные ионы в раствор и растворяется. Избыточные электроны перетекают по внешней цепи в металл, имеющий более высокий электродный потенциал (катод). Катод при этом не разрушается, а электроны из него удаляются во внешнюю среду. Чем ниже электродный потенциал металла по отношению к стандартному водородному потенциалу, принятому за нулевой уровень, тем легче металл отдает ионы в раствор, тем ниже его коррозионная стойкость.

Известно, что скорость коррозии меньше в образцах с мелким зерном. При малых степенях деформации карбиды образуются преимущественно на границах зерна, но скорость их образования выше, чем в недеформированных образцах. Поверхностная обработка деталей пожарной техники из коррозионностойких сталей может оказывать заметное влияние на склонность к межкристаллической коррозии (МКК) в результате создания или устранения наклепа поверхности. Более высокая стойкость против МКК достигается на сталях со шлифованной поверхностью по сравнению с травленой. Грубо обработанная поверхность из-за наличия дефектов (задиров, закатов части окалины, вмятин, остатков неудаленных загрязнений), повышающих гетерогенность поверхности и облегчающих возникновение концентрационных неоднородностей и микрощелей, имеет большую склонность к поверхностной коррозии (ПК). Устранение этих дефектов посредством более тонкого шлифования, а затем и полирования, с последующим пассивированием является обработкой, которая обеспечивает максимальную стойкость стали данного состава против ПК. Травление поверхности, как правило, повышает стойкость по причине вытравливания «слабых» мест, особенно если в результате этой операции удаляются химически неустойчивые НВ. Заключительная пассивирующая обработка обеспечивает для некоторых марок сталей значительное облагораживание и уменьшение числа питтингов.

Выбор методов борьбы с ПК зависит от условий эксплуатации, особенностей конструкции, уровня знания электрохимической обстановки технологического процесса и т.п. Иногда проблемы защиты оборудования от ПК могут быть решены чисто дизайнерскими способами (устранением застойных зон, нежелательных контактов разнородных материалов и пр.). Наиболее простым (но не всегда более экономически целесообразным) способом борьбы с ПК является применение устойчивых против ПК сталей. Высокое содержание хрома и молибдена (наряду с повышенным содержанием кремния), чистота по НВ (или, по крайней мере, по таким из них, которые наименее химически стойкие в конкретных условиях), рациональная термообработка (устранение гетерогенности и избыточных фаз, появление которых сопряжено с наличием обедненных хромом и молибденом зон) при прочих равных условиях создают возможности для более высокой стойкости против ПК.

Для повышения стойкости против ПК желательно, чтобы поверхности, контактирующие с агрессивной средой, имели более высокую степень обработки (шлифование, механическое или электрохимическое полирование) и заключительную пассивирующую обработку.

Методы защиты от коррозии можно объединить в следующие группы:

1. Нанесение защитных покрытий и пленок;
2. Изменение электрохимического потенциала защищаемого материала по отношению к среде на границе фаз;
3. Модификация коррозионной среды.

Борьба с коррозией с применением защитных покрытий является наиболее распространенным способом. Его эффективность зависит не только от выбора подходящего покрытия, но и от соответствующей обработки поверхности материала. Она должна быть очищена от органических загрязнений, таких как масла и смазки, а также от ржавчины, окалины и т.п. В связи с этим подготовка поверхности состоит в мытье, обезжиривании, механической очистке шлифованием, полированием, очистке щетками или дробеструйной обработке. Чистую поверхность металла получают также химическим или электролитическим травлением в растворах кислот.

В качестве защитных применяют металлические и неметаллические покрытия. Металлические покрытия могут быть выполнены из металла более или менее благородного, чем подложка.

При изготовлении деталей электронасосов пожарной техники используются стали 40ХН, 12Х18Н10Т с термообработкой и сталь 45.

Сталь 40ХН — это хромистая сталь мартенситного класса. Стойкость сталей и сплавов этого класса против электрохимической, химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др. определяется в первую очередь их составом. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1180°С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений.

Сталь 12Х18Н10Т — это хромоникелевая коррозионностойкая сталь аустенитного класса предназначена для изготовления деталей, работающих в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной, серной кислот, растворах щелочей и солей. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1100°С для полной растворимости карбидов и отпуск в воде. Быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора и однородную структуру. Закалка — это смягчающая операция.

В таблице 1 и 2 показан химический состав стали 40ХН и 12Х18Н10Т.

Таблица 1. Химический состав (%) хромистых коррозионностойких сталей (ГОСТ 5632)



Дата публикации: 28.05.2018 2018-05-28

Статья просмотрена: 89 раз

Библиографическое описание:

Иванова А. Г. Повышение коррозионной стойкости металлов // Молодой ученый. — 2018. — №21. — С. 113-115. — URL https://moluch.ru/archive/207/50674/ (дата обращения: 25.11.2019).

Рассмотрена методика оценки состояния металлических конструкций. Предложены химические составы для удаления продуктов коррозии при измерении глубины повреждений.

Ключевые слова: коррозионная стойкость, химические составы для удаления продуктов коррозии.

Контроль состояния металлических конструкций, погруженных в грунт, производится путем их вскрытия, причем вскрытие производят не менее, чем в четырех местах по периметру конструкции.

Вскрытые элементы металлоконструкции очищают от продуктов коррозии вначале механической обработкой, а затем химическим способом. Используют разбавленную (1:1) соляную кислоту или состав, состоящий из равного количества щавелевой кислоты и кварцевого песка, которые замешиваются с водой до пастообразного состояния. Пасту раскладывают слоем в 2–3 см на полиэтиленовой пленке и в нее погружают контролируемый отрезок металлоконструкции на 10–30 минут. На подготовленном элементе металлоконструкции с помощью индикатора часового типа производят измерение глубины коррозии между двумя иглами. Полученные выборки глубины коррозии вскрытых элементов металлоконструкции с помощью статических критериев [3,4] оценивают на однородность по средним значениям (по критерию Фишера) и дисперсиям (по критерию Бартлера).

С целью повышения антикоррозионной стойкости элементов металлических конструкций, погруженных в грунт, грунт обрабатывают специальными составами [1,2,3], недостатком некоторых из них является присутствие в электролите хлористых солей. Как известно хлориды наиболее опасные в коррозионном отношении соли.

Попадая в грунт, при искусственной обработке его солями, ионы хлора уничтожают пленку окислов на стали, увеличивают анодные поверхности и при наличии хороших катодов (железобетонных фундаментов), усиливают коррозионные разрушения элементов металлических конструкций. Кроме того, это довольно сложный состав.

Известен состав для обработки грунта на основе природного гипса, применяющийся для уменьшения удельного сопротивления грунта и коррозионного воздействия на конструкции из черной и оцинкованной стали [2]. Недостатком состава является небольшой эффект антикоррозионного свойства. При добавлении гипса в грунт сопротивление его уменьшается в среднем только на 60 %, а защита от коррозии увеличивается на 14 %.

Для практики необходим состав, выполняющий одновременно несколько функций. Например, состав, создающий более низкое сопротивление растеканию устройств заземления (необходимое условие обеспечения безопасной работы различных аппаратов химического производства) в сочетании с повышением антикоррозионной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что состав на основе гипса дополнительно содержит азотнокислый калий (КNO₃), окись хрома (Сг₂₃) и пирофосфорнокислый натрий (Nа₄Р₂О₇·10Н₂О) при следующем соотношении компонентов [2] мас. %:

Для повышения окислительных свойств солей окислительного типа азотнокислого калия, окиси хрома в гипс введен пирофосфорнокислый натрий, способствующий переводу рыхлых гидрозакисей железа в более прочные защитные пленки. Кроме того, введение в гипс вышеуказанных солей способствует удержанию влаги в грунте и поглощению последней из атмосферы, что создает более стабильный режим снижения сопротивления грунта.

В таблице 1 приведен рецептурный состав для обработки грунта.

Состав для обработки грунта (поа.с. СССР N1029234)

Компоненты

Формула

Грунт сдобавками

Прототип [2]

Предлагаемый состав, маc.%