ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сернистая коррозия металла хвостовых поверхностей нагрева и стальных коробов газоходов из "Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов Издание 3 " Под слоем отложений на внутренней поверхности экранных труб в контакте с котловой водой развивается так называемая подшламовая коррозия и она часто носит язвенный характер. [c.240] Такой коррозионный процесс интенсивно развивается только в отдельных точках поверхности металла, где образуются язвы, которые могут привести к свищам. Язвы заполняются продуктами коррозии, и поэтому их не всегда легко удается обнаружить. [c.240] При значительном развитии коррозионного процесса на внутренней поверхности трубы в месте действия локальных коррозионных электрохимических элементов наблюдаются как бы наросты. Между металлом трубы и отложениями находятся плотно прилегающие продукты коррозии, образовавшиеся из металла трубы. Между плотным слоем оксидов железа и слоем отложений находится слой более рыхлых оксидов из ионов металла, перешедших в раствор в воде. Внутренний плотный слой состоит практически из одного магнетита. В рыхлом слое оксиды железа располагаются вперемежку с солями, состав которых определяется букетом солей котловой воды. [c.240] Схема развития процесса сплошной подшламовой коррозии представлена на рис. 4.19. При наличии теплового потока в стенке трубы экрана с лобовой образующей имеет место градиент температуры, возникающий из-за термического сопротивления металла. Еще больший градиент температуры отмечается в слое отложений, так как они обладают меньшей теплопроводностью, чем металл. В пограничном ламинарном слое жидкости также существует градиент температуры, связанный с процессом теплоотдачи от поверхности отложений к жидкости. [c.240] При значениях показателя pH 7,0 скорость коррозии определяется скоростью восстановления ионов водорода. Ионы водорода, имеющиеся в котловой воде, из-за ее диссоциации или кислотного характера примесей восстанавливаются до водорода (на катодных участка.х) и растворяются в металле. Происходят интенсивная коррозия и насыщение водородом металла. [c.241] При значениях показателя рН 7,0 образование ионов водорода сильно подавлено. Выделившийся водород становится потоком пароводяной смеси. В потоке атомы водорода объединяются в молекулы, транспортируемые вместе с паром через тракт котла и турбиш в конденсатор. Имеет место коррозионное поражение, но отсутствует водородное охрупчивание. [c.241] Между водородсодержащей средой и металлом через определенный промежуток времени после возникновения контакта наступает равновесие распределения водорода, т. е. металл насыщается водородом. Растворенный в стали атомарный водород вызывает снижение прочности и пластичности и может приводить к замедленному разрушению при нагрузках и температурах, которые при отсутствии водорода безопасны. Водород снижает при высоких температурах длительную прочность и длительную пластичность и может ускорять ползучесть. Это явление называется водородной хрупкостью оно свойственно не только процессу подшламовой коррозии, но и всем случаям, когда металл насыщается водородом. В частности, при насыщении металла водородом в процессе сварки (водород попадает из влажной обмазки электродов или ржавчины — гидрооксида железа) может наблюдаться повышенная способность к трещинообразова-нию наплавленного металла или околошовной зоны. [c.242] Водород, имеющий малый атомарный диаметр, легко диффундирует в микропоры или на границы раздела фаз. На поверхности микропоры происходит десорбция с образованием молекул. Давление резко повышается. При достижении критического сочетания геометрии формы поры, давления в ней и уровня действующих в конструкции напряжений происходит элементарный акт разрушения — микронадрыв. Рост трещины происходит последовательными скачками, пока она не достигнет критической длины и ширины. Дальше произойдет практически мгновенное окончательное разрушение. Процесс разрушения контролируют парциальное давление водорода на поверхности металла, структурное состояние, наличие и форма микропор, вид и уровень напряженного состояния и температура металла на поверхности и в объеме. [c.242] На процесс диффузии водорода влияют поле напряжений, градиент температуры и дефектность строения металла. В частности, границы зерен и дислокации являются каналами, облегчающими перемещение ионов водорода в стали. [c.242] Растворимость водорода в стали увеличивается пропорционально корню квадратному из парциального давления и возрастает по экспоненте с увеличением температуры при постоянном парциальном давлении водорода. При повышении температуры от 300 ДО 500° С растворимость водорода в железе увеличивается в пять раз. Легирующие элементы относительно слабо влияют на растворимость водорода в стали, но могут существенно изменять скорость диффузии. [c.242] В то же время водород является поверхностно-активным веществом, приводящим к снижению поверхностной энергии стали, облегчает таким образом уровень напряжений, необходимых для образования и развития трещины. [c.243] Растворение водорода вызывает искажение кристаллической решетки металла и уменьшает силы межатомного взаимодействия. При критической концентрации водорода возможны потери когезивной связи между атомами в кристаллической решетке. Критическая концентрация разная для различных уровней напряженного состояния в конкретном локальном объеме она тем меньше, чем выше уровень напряжений. Важную роль в ускорении разрушения играет трехосное напряженное состояние, ограничивающее возможность пластической деформации металла. При критической концентрации водорода или большей трещина растет при меньшей — растрескивания нет. [c.243] Важную роль играет взаимодействие ионов водорода с дислокациями в пластически деформированной зоне перед вершиной трещины. Водород легче растворяется в искаженной кристаллической решетке дислокаций. Движущиеся дислокации транспортируют растворенный водород к препятствиям — границам зерен, включениям и пр. В скоплении дислокаций у препятствия концентрация водорода существенно повышается, достигает критического значения, после чего образуется трещина. [c.243] В результате водородного охрупчивания происходит снижение пластических свойств не только перлитных, но и высоколегированных аустенитных сталей. Аустенитная сталь с мелким зерном лучше сопротивляется водородному охрупчиванию, чем крупнозернистая. [c.243] На трубчатые элементы водород действует тем сильнее, чем меньше их толщина при одном и том же парциальном его давлении на внутренней поверхности. При насыщении металла водородом усиливается анизотропия свойств, связанная с текстурой. [c.243] При испытании на длительную прочность в водородсодержащей среде достоверная информация о пределе длительной прочности получается при использовании степенной зависимости х = Ао ,Ц. Можно применять и параметрическую зависимость Ларсена — Миллера Од.п =/ Т (С + 1дт)], но если для перлитной стали в нейтральной среде С = 20 —22, то в водородсодержащей среде С = 9ч-12. Чем выше стойкость стали к водороду, тем ближе коэффициент С при испытаниях в водородсодержащей среде и этот коэффициент при испытаниях в воздушной среде. [c.243] На рис. 4.20 представлено влияние легирования сильными карбидообразующими элементами — хромом и молибденом на стойкость против водородного охрупчивания перлитных сталей. [c.243] Чем выше парциальное давление водорода и температура, тем сильнее охрупчивание. При температурах и давлениях, расположенных ниже линии для соответствующей стали на рис. 4.22, водородное охрупчивание практически не наблюдается. Повыщения стойкости против водородного охрупчивания позволяет добиться также легирование стали титаном и ниобием. [c.244] При испытании на длительную прочность в водороде происходит поверхностное обезуглероживание, что способствует снижению длительной прочности и приводит к проявлению масштабного фактора. Влияние обезуглероженного слоя сильнее на тонкостенных деталях. [c.244] Водород вызывает также увеличение скорости ползучести сталей по сравнению с испытаниями в нейтральных средах. [c.244] Вернуться к основной статье