ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механохимическая коррозия минералов из "Механохимия металлов и защита от коррозии Изд.2 " В практике достаточно широко известно образование защитных слоев из карбонатных пленок на трубопроводах и других конструкциях, контактирующих с минерализованной водой. Изучение взаимодействия минералов с химически активными жидкостями представляет также интерес для технологии неорганических материалов, при переработке минерального сырья, в горном деле, при защите от коррозии строительных конструкций и т. д. [c.32] Действительно, концентрация насыщения раствора при неизменной дисперсности минерала (влияние упругой деформации на поверхностную энергию пренебрежимо мало) зависит только от температуры. Кратковременное пересыщение в прилегающем тонком слое раствора, вызванное приложенным напряжением вследствие увеличения химического потенциала кристалла, приводит к немедленному обратному осаждению всей растворившейся твердой фазы в виде осадка с ненапряженной решеткой (эпитаксия скажется только на первых моноатомных слоях, что имеет значение для равновесного потенциала металла и скорости растворения минерала в ненасыщенном растворе, но несущественно для минерала в пересыщенном растворе в связи с быстрым образованием толстого слоя осадка). В результате на поверхности кристалла, покрытого этим осадком, восстановится прежнее фазовое равновесие, и влияние напряжений не удастся зафиксировать. Поэтому механохимическое растворение минералов следует изучать в растворах, далеких от насыщения, используя нестационарные кинетические методы. [c.33] В качестве модельного объекта исследования был выбран монокристалл широко распространенного минерала кальцита. Модельной средой служили водные растворы уксусной кислоты. Такое сочетание взаимодействующих фаз обеспечивало конгруэнтное растворение минерала и благодаря слабой диссоциации уксусной кислоты позволяло эффективно регистрировать кинетику растворения карбоната кальция методом измерения электрической проводимости электролита, увеличивающейся вследствие хорошей диссоциации продукта коррозии — уксуснокислого кальция. [c.33] Опыты проводили (совместно с И. Г. Абдуллиным) в специальной электрохимической ячейке, снабженной платиновыми электродами и устройством для механического нагружения образца. Резистометрическая установка была собрана на основе потенциометрической схемы и включала генератор звуковой частоты (20 кГц) со стабилизирующим дискриминатором, потенциометр, детектор и самописец с усилителем постоянного тока типа Н37. Платиновые электроды располагались в непосредственной близости от поверхности образца, что позволило проводить измерения в нестационарных условиях ди узионной кинетики. [c.33] Растворение образца в электролите иривело к уменьшению напряжения на электродах вследствие появления в нем продуктов растворения. Скорость изменения напряжения характеризовала скорость реакции (рис. 3). Приложение нагрузки характеризовалось изломом на кинетической кривой, соответствующим скачкообразному увеличению скорости растворения в несколько раз (меха-нохимический эффект). [c.34] Многократное повторение циклов нагрузка—разгрузка (см. рис. 3, кривую 2) на различных образцах сопровождалось соответствующим ускорением и замедлением реакций, что свидетельствовало о механохимическом растворении, обусловленном механическим напряжением. [c.35] В реальных металлических конструкциях и сооружениях напряженное состояние изменяется в процессе эксплуатации даже при постоянных внешних нагрузках вследствие изменения сечения силонагруженных элементов в результате коррозионного износа. В свою очередь концентрация напряжений усиливает механо-химическую коррозию, что может привести к ускоренной потере несущей способности. [c.35] Рассмотрим прямоугольный элемент объема металлической конструкции, одна грань которого контактирует с агрессивной средой, вызывающей равномерную коррозию со скоростью Vg для ненапряженного металла. К граням, перпендикулярным к границе раздела металл — жидкость, приложено постоянное растягивающее или сжимающее усилие Р, распределенное на площади грани S = М, где h — толщина элемента по нормали к границе раздела (одноосное напряженное состояние). Предположим, что приложенное усилие не нарушает равномерного характера коррозии, а лишь изменяет ее скорость. [c.35] Таким образом, решая вопрос о применении высокопрочных сталей, необходимо учитывать механохимический эффект В частности, принимаемый обычно для насосно-компрессорных труб коэффициент запаса 1,5 не может быть единым для всех случаев. Его нужно устанавливать, исходя из заданного срока службы труб, коррозионной активности среды, толщины стенки и предельно допустимого напряжения, зависящего от типа и физикомеханических свойств стали. [c.37] Выше рассматривалось одноосное напряженное состояние. В случае объемного напряженного состояния величина о в уравнении (68) означает шаровую часть тензора напряжений. Строго говоря, это же следовало бы сделать и для одноосного напряженного состояния, но выше принималась полная величина напряжения, так как в локальных областях вокруг дефектов структуры возможны такие значения давления. Поэтому при объемном напряженном состоянии можно вести расчет по максимальному главному напряжению. [c.37] Данная величина намного меньше величины, принимаемой в литературе в качестве допустимой (0,25 мм в год), что указывает на заниженное значение коэффициента запаса прочности. Определим его, исходя из указанной допустимой скорости коррозии. По соответствующей величине То = v tlh (0) = 0,682 определяем на графике значение = 0,09. Следовательно, искомое значение расчетного коэффициента запаса прочности l/f = 11, т. е. = = 45 МПа. Полученный результат подтверждается практикой эксплуатации обрывы труб систематически происходят через один — два года и чаще, т. е. фактическая долговечность на порядок меньше, чем проектируемая. [c.38] Влияние напряжений на коррозию (механохимическая кор- розия) усиливается в местах различных концентраторов напряжений на поверхности металла (резьбовые и сварные соединения, выточки, дефекты, трещины и пр.), вызывает неравномерность коррозии и ее локализацию, предельным выражением которой служат явления коррозионного растрескивания и коррозионной усталости, характеризующиеся концентрацией коррозионного процесса в вершине коррозионно-механической трещины. Ряд мероприятий могут снизить интенсивность механохимической коррозии и тем самым предотвратить ускоренное развитие коррозионно-механических разрушений. Так, уменьшение скорости коррозии стали до рекомендованной допустимой начальной величины Vq = 0,03 мм в год с помощью ингибиторов коррозии в условиях Оренбургского газоконденсатного месторождения [30] позволило исключить коррозионно-механические повреждения оборудования, трубопроводов и даже узлов аварийного предупреждения. [c.39] Установленная функциональная зависимость между указанными параметрами может служить основой для решения техникоэкономических задач надежности при проектировании сооружений и их антикоррозионной защиты с использованием математической техники поиска оптимальных решений. [c.39] То — относительная долговечность сосуда То = t/to (t — фактическая долговечность, — долговечность сосуда без учета механохимического эффекта). [c.41] В процессе эксплуатации сосуда соотношение радиусов его изменяется, поэтому при расчете по формуле (74) необходимо подставлять значение т , соответствующее начальному моменту эксплуатации т) = т . [c.41] Таким образом, долговечность сосудов в условиях механо-химической коррозии существенно зависит от исходной прочности металла, геометрической формы (соотношение главных напряжений) и геометрических размеров, причем возрастает при уменьшении (Тт и увеличении толщины стенки. [c.43] С целью проверки влияния величины предела текучести на долговечность образцы из стали 45 подвергали термообработке с отпуском при различных температурах и испытывали в тех же условиях коррозии. На рис. 10 показана расчетная кривая для случая = 0,8 F= I m = О (одноосное напряженное состояние) поля экспериментальных точек соответствуют значениям, взятым из пяти параллельных опытов. [c.43] Как уже говорилось (см. рис. 5) с ростом относительной долговечности То влияние механохимической коррозии проявляется сильнее и становится о1цути-мым при меньших значениях предела текучести. Аналогично этому возрастает чувствительность долговечности к величине предела текучести с ростом коэффициента использования несущей способности Как следует из рис. 10, для = 0,8 снижение относительной долговечности (относительно То = 1) становится значительным уже при = 200 МПа. [c.43] Для экспериментальной проверки этой формулы измеряли долговечность цилиндрического образца из стали 20 с пределом текучести = 260 МПа в 30%-ной НС1 под действием постоянной растягивающей силы. [c.44] Для уровней значений f n = 0 9 0,7 0,5 расчет дал соответственно значения То — 0,25 0,13 0,05, а эксперимент в среднем по параллельным опытам— значения 0,25 0,13 0,07, что свидетельствует об удовлетворительном соответствии опытных данных расчетным. [c.44] Вернуться к основной статье