Диссертация (Повышение коррозионной стойкости конструкционных сталей комбинированными методами хто, включающими цинкование и азотирование), страница 4

Результаты былипредставлены также на 3-й Международной научно-практической конференции«Современные материалы, техника и технология» (Курск, 2013), конференции«Поколение будущего-2013. Взгляд молодых ученых» (Курск, 2013), ХIIМеждународнойнаучно-практическойконференции«Современные14инструментальныесистемы,информационныетехнологиииинновации»(Курск,2015), V Международной молодежной научной конференции (Курск,2015).Результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, из которых4 опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ,10 в журналах, входящих в базу данных Российского индекса научногоцитирования (РИНЦ), 1 – в журнале, входящем в международную базу Scopus, 1 –патент.Работавыполняласьматериалов»Московскогонакафедре«Технологииавтомобильно-дорожногоконструкционныхгосударственноготехнического университета (МАДИ) в соответствии с планами научноисследовательских работ.

Отдельные этапы работ выполнялись в рамках НИР11.1593.2014/Kразработки«Совершенствованиеповерхностно-упрочненныхтеоретико-методологическихконструкционныхосновматериалов»попроектной части Государственного Задания Министерства образования и наукиРФ в сфере научной деятельности и НИР по гранту Российского Научного Фонда17-19-01473 «Исследование структурных и фазовых превращений в системах«железо-металл-азот»примодифицированиистальнойповерхностикомбинированными методами, включающими металлизацию и азотирование».Структура и объём работы.Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения,библиографического списка из 163 источников и приложений.

Работа содержит199 страниц основного текста, 104 рисунка, 43 таблицы. В приложение помещеныакты о внедрении результатов работы, патент.15ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ СТАЛЕЙОТ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ1.1 Проблема коррозии в машиностроении и основные тенденции ее решенияМеталлы под воздействием различных физико-химических факторовразрушаются или утрачивают свои эксплуатационные качества. В международномстандартеISO8044:1989подкоррозиейпонимаютфизико-химическоевзаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяютсясвойстваметалла,сопровождающиесяухудшениемегофункциональныххарактеристик.

Основная причина коррозии металлов и сплавовтермодинамическаянеустойчивость,т.е.возможность– ихсамопроизвольногопротекания коррозионных процессов при конкретных внешних условиях.Разрушениеметалловможетпроисходитьврезультатехимического,электрохимического, механического и других воздействий среды. Способностьметаллов противостоять коррозионному воздействию внешней среды называетсякоррозионной стойкостью.1.1.1 Особенности коррозии деталей и металлоконструкций в атмосферных ипромышленных условияхКоррозионное повреждение деталей и металлоконструкций происходит прилюбых климатических условиях, и его скорость определяется как внешнимифакторами агрессивной среды, так и внутренними факторами (склонностиметаллических конструкций разной формы к коррозии, его электрохимическимихарактеристиками).Например, металлоконструкции мостов (несущие фермы, рельсы, бетонныеопоры, фундаменты), эксплуатация которых происходит на открытом воздухе,постоянноподвергаютсяразрушению,чтонадежность и срок эксплуатации объектов.снижаетгрузоподъемность,Под влиянием агрессивной16окружающей среды стальные детали мостовых сооружений подвергаются икоррозионным повреждениям [1,4].

Наблюдаются коррозионное растрескивание(в зоне действия растягивающих или сжимающих напряжений, а такжеостаточныхдеформаций),коррозионнаяусталость(возникаетпризнакопеременных нагрузках и приводит к понижению предела усталости металлав присутствие коррозионной среды), контактная коррозия, щелевая коррозия,коррозия при трении.Развитиекоррозионныхпроцессовопределяютследующиефакторы,связанные со степенью агрессивности среды: относительная влажность воздуха,время периодического увлажнения поверхности стали, загрязненность атмосферыагрессивными газами (SO2, NO2, CO2), запыленность, перепады температурвоздуха, наличие в воздухе солей, бактерий, значение кислотности pH водныхпленок конденсата воды.Наиболеераспространеннымипричинамиповреждениймостовыхконструкций, эксплуатируемых в промышленных условиях, являются [2,5]:­ коррозия арматуры – 44,3%;­ коррозия стальных элементов (балок и ферм) – 41,2%;­ коррозионные трещины в элементах пролетного строения и опор – 30%;­ коррозия опорных частей конструкций и их неправильная установка – более 60%.Снижение долговечности металлоконструкций по сравнению с нормативнойбазой связано с [6,7]:­ усилением влияния агрессивности окружающей среды;­ болееинтенсивнымразвитиемтранспортаиболееинтенсивнойавтомобилизацией и отставанием в развитии автомобильных дорог имостовых сооружений на них;­ возрастаниемуровнянапряженно-деформированногосостоянияиз-заувеличения интенсивности движения;­ недостаточностью требований к качеству проектирования, изготовления имонтажа сооружений;17­ внешнимиивнутреннимивоздействиямислучайногохарактера,(землетрясения, паводки, экологические катастрофы);­ недооценкой значимости проблемы первичной и вторичной антикоррозионнойзащиты;­ отсутствиемпередвижныхлабораторийдляконтролязаразвитиемкоррозионных процессов в конструкциях.Главной причиной коррозии является увлажнение поверхностей металла,особенно в местах скопления пыли и грязи (горизонтальные листы Т- и Н-образныхсечений, фасонки, связи, узлы сквозных ферм и балочных клеток) [8-12].Как показывает анализ, наименьший коррозионный износ наблюдается услитных и гладких сечений круглых и прямоугольных труб; эффективны такжекоробчатое замкнутое сечение из двух уголков и закрытые сверху коробчатыесечения из гнутых профилей.

Наименее коррозионно-устойчивы сечения изуголков и швеллеров с щелями, Н-образные профили [2,13]. Коррозионный износуменьшается в 2,5 раза при замене традиционных типов сечений из двух уголковтрубчатыми [13].На степень коррозионного износа металлоконструкций влияет такжеположение металлоконструкций относительно горизонта: при разном угленаклона к горизонту износ горизонтально расположенного элемента конструкциии износ наклонно расположенного сильно отличаются [14].На металлических конструкциях, контактирующих с электролитами,возникают и протекают процессы электрохимической коррозии. Регулярныеобследования и наблюдения за состоянием металлических конструкций мостовпоказали, что коррозии подвергаются пояса продольных и поперечных балок,горизонтальныеребражесткости,горизонтальныеэлементысвязейиприкрепляющие их фасонки, пояса ферм корытного профиля, сложныеконструктивные элементы и узлы, заклепочные и болтовые соединения.Анализ результатов многолетнего обследования мостовых сооруженийпозволил выделить типовые дефекты стальных конструкций, окрашиваемых18поверхностей и готовых лакокрасочных покрытий, возникающих при устройствеантикоррозионной защиты [2,15]:­ наличие узких зазоров между конструктивными элементами, в которыхвозможновозникновениеинтенсивнойщелевойкоррозии,натеканияржавчины на окрашенную поверхность;­ наличие мест застаивания воды;­ наличие открытых зазоров в болтовых соединениях между монтажныминакладками и частями конструкций, в которой возможно возникновениеинтенсивной щелевой коррозии;­ язвы (питтинги) и кратеры на стальной поверхности;­ механические дефекты-сколы, расщепления, прокатные расслоения, грубыйпрофиль сварочного шва, отсутствие закольцовки сварного шва, наружныепоры в сварном шве, кратеры в начале и в конце сварного шва, острые кромкиотверстий после сверления и др.;­ недостаточнаястепеньабразивно-струйнойочисткиметаллическойповерхности (ниже Sa 2,5 ISO 8501-1), остатки прокатной окалины, ржавчины,остатки старого покрытия;­ недостаточный или слишком грубый профиль очищенной поверхности (Rzменее 30мкм или свыше 70мкм).

Заниженная шероховатость ведет кснижению площади сцепления краски с подложкой и ухудшению адгезии.Повышенная шероховатость ведет к увеличению расхода краски длядостижения требуемой толщины покрытия;­ наличие солевых и масляных загрязнений металлической поверхности(степень ниже 1 по ГОСТ 9.402-2004);­ механическиеповрежденияпокрытиянаконструкцияхврезультатевыполнения транспортных, погрузочно-разгрузочных операций;­ неудовлетворительная адгезия к металлической подложке (балл больше 2 поГОСТ 15140-78), вспучивание и отшелушивание покрытия, растрескивание,кратеры в покрытии, сорность и включения в покрытие мусора, остатковабразива и т.п.;19­ термическое повреждение покрытия сваркой, термической правкой.Состояние коррозионного повреждения арматуры оценивается по глубинеплощади и характеру коррозионных повреждений (сплошная, пятнами, точечная,язвами), толщине и плотности продуктов коррозии [8].Содержание хлора в воде и влияние хлоридсодержащей среды приводит кзначительному изменению механических характеристик материала несущихконструкций,коррозионномупоражениюарматуры.Анализнатурныхисследований различных авторов [5,16-19] позволили сделать вывод, чтовоздействию хлоридсодержащих сред подвергается до 75% инженерныхконструкций [8,20-23].1.1.2 Стали, применяемые для деталей и металлоконструкций,эксплуатируемых в условиях атмосферной коррозииКак показывает опыт, наибольшей стойкостью против атмосферной коррозииобладают легированные стали, содержащие небольшие добавки хрома, никеля,меди.

Значительно повышают коррозионную стойкость молибден, ванадий, бор(не менее 0,5%). Повышение содержания углерода (до 0,5%) практически невлияет на коррозионную стойкость стали.В России распространены следующие виды атмосферостойких сталей:10ХНД, 15ХСНД, 10ХНДП, 10ХДП, 12ХГДАФ, 08ХГСДП, 08ХГСБДП.Совершенствование этих сталей идет по пути оптимизации и усложнения иххимического состава, а также снижения содержания вредных примесей. Ввысококачественных сталях 10ХСНДА и 15ХСНДА получены более высокиепластические характеристики, увеличен порог хладноломкости, улучшенасвариваемость сталей.