Diplom (1217509), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Для практического пользования можно разработать номограмму для перехода от измеряемых параметров к величине деформационных напряжений, возникающих в трубах газопровода. Результаты измерений представляют в табличной и графической формах

2. 1.6Испытания образцов металла на растяжение

Выполняются с целью оценки реальных механических характеристик основного металла или сварных соединений. Испытания проводятся по ГОСТ 10 006-84[9] и ГОСТ 1497-84[10] на плоских полнотолщинных образцах. При этом определяются предел прочности, предел текучести, относительное удлинение при разрыве и относительное поперечное сужение образцов. До начала испытания проводится осмотр образцов с целью фиксации характерных особенностей и дефектности сварных соединений. Испытания образцов на растяжение осуществляются с помощью разрывной машины МР-100.

2. 1.7Металлографические исследования

Выполняются с целью выявления структуры металла и его однородности для идентификации марки стали, а также степени загрязненности металла неметаллическими включениями, наличия, вида, местоположения и размеров дефектов в исследуемых областях основного металла и сварных соединений. Для идентификации марки стали отбираются по два образца из каждого типоразмера испытываемых труб. Вырезанные образца шлифуются, полируются и подвергаются химическому травлению в 4-процентном спиртовом растворе азотной кислоты. Исследования проводятся на металлографическом микроскопе «Метам РВ-21»

Оценка результатов металлографических исследований выполняются в соответствии с ГОСТ 1778-70 [14] и ГОСТ 5639-82 [13].

Результаты металлографических исследований представляются в виде характерных фотоматериалов

2.2 Опасность электрохимического разрушения металлов

В системе общероссийской стандартизации коррозия ме­таллов определена как разрушение металлов вследствие хими­ческого и электрохимического взаимодействия их с коррози­онной средой. В системе международной стандартизации (ISO) это понятие несколько шире: физико-химическое взаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяются свойства металла с ухудшением его функциональ­ных характеристик, среды или включающей их технической системы.

Кинетика процессов окисления зависит от природы среды, содержащей окислитель, и определяет характер процесса кор­розии металлов: электрохимический — в электролитах и хими­ческий — в сухих газах при высоких температурах или в жид­ких неэлектролитах.

По современным представлениям принципиальное разли­чие между химической и электрохимической коррозией сти­рается, так как в обоих случаях она вызывается миграцией электронов металла. Обнаружено, что коррозия в электролитах не является чисто электрохимическим процес­сом, ибо ей сопутствуют химические реакции комплексообразования. При контакте металла с раствором электролита на гра­нице раздела двух фаз (металл — электролит) происходит ряд сложных процессов:

1. на границе металл — водный раствор протекает процесс гидратации. Если энергия, выделяющаяся при гидрата­ции, оказывается достаточной для разрыва металличе­ской связи, то металл, теряя электроны, переходит в раствор в виде положительно заряженных ионов (окисля­ется):

Оставшиеся после перехода ионов металла в раствор, электроны скапливаются у поверхности металла, заряжая ее отрицательно. Это вызывает электростатическое при­тяжение к поверхности металла тех положительных ио­нов, которые находятся в электролите. Возникает двой­ной электрический слой, образуемый противоположными зарядами поверхности металла и ионов раствора.

Если энергия гидратации недостаточна для разрыва ме­таллической связи, то поверхность металла адсорбирует катионы электролита, приобретая положительный заряд. В этом случае к ней притягиваются анионы электролита и также образуется двойной электрический слой;

1. наличие двойного ионного слоя и постоянный обмен ионами в приэлектродном слое вызывает возникновение разно­сти потенциалов на границе металл — электролит и соот­ветствующее изменение потенциала металла, уровень энергии которого меняется. Этот сдвиг потенциала про­исходит в сторону положительных значений (+Δφ), по­скольку при потере металлом электронов в процессе ио­низации его общий отрицательный заряд уменьшается. При установившемся равновесии в процессе обмена ио­нами потенциал металла приобретает значение равновес­ного потенциала (φ_равн);

2. переход металла в виде ионов в раствор — процесс элек­трохимический, анодный. Он вызывает обратный про­цесс присоединения освободившихся электронов поло­жительно заряженными ионами (иногда атомами или молекулами) электролита, т. е. их восстановление— ка­тодный процесс:

или

Последний осложняется процессами диффузии этих ио­нов в растворе. Восстанавливающийся ион электролита является окислителем по отношению к металлу, ему так­же присущ определенный потенциал, характеризующий его энергетический уровень (φ_ок). Начальное значение потенциала окислителя в растворе обязательно положительнее потенциала металла, и поскольку он ассимили­рует электроны, то потенциал становится более отрица­тельным, изменяясь на — Δφ.

В катодном процессе могут участвовать не только катио­ны электролита (Н⁺ или Ме^п+ соли), но и молекулы рас­творенного кислорода, всегда имеющиеся в водных рас­творах, которые, присоединяя электроны, ионизируются, т. е. восстанавливаются:

(в нейтральной и щелочной среде)

(в кислой среде)

Именно поэтому наличие или отсутствие кислорода воз­духа в среде определяет активность коррозионных про­цессов в принципе;

1. металлы обладают электронной, а электролиты – ионной проводимостью. Поэтому анодные и катодные процессы протекают раздельно на разных участках поверхности металла, образуя микроаноды и микрокатоды. Они со­ставляют микропары, которые являются как бы электро­дами микрогальванического (коррозионного) элемента (рис. 2.2). В этом элементе возникает электрический ток, сила которого при замыкании может быть измерена. Возникновение микропар или микрокоррозионных эле­ментов на поверхности металла может быть следствием не только его термодинамической неустойчивости, вы­зывающей ионизацию — окисление, но и различных не­однородностей как в самом металле, так и на его поверх­ности, пленок на металле.Микропары мо­гут возникать и вследствие не­равномерности концентрации ионов электро­лита в приэлектродном слое, неравномерно­сти доступа и распределения кислорода или другого окисли­теля в растворе и т. п.

Рис. 2.2. Схема коррозионного элемента:

А- анод,

К – катод,

- ионы окисленного металла;

- восстанавливающиеся катионы электролита (или кислород);

e–электроны

В основе электрохимическая коррозия металлов вызывается не одной из этих причин, а их совокупностью.

Коррозионный элемент создается и при наличии макропа­ры в случае контакта двух разнородных металлов в электро­лите.

В таком гальваническом элементе анодом является отрицательный окисляющийся металл, а катодом—положительный, на поверхности которого происходит катодный про­цесс (восстановление катионов электролита)

Таким образом, показателями электрохимической корро­зии, характеризующими ее интенсивность и кинетику, явля­ются изменение потенциала металла и сила коррозионного тока; оба показателя могут измеряться соответствующими приборами.

В соответствии со вторым законом термодинамики, соглас­но которому всякая система стремится к минимизации сво­бодной энергии, металлы под действием коррозионных фак­торов стремятся вернуться к первоначальному состоянию. На­пример, составы на основе железа стремятся перейти в окись и закись железа. При этом различают внутренние и внешние факторы, влияющие на скорость и характер коррозионных процессов.

Внутренние факторы коррозии обусловлены физико-хими­ческой природой и состоянием металла, а также его поверх­ности. К ним относятся: положение элементов в периодиче­ской системе, термодинамическая активность, состав и струк­тура металлов, имеющиеся в них механические напряжения и др.

Состав, структура, внутренние механические напряжения металлов определяют их склонность к коррозии и характер процессов разрушения, обусловленные электрохимической ге­терогенностью составляющих компонентов металла и его по­верхности. Практически все металлы содержат примеси. Если они являются катодными по отношению к основе, то металл подвержен более интенсивной коррозии.

Основным определяющим внутренним фактором коррозии является фазовая структура металла.

Механические напряжения, возникающие в металле в ре­зультате термообработки, пластической деформации, наложе­ния постоянных и переменных нагрузок, снижают коррозион­ную стойкость металлов. Наиболее напряженные участки, на­пример в зоне действия растягивающих усилий, являются ано­дами по отношению к остальной поверхности и подвержены ускоренному растворению. Такие опасные виды разрушений, как коррозионное растрескивание металла под напряжением (КРН), возникают именно в зоне растягивающих напряжений.

Внешние факторы коррозии, к которым относятся прежде всего физико-хими­ческие свойства, температура, давле­ние, скорость движе­ния электролита и поляризация метал­ла внешним током, являются опреде­ляющими. Действи­тельно, если внут­ренние факторы ха­рактеризуют лишь возможность данно­го вида коррозии, то внешние обуславли­вают механизм и ки­нетику конкретного процесса коррозии.

Наличие любого из этих факторов обусловливает обра­зование коррозион­ного элемента, т. е. появление областей преимущественно катодных и преимущественно анодных реакций. Если такие области рассматри­вать как макроэлементные, то электрод (трубопровод) можно представить состоя­щим из различных участков с различны­ми кривыми суммар­ного ток-потенциала. Таким образом, тру­бопровод представ­ляет собой смешан­ный электрод, и он коррозирует локаль­но с различными скоростями.

Металлографические исследования наружной поверхности труб разных поколений показали, что коррозионные каверны и язвы встречаются в очагах разрушения всех групп трубных сталей. В сталях первого и третьего поколения яз­вы имеют округлое дно и заполнены продуктами коррозии. В сталях второго поколения от дна язв берут начало острые тре­щины.

Уже внешний вид стальной поверхности позволяет судить об истинном механизме процесса. Если работает механизм локального растворения, то значительная часть поверхности в месте образования трещины покрыта достаточно плотным слоем продуктов коррозии. Если же преобладает механизм во­дородного охрупчивания, то доля прокоррозированной по­верхности около устья трещины не превышает обычно 1,5 мм, а сами продукты коррозии имеют характер пылевого налета. Исследованиями установлено, что значительным коррозион­ным повреждениям подверглись трубы из нормализованной стали 17Г1С и сталей контролируемой прокатки. Для термо­улучшенных труб плотный слой продуктов коррозии не явля­ется характерным.

По результатам контрольных вскрытий установлено, что основное количество обнаруженных дефектов является ре­зультатом электрохимических процессов в системе «трубопро­вод—земля» в связи с доступом электролита к поверхности трубы за счет неудовлетворительного состояния антикоррозионной пленочной изоляции, имеющей как сквозные дефекты, так и закрытые пространства в виде пазух и карманов.

Известно, что электрохимическая коррозия обусловлена тем или иным качественным составом грунта, связанным пре­жде всего с его химическим содержанием. При этом высокий уровень минерализации не всегда является безусловным акти­ватором коррозионных процессов, поскольку за коррозионное разрушение металла «ответственны» преимущественно такие сильные депассиваторы, как хлориды, бромиды, йодиды, фто­риды. Также вносят свою лепту в процессы коррозии серово­дород, сульфаты и сульфиды, а также разрушающие металл нитрифицирующие бактерии, о наличии которых судят по ре­зультату их жизнедеятельности — иону

Наиболее значительные коррозионные повреждения отмечены на участках газопроводов, проложенных в сильнообвод­ненном торфянистом грунте.

При освидетельствовании поверхности таких труб обнару­живаются язвы и каверны, максимальная скорость развития которых достигает 1,20 мм/год. Не отмечается значительных коррозионных повреждений в супесчаных грунтах с уровнем влажности менее 20%.

Характеристики

Список файлов ВКР