Коррозийное растрескивание под напряжением

Коррозия – опасный враг, который может возникнуть при разных обстоятельствах. Сегодня мы поговорим о том, что такое КРПН, или коррозионное растрескивание под напряжением, как сократить риски его появления, и что делать, чтобы избежать этого. Итак, коррозионное растрескивание под напряжением обычно вызывается смешанным действием среды, подверженной коррозии, и растягивающим напряжением, которое может возникнуть как в виде прилагаемого напряжения, так и как остаточное напряжение. Но как же мы можем наблюдать воздействие такого растрескивания на свойствах металла? Оно обычно проявляется как «сухое» растрескивание или же снижает порог усталости металла.

Итак, под коррозионным растрескиванием под напряжением мы понимаем трещины, которые распространяются межкристаллитно или транскристаллически.

Но как же возникает КРПН? Существует три главных фактора, от которых и зависит его появление:

- Использование материалов, которые восприимчивы к КРПН;

- Влияние агрессивных сред (сероводородо- и хлоридсодержащие);

- Растягивающее напряжение в металле;

КРПН бывает нескольких видов. Так, мы с вами поговорим о таких вариантах, как КРПН, которое вызвано хлоридом, и тем, которое вызывается сероводородом.

Если вы интересуетесь, как проявляется КРПН на изделиях из нержавейки в среде, содержащей хлориды, то следует знать, что сначала на таком металле начинается точечная коррозия (если металл не обладает достаточной устойчивостью к ней). Это значит, что точки в последствии превращаются в трещины и постепенно увеличиваются. А это, в свою очередь, может привести к тому, что зёрна металла теряют контакт друг с другом. 

Причины возникновения коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН)

В первую очередь, важно знать, что трещины в металле образуются в местах сильного напряжения. И это способствует быстрому протеканию коррозии в тех зонах, где металл более восприимчив к ней, обычно это граница зерна, тот участок, где примеси затрудняют пассивирование. А вот остальная часть металла в основном остаётся целой и невредимой.

Как мы видим, в этом случае развивается своеобразный вариант щелевой коррозии, из-за которой граница зерна может коррозировать, а вот поверхность вокруг трещины всё равно останется цельной. Такое действие может происходить и без нагрузки, приводя к межкристальной коррозии. А она в свою очередь уже разойдётся по всей поверхности металла равномерно. Если же добавляется ещё и напряжение, то трещины начинают раскрываться, что приводит к ускорению процесса коррозии.

Коррозия протекает достаточно медленно. Так, например, считается, что 10-2 мм/с является максимальной скоростью для роста трещин, но обычно она ниже, около 10-8 мм/с, что равняется приблизительно 1 мм за 3 года и меньше.

Важно понимать, что основными причинами появления остаточного напряжения считается сварка, формовка с холодной деформацией, шлифовка, а также термо- и механическая обработка. За таким напряжением важно следить, ведь оно обычно стремится к условному пределу текучести. К тому же дополнительную нагрузку вызывает и рост продуктов коррозии в закрытом пространстве.

Итак, мы выяснили, что коррозионное растрескивание под напряжением начинается из-за трёх основных факторов:

1)  Окружающая среда;

2)  Чувствительность сплава;

3)  Нагрузка;

Как уже говорилось, основная часть поверхности коррозии не подвержена, но мелкие трещины всё равно могут проникать в металл. И из-за своей транс- или межкристальной структуры и хрупкого вида они становятся опасными, ведь их не всегда легко заметить. Не зря КРПН относится к катастрофической коррозии. Данные о КРПН говорят, что разрушение не всегда можно вовремя заметить, и оно может произойти абсолютно неожиданно.

КРПН под воздействием хлорида

Сейчас мы более подробно рассмотрим КРПН под воздействием хлорида, ведь это очень важно в первую очередь из-за того, что такой вид коррозии возможен в атомной отрасли. Итак, такой вид коррозии относится к межкристаллитной. Он протекает в нержавейке в сочетании с кислородом и ионами хлорида при высокой температуре и под растягивающим напряжением.

Были сделаны выводы, что коррозия под воздействием хлорида начинается с накопления карбида хрома по границе металла, что приводит к ослаблению его защиты.

КРПН под влиянием хлорида можно избежать, если следить за сохранением минимального уровня кислорода и ионов хлорида в окружающей среде. Рекомендуется использовать низкоуглеродистую сталь для предотвращения появления коррозии данного вида.  

КРПН под воздействием сероводорода 

Итак, КРПН под воздействием сероводорода может возникнуть, например, в газовой или нефтяной промышленности, где для окислительных и увлажнительных работ применяются специальные технологические жидкости, содержащие сероводород.

Чтобы контролировать риск появления коррозии, необходимо следить за величиной рН и парциальным давлением сероводорода. Немаловажным фактором является и температура, количество хлора с кислородом и наличие твёрдых частиц (например, песок).

Уже точно известно, что КРПН, вызванное сероводородом, обычно происходит при постоянной температуре 80°C, но при этом отмечается, что растрескивание может начаться, когда температура гораздо ниже 60°C.

Как избежать коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН)

Многих волнует вопрос, как же возможно сократить риск КРПН. В целом, можно прийти к следующим выводам:

1. Использовать качественный инвентарь и оборудование;

2. Снизить напряжение;

3. Подбирать подходящий материал;

4. Устранять опасные вещества из окружающей среды (кислород, хлориды и гидроксиды);

5. Избегать щелей и застойные зоны в теплообменниках;

Также важно помнить, что высоколегированная сталь более восприимчива, чем низколегированная. Но в последней также может начаться КРПН из-за воды с ионами хлорида.

И не забывайте, что аустенитные стали (ASTM 304 и 316) даже при минимальном количестве хлора и низкой температуре имеют ограниченную стойкость к КРПН.

Краткие выводы о коррозионном растрескивании под напряжением (КРПН)

К каким же выводам мы пришли, изучив КРПН:

1. КРПН – это, в первую очередь, возникновение трещин, которые распространяются межкристаллитно или же транскристаллически;

2. На возникновение КРПН влияет три основных фактора: напряжение, окружающая среда и чувствительность металла;

Надеемся, данная статья поможет вам избежать такой неприятности, как КРПН.