Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2010". Авторы - К.Е. Хренов, О.А. Меньщикова, А.М. Гаврилин, МГУП «Мосводоканал» (Россия, Москва), В.М. Горицкий, Д.П. Хромов, ЦНИИПСК им. Мельникова (Россия, Москва).
Особенно крупный ущерб водопроводно-канализационному хозяйству приносит коррозия металлов – их самопроизвольное разрушение в грунте и под действием транспортируемой воды. Это справедливо как по отношению к материалам трубопроводов, запорно-регулирующей арматуре, так и крепежным изделиям: болтам, шпилькам и т.п. В настоящее время для Москвы актуальным является изучение применения легированных и нержавеющих сталей в водоснабжении.
Нержавеющая сталь — сложнолегированная сталь, стойкая против коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Основной легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12-20%); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb,Co, Mo).
Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома. При его содержании более 12 % сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах. Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.
Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики(прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали 300 серии (AISI 321 - 12Х18Н10Т, AISI 304 - 08Х18Н10)нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. Именно из этих марок нержавеющей стали изготавливается оборудование и трубы, используемые в пищевой промышленности и системе ВКХ.
При сравнении изделий из различных марок нержавеющей стали 12Х18Н10Т и 08Х18Н10, работающих в агрессивных средах и/или при наличии блуждающих токов, следует обратить особое внимание на состояние околошовной зоны сварных соединений, там? где металл был подвергнут термическому воздействию.
В нержавеющих сталях, обработанных при определенной температуре и длительности нагрева, может развиваться межкристаллитная коррозия (МКК), Для аустенитных сталей интервал температур, способствующих развитию МКК, составляет 400 - 650оС.
Межкристаллитная коррозия относится к электрохимическим процессам, и обусловлена тем, что твердый раствор при определенных условиях может расслаиваться с образованием по границам зерен фаз, обогащенных одним из компонентов материала, а участки, непосредственно прилегающие к границам зерен, оказываются обедненными этим компонентом. Под действием той или иной агрессивной среды происходит избирательное анодное растворение либо обогащенных, либо соседних с ними обедненных зон.
Межкристаллитная коррозия (МКК) нержавеющих сталей в первую очередь обусловлена образованием карбидов хрома вдоль границ зерен, что приводит к обеднению хромом близлежащих зон сплава и в результате– к повышению его чувствительности к коррозии.
МКК подвержены многие сплавы на основе железа (в том числе аустенитные коррозионностойкие стали), имеющие неоднородную структуру. Нержавеющие свойства придает стали высокое (более 12%) содержание хрома, который в обычных условиях формирует на ее поверхности пассивирующий слой, защищающий от коррозии. Именно высокое содержание хрома служит для нержавеющих сталей основной причиной межкристаллитной коррозии, поскольку при некоторых условиях хром выделяется вдоль границ зерен фаз, и создаются карбиды хрома. Соседние зоны, обедненные хромом, переходят в пассивное состояние при более положительных значениях электрохимического потенциала, чем фазы с избытком хрома. В результате в слабоокислительных средах обедненные хромом зоны становятся электрохимически активными и корродируют с более высокими скоростями, чем фазы, обогащенные хромом.
При этом разрушение материала может проникать на большую глубину и сопровождаться снижением прочности и пластичности материала, что быстро приводит к выходу из строя всей конструкции.
Так как нержавеющие стали подвергаются межкристаллитной коррозии (МКК), то борьбу с ней ведут за счет снижения углерода в стали, либо легируют стали карбидообразующими элементами – титаном, ниобием или танталом, т.е. элементами, которые обладают бОльшим сродством к углероду, чем хром, и предотвращают диффузию углерода к границам зерен. Стали такого рода называют стабилизированными. Они не проявляют заметной склонности к МКК после сварки или нагрева.
При электродуговой сварке нержавеющих труб или изготовлении сварных элементов оборудования из нержавеющей стали, не содержащей титан, ниобий или тантал, возникает опасность МКК, которая приводит к возникновению трещин по границам зерен и разрушению металла. С возрастанием времени нагрева и особенно при сварке массивных изделий возможность возникновения МКК увеличивается. Опасные температуры достигаются в нескольких миллиметрах от места сварки, в котором металл нагревается до температуры плавления и выше. При контакте с агрессивной средой разрушение аустенитной нержавеющей стали в зоне сварного соединения будет происходит в зоне термического влияния, наиболее подверженной МКК.
Одним из основных факторов, снижающих надежность и долговечность труб и оборудования, являются коррозионные повреждения, развивающиеся по механизму межкристаллитной коррозии. При сравнении двух марок сталей можно сделать вывод, что сталь марки 12Х18Н10Т более предпочтительна по стойкости против межкристаллитной коррозии по сравнению со сталью 08Х18Н10, так как эта сталь стабилизирована титаном, а в стали 08Х18Н910 титана практически нет.
Из вышеизложенного следует, что для использования в водопроводно-канализационном хозяйстве г.Москва целесообразно применять сталь 12Х18Н10Т, устойчивую к межкристаллитной коррозии. Сталь08Х18Н10 (08Х18Н9, 12Х18Н9 и др.) допустимо применять только для изделий и конструкций, не имеющих сварных соединений.
Комментарии 0