Услуги

Полезное

Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозийное растрескивание под напряжением (КРПН) – это растрескивание, вызванное комбинированным воздействием растягивающего напряжения и коррозионности среды. Воздействие КРПН обычно проявляется на свойствах металла в виде (так называемого) "сухого" растрескивания или в виде снижения порога усталости материала. Растягивающие напряжения могут быть как в форме непосредственно прилагаемого напряжения или в виде остаточного напряжения.

 

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРПН) характеризуется трещинами, распространяющимися либо транскристаллически, либо межкристаллитно (вдоль границ зерен). Существует несколько типов коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН), например: КРПН, вызываемое хлоридом, и КРПН, вызываемое сероводородом (H2S).

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРПН) является результатом комбинированного действия трех факторов:

 

  • Растягивающее напряжение в металле
  • Агрессивные среды - особенно хлоридсодержащие или сероводородсодержащие (H2S) среды. КРПН, вызываемое хлоридом, обычно происходит при температуре выше 60 °C (140 °F)
  • Использование восприимчивых к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРПН) материалов

 

Коррозионному растрескиванию под напряжением изделий из нержавейки в хлоридсодержащей среде предшествует точечная коррозия, которая происходит в том случае, когда нержавеющая сталь не обладает достаточной устойчивостью к точечной коррозии. Таким образом в металле появляются трещины, которые со временем увеличиваются. В конечном итоге это приводит к потере контакта между зернами металла.

 

Причины коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН)

Образование трещин в металле происходит в местах напряжения.

Этот процесс предполагает ускоренную коррозию вдоль траектории повышенной коррозийной восприимчивости, при этом основная часть материала, как правило, не подвергается коррозийному разрушению. Чаще всего активная траектория проходит по границе зерна, где примеси могут затруднять пассивирование.

 

Таким образом, может развиться некоторая форма щелевой коррозии, в результате чего будет корродировать граница зерна, а поверхность вокруг трещины останется цельной. Этот процесс может происходить при отсутствии нагрузки, и приводить к межкристальной коррозии, которая равномерно распространится по поверхности материала. Эффект от приложенного напряжения, вероятно, заключается в основном в раскрытии трещин, а следовательно в облегчении процесса распространения продуктов коррозии по направлению - от вершины трещины – что, в свою очередь, также приведёт к ускорению процесса коррозии. Коррозионные процессы вдоль активной траектории по своей природе ограничены скоростью коррозии металла на вершине трещины: это ограничивает максимальную скорость роста трещин до 10-2 мм/с, но темпы роста трещин зачастую гораздо ниже, примерно около 10-8 мм/с (около 1 мм в течение 3-х лет) или даже меньше.

 

Холодная деформация и формовка, сварка, термообработка, механическая обработка и шлифовка могут быть причинами возникновения остаточных напряжений. Величина и важность таких напряжений часто недооценивается. Остаточное напряжение, появившееся в результате сварочных работ, как правило, стремится к (условному) пределу текучести. Рост количества продуктов коррозии в закрытых пространствах также может вызывать значительные нагрузки и этот аспект нельзя упускать из виду. КРПН обычно происходит в результате влияния комбинации трёх факторов: чувствительности сплава, неблагоприятной окружающей среды и воздействия нагрузки.

Как правило, большая части поверхности не подвержена разрушительной силе коррозии, однако мелкие трещины все же способны проникать в материал. По своей микроструктуре эти трещины могут иметь межкристальную или транскристальную морфологию. Трещины под воздействием КРПН макроскопически обладают хрупким внешним видом. КРПН классифицируется как катастрофический вид коррозии в связи с тем, что обнаружение таких мелких трещин может быть весьма затруднено, а ущерб от их возникновения предсказать очень не просто. Экспериментальные статистические данные о КРПН печально известны своим широким разбросом. Ужасное разрушение может произойти совершенно неожиданно даже при минимальной общей потере материала.

Микрофотография (X500) иллюстрирует межкристаллическую КРПН в трубе теплообменника с трещиной по границам зерен. Микрофотография (X300) иллюстрирует КРПН в трубопроводной системе химической обработки из нержавеющей стали AISI 316. Трещины от хлоридной коррозии под напряжением в аустенитной нержавеющей стали характеризуются несколькими разветвленными "молниями".

КРПН под воздействием хлорида

Это одна из самых важных форм коррозии под напряжением: она имеет отношение к коррозии под воздействием хлорида в атомной отрасли. Коррозия под воздействием хлорида является разновидностью межкристаллитной коррозии, которая происходит в аустенитной нержавеющей стали под растягивающим напряжением в присутствии кислорода, ионов хлорида и высокой температуры. Считается, что она начинается с того, что карбид хрома накапливается вдоль границ, которые делают металл не защищённым от коррозии. Эта форма коррозии контролируется сохранением низкого уровня ионов хлорида и кислорода в окружающей среде, а также использованием низкоуглеродистой стали.

 

Коррозийное растрескивание под напряжением вызываемое H2S
Технологические жидкости, применяемые в нефтяной и газовой промышленности для увлажнительных и окислительных работ, часто содержат определенное количество сероводорода (H2S). При рассмотрении риска возникновения коррозии, вызываемой кислыми технологическими жидкостями, необходимо принимать во внимание не только величину рН, но и парциальное давление H2S. Кроме того, стоит обращать внимание на температуру, содержание кислорода и хлора, а также на присутствие каких-либо твердых частиц (таких как песок).

Подтверждается, что коррозионное растрескивание под напряжением, вызываемое H2S, чаше всего протекает при температуре около 80 °C (176 °F), но растрескивание может произойти и при температуре ниже 60 °C (140 °F).

 

Как сократить риск коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН)

Риск коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН) можно свести к минимуму за счет качественного проектирования оборудования и инвентаря. Особенно важно избегать концентрации механического напряжения растяжения, которое появляется на острых кромках и вырезах. Во многих случаях проблемы коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН) могут быть решены путем правильного выбора подходящего материала.

Наиболее эффективными средствами для предотвращения КРПН являются:

 

  1. правильное использование соответствующих металлов;
  2. снижение напряжения;
  3. устранение критически-значимых элементов из окружающей среды: гидроксидов, хлоридов и кислорода;
  4. избегание застойных зон и щелей в теплообменниках, где могут концентрироваться хлорид и гидроксид. Низколегированная сталь менее восприимчива, чем высоколегированная, но она может быть подвержена КРПН благодаря воде с содержанием ионов хлорида.

 

Аустенитные стали типа ASTM304 и 316 имеют ограниченную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРПН) даже при очень низком содержании хлора и низких температурах.

 

Краткие выводы о коррозионном растрескивании под напряжением (КРПН)

  • Коррозионное растрескивание под напряжением (КПРН) характеризуется трещинами, распространяющимися либо транскристаллически, либо межкристаллитно

  • КРПН является результатом комбинированного воздействия трёх факторов: растягивающего напряжения, агрессивной среды и чувствительности материала

  • Есть несколько видов коррозионного растрескивания под напряжением (КРПН), например: КРПН, вызываемое хлоридом, и КПРН, вызываемое H2S.