Спосіб захисту суднових труб від корозії в морській воді

Винахід відноситься до галузі захисту від корозії суднових тр уб в морській воді, виконаних з вуглецеви х і низьколегованих сталей. Відомі способи захисту суднови х тр убопроводів шляхом використання: - гарячих цинкових покрить; - напиляних покрить цинком; - термодифузійне покриття цинком. 1) Нанесення гарячих цинкових покрить здійснюється шляхом занурення сталевих тр уб з підготовленою поверхнею у ванну з розплавом цинку (іноді легованого). За рахунок взаємодії розплаву цинку і сталі на поверхні труб утворюється шар цинку до 200-300 мкм, який захищає тр уби від корозії в морській і прісній воді протягом 5-7 років [ОСТ. 5.9039-79 Покрытия цинковые защитные стальных судовых тр убопроводов / под ред. К.Н. Яндушкина - Л: Ритм, 1980] - 43 с.] Процес промислової розробки не викликає особливих те хнічних трудно щів, але має істотні недоліки: - дефіцитність, висока питома вартість (при щільності цинку 8000 кг/м 3); - забруднення навколишнього середовища внаслідок високої екологічної небезпеки і токсичності процесу. 2) Нанесення цинкових чи алюмінієвих покрить напилюванням на суднові труби, що мають приварені патрубки різних діаметрів, фланці, погиби різної кривизни [Коркош С.В. Надёжность судовых тр убопроводов. / С.В. Коркош, Б.М. Образцов, К.Н. Яндушкин - Л: С удостроение, 1972. - 192 с.], у масовому виробництві на зовнішню і внутрішню поверхню практично нереально, а захисний ефект сумнівний унаслідок нерівно доступності поверхонь труб, пористості напиляних покрить і їх недостатнього зчеплення зі сталлю. 3) Термодифузійне насичення поверхні суднових тр уб цинком або алюмінієм вимагає порошкових засипань з щільним приляганням до поверхні труб як зовні, так і усередині. Процес набивання сухою порошковою масою труб різних діаметрів, довжин, радіусів вигину і забезпечення рівномірного прилягання порошку до поверхні сталі дуже ускладнений і практично не контролюємий. Недоліки способу гарячого алюмініювання: - окисел алюмінію Аl2О3 внаслідок високої схильності до взаємодії з киснем повітря з розплаву покриває сталеву тр убу рідше, ніж це може зробити розплав алюмінію. Внаслідок цього якісне покриття одержати важко. Спроби захистити дзеркало розплаву від окислювання інертними газами, флюсами і т.д. не дали практичних результатів; - футерівка, сталевий кожух ванни, нагрівачі внаслідок взаємодії з розчином алюмінію швидко виходять з ладу. В основу винаходу поставлена задача захисту від корозії суднових труб будь-якої форми і розмірів шляхом нанесення на них рідкої обмазки методом занурення у ванну. Товщина обмазки регулюється в широких межах густиною вмісту ванни. Базовим компонентом складу є рідке SiO 2 натрієве скло з високим модулем ( @ 4 - 6 ). Воно має істотну перевагу ролі сполучного: Na 2 O - температура плавлення набагато вище температури плавлення алюмінію: 1000-1300°С (tплавАl=600°С). Унаслідок цього сполучне не руйнується в процесі наступного нагрівання до t°=850-900°С. З іншого боку воно міцно зчіплюється з поверхнями за рахунок утворення хімічного продукту FeSiO3 і Fе2(SіO3)3 . - натрієве скло при нагріванні переходить у гр узлий стан, що не заважає дифузії алюмінію в залізо, тому що енергія активації металу складає 6-10 ккал/моль, а скла 80-170 ккал/моль. Силікат натрію грає основну організаційну роль у переносі алюмінію до поверхні сталі внаслідок заміщення іона кремнію Si+4 в молекулі цинку на іон Аl+3. Масовий об'єм заміщення досягає 50-60%. Цей процес активізує дифузію алюмінію через товщу силікату за рахунок природного процесу вирівнювання концентрацій у фазі. - температура плавлення алюмінію складає 660°С, але легування його в процесі нагрівання кремнієм знижує температуру плавлення алюмінію до 590°С, що збільшує дифузію алюмінію до поверхні сталі. Значне прискорення дифузії алюмінію досягається додаванням в обмазку 3-10% солі АlСl3. - легування кремнієм алюмінієвого дифузійного шару підвищує його жароміцність, хімічну стійкість, механічну міцність до натяжіння, ерозії. - легування обмазки оловом, міддю, кремнієм, цинком, марганцем та іншими елементами відкриває необмежені можливості варіювання властивостями захисного шару. Обмазка готується на рідкому натрієвому склі до необхідної густини і зберігається у ванні при безперервному перемішуванні. Тр уби у зв'язці за цинковою технологією очищення занурюються в обмазку і піддаються примусовому струшуванню для забезпечення рівномірного розподілу обмазки на усіх внутрішніх і зовнішніх поверхнях. Після цього зв'язка труб (або касета) завантажується в контейнер, куди подається вуглекислий газ, який сприяє тужавінню обмазки протягом 2-4 годин. Зміна густини вмісту ванни в межах 60-160сек (по лійці 3-4) дозволяє варіювати товщинами обмазки на сталі в межах 50-600мкм. Товщина обмазки може бути збільшена вторинним зануренням у ванну після тужавіння 1 шару. Щоб виключити необхідність захисної атмосфери при металізації труб обмазкою в термічній камерній кезі при t° 800-900°C (температура, при якій активно відбувається дифузія металів у залізі без істотного погіршення властивостей сталі), тр уби з отверділою обмазкою 1-2 рази занурюються у ванну з рідким склом, яке потім тужавіє і стане захистом від впливу кисню повітря. Після закінчення процесу нагрівання труби занурюються у ванну з холодною (чи гарячою для запобігання процесу загартування сталі) водою, де за рахунок різкого охолодження з поверхні труб сколюються і видаляються залишки обмазки. Досліди проводилися на зразках зі сталі 25, протравлених у розчині солоної нейтралізації 5% розчином соди. Протягом двох годин після травлення зразки занурювалися в обмазку, що складається з: а) алюмінієвої пудри дисперсністю 5-30мкм; б) натрієвого рідкого скла з модулем 4 з об'ємним наповненням 40-60%; в) 3% солі хлористого алюмінію. Після тужавіння обмазки зразки двічі занурювалися в рідке скло без наповнювача з наступним отвердінням. Зразки з готовою обмазкою нагрівалися в печі при температурі 850°С протягом 5 годин. За час зазначеної витримки в поверхневому шарі сталі ди фузія алюмінію відбувається на глибині до 0,25-0,30 мм. Корозійні випробування зразків у 3% NaCl протягом 400 годин показують, що їхні корозійні втрати зменшуються в 28-30 разів (для порівняння оцинкованих зразків - у 12-18 разів). Згинання зразків радіусом 20-25 мм не викликає технологічного руйнування шару, який виявився не менш пластичним, ніж сталь. Під час електрозварювання зразків зона руйнування поверхневого шару не перевищує 15-30 мм від межі звареного шва. Зміна кольору покриття і його зовнішнього вигляду практично не позначилися на захисній здатності. Більш того, алюмінієвий шар (при співвідношенні площ алюмінійованого шару і звареного шва з руйнівними шарами 100:1) цілком запобігає появі корозії шва протягом 400 годин у 3 % NaCl. Завдяки підвищенню корозійної стійкості і терміну служби виробів з таким покриттям, процес гарячого алюмініювання стає доцільним з економічних і експлуатаційних позицій.