Спосіб випробувань зварних з’єднань трубних сталей на корозійне розтріскування під напругою

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а саме способу випробувань зварних з′єднань трубних сталей на корозійне розтріскування під напругою та катодного захисту. Спосіб включає випробування трубних сталей на корозійне розтріскування під напругою в корозійних UA 107230 C2 (12) UA 107230 C2 середовищах в умовах прикладеного розтягуючого навантаження та катодного захисту, при цьому випробування здійснюють в умовах циклічного навантаження та катодного захисту з одночасним вимірюванням рН, оцінювання наводнення металу вказаних сталей, зняттям вольтамперних характеристик та визначенням швидкості корозії методом поляризаційного опору на різних зонах зварного з′єднання: основному металі, зоні термічного впливу, зварному шві. Винахід забезпечує всебічну та об’єктивну оцінку характеристик корозійного розтріскування трубних сталей з урахуванням впливу рН корозійного середовища, рівня зовнішньої напруги, динаміки прикладання циклічних навантажень на трубні сталі та їх зварні з′єднання в інтервалі температур від 283 К до 323 К. UA 107230 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід, що заявляється, належить до галузі металургії, а саме способу випробувань зварних з'єднань трубних сталей на корозійне розтріскування, і призначений для дослідження в лабораторних умовах процесу корозійного розтріскування під напругою зварних з'єднань трубних сталей в корозивних середовищах, в умовах катодного захисту, при циклічній чотириточковій схемі навантаження пласких зразків за температур від 283 К до 323 К. Відомий спосіб оцінювання зварних з'єднань сталей до корозійного розтріскування під напругою методом повільної деформації з постійною швидкістю, який полягає в тому, що випробуваний зразок поміщають у корозійне середовище і розтягують із постійною швидкістю до руйнування зразка [1]. Недоліком даного способу є відсутність можливості встановлення механізму руйнування, тому що зміни механічних властивостей і руйнування зварних з'єднань сталей відбуваються в локальних областях, крім того, не враховується динамічна зміна навантаження, яке діє на стінку металу труби в процесі експлуатації, що обумовлена зміною тиску і температури перекачуваного по трубі середовища. Також відомий спосіб оцінювання зварних з'єднань сталей до корозійного розтріскування під напругою методом при постійному навантаженні, який полягає в тому, що на досліджуваний зразок задають постійне навантаження і витримують його у корозійному середовищі, при цьому фіксують час до появи тріщини [2]. Недоліком способу є відсутність можливості досліджувати перебіг корозійного процесу зварних з'єднань в умовах наближених до реальних, а також відсутність встановлення механізму корозійного розтріскування під напругою. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу є спосіб випробування трубних сталей на корозійне розтріскування під напругою, який включає нанесення на зразок обідка з корозійностійкого матеріалу для ініціювання локального анодного розчинення з наступним впливом корозійного середовища та прикладення навантаження з катодною поляризацією зразка у момент активного анодного розчинення густиною струму 40-500 мА/см2 до руйнування зразка [3]. Недоліком даного способу є відтворення лише одновісних умов навантаження без додаткового циклічного навантаження, що обумовлює можливість їх руйнування поза зоною зварного з'єднання, відсутність можливості досліджувати зварні з'єднання сталі у стані поставки без додаткової механічної обробки. Крім того, під час дослідження не враховуються фактори зміни корозійної поведінки зон зварного з'єднання трубної сталі та зміни рН корозійного середовища, який спостерігається при катодній поляризації. В основу винаходу поставлено задачу - розробити спосіб, який дозволяє досліджувати процес корозійного розтріскування зварних з'єднань трубних сталей в корозивних середовищах, в умовах катодного захисту під напруженням при циклічній чотириточковій схемі навантаження пласких зразків фрагментів труб за температур від 283 К до 323 К. Поставлена задача вирішується тим, що в способі прискореного оцінювання зварних з'єднань трубних сталей на корозійне розтріскування під напругою, згідно з яким на горизонтально розташований між двома опорами скоби зразок фрагмента труби у стані поставки зі зварним з'єднанням посередині за допомогою навантажувального гвинта з вузлом термоциклування та двоточковою опорою задається стріла прогину, що відповідає заданому навантаженню, а також герметично встановлюється причіпна електрохімічна комірка, яка заповнюється корозивним середовищем, для моделювання катодного захисту використовуються допоміжні графітові електроди, хлорсрібний електрод порівняння та потенціостат ПИ-50.1. Крім того, конструкція причіпної електрохімічної комірки дозволяє контролювати основні електрохімічні параметри в процесі дослідження корозійного розтріскування під напруженням, а саме: зміну рН корозійного середовища, проводити оцінку зміни корозійної стійкості зон зварного з'єднання (основний метал, зона термічного впливу, зварний шов) методом зняття вольт-амперних характеристик та вимірюванням швидкості корозії трубної сталі методом поляризаційного опору. Суттю запропонованого способу є відтворення навантажень та деформацій, які найбільш наближені до реальних умов експлуатації за рахунок використання спеціальної установки з вузлом навантаження та термоциклування (фіг. 1), на якій; 1 - досліджуваний зразок; 2 навантажувальний гвинт; 3 - вузол термоциклування; 4 - скоба; 5 - електрохімічна комірка; 6 електрод порівняння; 7 - графітові аноди; 8 - індикатор контролю стріли прогину; 9 потенціостат ПИ-50.1, а також проведення оцінки корозійної стійкості зон зварного з'єднання за рахунок використання причіпної електрохімічної комірки (фіг. 2), на якій: 1 - дослідний зразок; 2 герметична двокамерна причіпна електрохімічна комірка; 3 - допоміжні електроди; 4 - нижні отвори комірки; 5 - верхні отвори комірки. 1 UA 107230 C2 5 Оцінювання корозійної стійкості зон зварного з'єднання трубної сталі в умовах катодного захисту під напруженням при циклічному навантаженні здійснюють за значенням глибинного показника швидкості корозії, який кількісно характеризує корозійну стійкість трубної сталі, та який визначають методом поляризаційного опору, використовуючи при розрахунках формули: Ік=К 1/Rp (1) A Ke 2 8760 10 K=-----------------------=1543,3 (2) nFSρ ikз 10 15 ik 10 Ep Ek ba (3), де Ік - значення миттєвої швидкості корозії, визначеної методом поляризаційного опору, мм/рік; К - коефіцієнт пропорційності, Ом мм/рік; Rp - поляризаційний опір сталі, Ом; А - атомна масв заліза (55,8); Ке - електрохімічний еквівалент (33 мВ); n - валентність переходу (2); F 2 3 число Фарадея (26,8 А r); S - площа одного електрода (0,5 см ); ρ - густина металу (7,8 г/см ); 8760 - кількість годин в календарному році; 10 - перевідний коефіцієнт, см/мм; 2 - кількість допоміжних електродів в електрохімічній комірці; ikз - швидкість корозії металу труби в умовах катодного захисту, мм/рік; Ep , Ek -поляризаційний та 20 25 30 35 40 45 50 55 корозійний потенціали, відповідно, В; ba - анодний Тафелевський нахил металу трубної сталі, відповідно викзначений в процесі досліджень, В. Оцінювання електрохімічної поведінки зон зварного з'єднання трубної сталі в корозивних середовищах здійснюють при їх анодному розчинені методом зняття вольт-амперних характеристик зі швидкістю розгортання потенціалу 1 мВ/с, встановленням на відповідну зону електрохімічної комірки (фіг. 2). Моделювання катодного захисту досліджуваного зразка здійснюють за допомогою потенціостату ПИ-50.1 в діапазоні значень захисного потенціалу Eз від мінус 0,85 В до мінус 1,15 В відносно стандартного мідно-сульфатного електроду порівняння без урахування омічної складової [4]. Точність задачі потенціалу становить 0,001 В. Рівень наводнення дослідного зразка проводять за допомогою використання первинного перетворювача, принцип дії якого полягає у вимірюванні струму переходу атомів водню через сталеву мембрану, які утворюють в корозійному середовищі, та значень захисного потенціалу E з від мінус 0,85 В до мінус 1,15 В (відносно стандартного мідно-сульфатного електроду порівняння). Під час проведення випробувань зварних з'єднань трубних сталей на корозійне розтріскування визначають граничне навантаження, фіксують зміну значень захисного потенціалу та рН корозійного середовища, швидкість залишкової корозії в умовах катодного захисту, час до утворення першої тріщини та/або час до повного руйнування дослідного зразка, або фіксують час відсутності руйнування зразка. Розраховують швидкість росту тріщини, проводять виявлення дефектів та корозійних пошкоджень зварних з'єднань сталі, а також проводять металографічні дослідження зразка. Все це дає можливість оцінити корозійну стійкість зварних з'єднань трубних сталей в корозивних середовищах, встановити кінетику розвитку та механізм перебігу процесу корозійного розтріскування під напругою за зміною електрохімічних параметрів в часі. Розроблений спосіб дозволяє досліджувати процес зародження та розвитку корозійного розтріскування під напругою зразків зварних з'єднань трубних сталей в корозивних середовищах (нейтральних, лужних, кислих) за умов катодної поляризації, заданого рівня циклічної деформації, за температур від 283 К до 323 К. Як досліджувані можна використовувати зразки зварних з'єднань з товщиною стінки металу до 10 мм у вихідному стані поверхні, після будь-якої додаткової обробки поверхні (механічної, термічної, ультразвукової тощо), а також зразки з існуючими або штучно створеними механічними пошкодженнями (корозійні пошкодження, вм′ятини, подряпини, поверхневі тріщини тощо), які є додатковими концентраторами напруг. Бібліографічні данні: 1. Предупреждение коррозионного растрескивания под напряжением катодно-защищенных магистральных газопроводов в реальных условиях эксплуатации: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.17.14 / С.А. Лубенский. - М, 1994.-20 с. 2. ГОСТ 26294-84. Соединения сварные. Методы испытаний на коррозионное растрескивание. 2 UA 107230 C2 5 10 3. Пат. 2160894 Россия, МПК G01N17/00/Бacиeв К.Д., Бигулаев А.А., Тибилов В.И.99113066/28; заявл. 16.06.1999; опубл. 20.12.2000, Бюл. № 2.-4 с. 4. ДСТУ 4219:2003 Трубопроводи сталеві магістральні. Загальні вимоги до захисту від корозії. 5. ГОСТ 9.901.1-89. Металлы и сплавы. Общие требования к методам испытаний на коррозионное растрескивание. 6. Филатова А.Н., Гаррис Н.А. Анализ и сопоставление теплообмена двух магистральных трубопроводов большого диаметра с окружающей средой. Интервал. Передовые нефтегазовые технологии. № 10 (21), 2001. – С. 13-14. 7. Деклараційний пат. на корисну модель № 74162 Україна, МПК (2012.01) G01N 17/00, G01N 23/00. Установка дослідження процесу корозійного розтріскування трубних сталей / А.В. Клименко, С.Ю. Коваленко; заявник та володар патенту ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАНУ - № u201201596; Заявл. 14.02.2012; Опубл. 25.10.2012, Бюл. № 20.-4 с 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Спосіб випробувань зварних з'єднань трубних сталей на корозійне розтріскування під напругою в корозивних середовищах в умовах прикладеного розтягуючого навантаження та катодного захисту, який відрізняється тим, що випробування здійснюють в умовах циклічного навантаження та катодного захисту, з одночасним вимірюванням рН, оцінювання наводнення металу вказаних сталей, зняттям вольт-амперних характеристик та визначенням швидкості корозії методом поляризаційного опору на різних зонах зварного з′єднання: основному металі, зоні термічного впливу, зварному шві. 3 UA 107230 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4