Встановлення закономірностей зміни електрохімічних властивостей і корозійно-механічної тривкості високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей за умов їх експлуатації. Рекомендації до підвищення працездатності і протикорозійного захисту цих матеріалів.
Аннотация к работе
Однак працездатність високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей для енергетики обмежується їх схильністю до локальної корозії та корозійного розтріскування (КР), в основі яких лежить електрохімічний механізм. Мета роботи - встановити закономірності зміни електрохімічних властивостей та корозійно-механічної тривкості високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей за умов комплексної дії експлуатаційних факторів, розробити на цій основі методичні підходи і рекомендації до підвищення працездатності та протикорозійного захисту цих матеріалів. Розробити методичні підходи до дослідження корозійно-електрохімічних властивостей високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей із урахуванням умов експлуатації роторно-бандажних вузлів турбогенераторів. Вперше встановлено основні закономірності зміни корозійно-електрохімічних властивостей та корозійно-механічної тривкості високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей у залежності від концентрації хлорид-іонів, температури, контакту з міддю та її сполуками з урахуванням умов роботи роторно бандажних вузлів сучасних турбогенераторів. Встановлено негативний вплив контакту високоазотних хромомарганцевих сталей із міддю при підвищених температурах: вище 333 К мідь зумовлює інтенсивну контактну корозію сталей унаслідок зміни полярності гальванопар "сталь - мідь" та зміщення їх компромісного потенціалу в область пітінгової корозії сталей.У вступі стисло висвітлено стан проблеми забезпечення надійності та безпеки експлуатації роторно-бандажних вузлів із високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей, обгрунтовано актуальність вибраної теми, визначено мету досліджень та основні напрямки її досягнення, показано наукову новизну, практичну цінність та апробацію матеріалів роботи. У першому розділі подано аналітичний огляд статистики пошкоджень високоміцних хромомарганцевих сталей спеціального призначення та розглянуто сучасні уявлення про особливості їх корозійно-механічного руйнування. Аналіз і систематизація інформації показали, що при оцінці працездатності високоміцних хромомарганцевих сталей недостатню увагу надається їх корозійно-електрохімічним властивостям, мало вивчений комплексний вплив експлуатаційних чинників на корозійно-механічну тривкість сталей, що суттєво ускладнює розробку ефективних способів захисту цих матеріалів від корозійно-механічного руйнування. У другому розділі подано дані про матеріали, обгрунтовано вибір умов досліджень, описано експериментальні установки, зразки та методики досліджень. Для моделювання контакту сталей із конденсованою вологою їх випробовували в дистильованій воді термостатованій при 348 К та деаерованій барботуванням аргоном через водяний затвір.У реальних умовах експлуатації сталей у сучасних турбогенраторах виникають складні багатоелектродні корозійні системи, що включають контакт сталей із міддю, її солями, хлоридами, підвищення темератури середовища та концентрації солей у ньому. Різке зниження пітінготривкості високоазотних хромомарганцевих сталей у гарячих нейтральних розчинах NACL проявляється при підвищенні концентрації хлорид-іонів від 0,1 до 0,5 г-іон/л: Епу сталей знижуються на 149…180 МВ, а Ерп - на 228…246 МВ. При концентраціях хлорид-іонів нижче 0,1 г-іон/л глибока анодна поляризація (до 1,5 В) сталей не зумовлює їх пітінгової корозії. Потенціали пітінгоутворення та репасивації пітінгу сталей практично не змінюються при підвищенні концентрації хлорид-іонів від 0,5 до 2,0 г-іон/л. Характер катодних кривих сталей у гарячих розчинах 22%-му NACL та 22%-му CUCL2 свідчить, що іони Cu2 є на 3-4 порядки ефективнішим деполяризатором ніж кисень, і зміщаючи потенціали корозії сталей в область виразкоутворення, катастрофічно підвищують глибинні показники їх корозії (табл.У дисертації наведене теоретико-експериментальне узагальнення для вирішення науково-технічної задачі встановлення закономірностей корозійно-електрохімічної поведінки та підвищення корозійно-механічної тривкості високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей для турбогенераторобудування в багатоелектродних корозійних системах, які включають контакт із міддю, розчинами хлоридів та солей міді, зміну концентрації та температури середовища. Це завдання розвязано створенням нових методичних підходів до оцінки корозійно-механічної тривкості даної групи сталей, розробленням рекомендацій стосовно їх протикорозійного захисту катодною поляризацією та полімерними покриттями. Це зумовлює вузький діапазон пасивності та малу пітінготривкість цих сталей (Епу - Ек = 87…94 МВ) за незначної швидкості їх загальної корозії (4.10-4…3,7.10-3 мм/рік). 3.Встановлено негативний вплив контакту із міддю на корозійну тривкість високоазотних хромомарганцевих сталей при підвищених температурах: вище 333 К мідь зумовлює інтенсивну контактну корозію сталей (ig = 90…160 МКА) унаслідок зміни полярності гальванопар та зміщення їх компромісних потенціалів у область пітінгової корозії сталей.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертації наведене теоретико-експериментальне узагальнення для вирішення науково-технічної задачі встановлення закономірностей корозійно-електрохімічної поведінки та підвищення корозійно-механічної тривкості високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей для турбогенераторобудування в багатоелектродних корозійних системах, які включають контакт із міддю, розчинами хлоридів та солей міді, зміну концентрації та температури середовища. Це завдання розвязано створенням нових методичних підходів до оцінки корозійно-механічної тривкості даної групи сталей, розробленням рекомендацій стосовно їх протикорозійного захисту катодною поляризацією та полімерними покриттями.
1.Показано, що захисні плівки на аустенітних хромомарганцевих сталях у розчинах хлориду натрію мають низькі протикорозійні властивості. Це зумовлює вузький діапазон пасивності та малу пітінготривкість цих сталей (Епу - Ек = 87…94 МВ) за незначної швидкості їх загальної корозії (4.10-4…3,7.10-3 мм/рік). При підвищенні температури > 313 К пітінготривкість високоазотних сталей погіршується стрибком (Епу - Ек знижується на 96…172 МВ).
2.Встановлено інверсію впливу концентрації хлорид-іонів у діапазоні 0,1…0,5 г-іон/л на пітінготривкість високоміцних хромомарганцевих сталей в гарячих розчинах NACL. При
С(Cl-) < 0,1 г-іон/л глибока анодна поляризація (до 1,5 В) та наявність катіонів міді не викликають локальної корозії сталей, а швидкість їх загальної корозії не перевищує 0,18 мм/рік.
3.Встановлено негативний вплив контакту із міддю на корозійну тривкість високоазотних хромомарганцевих сталей при підвищених температурах: вище 333 К мідь зумовлює інтенсивну контактну корозію сталей (ig = 90…160 МКА) унаслідок зміни полярності гальванопар та зміщення їх компромісних потенціалів у область пітінгової корозії сталей. Контакт із солями міді на 3 порядки пришвидшує корозію високоміцних хромомарганцевих сталей унаслідок високої ефективності катодного процесу відновлення катіонів Cu2 .
4.Для достовірної оцінки схильності високоміцних аустенітних хромомарганцевих сталей до виразкової корозії та корозійного розтріскування рекомендовано розчини відповідно 22% CUCL2 і 0,5%CUCL2 3%NACL, 348 К.
5.Показано ефективність та визначено оптимальні параметри катодного захисту аустенітних хромомарганцевих сталей від корозійного розтріскування та виразкової корозії в гарячих розчинах хлориду натрію та дихлориду міді (Ез становить -350 та -375 МВ для сталей 12Х18АГ18Ш та 05Х18АГ19Ш відповідно).
6.За даними досліджень рекомендовано поліуретанову грунтову фарбу для протикорозійного захисту високоміцних хромомарганцевих сталей у турбогенераторах ТВВ та Т3В. У гарячому 22%-му розчині CUCL2 таке покриття на підложці з хромомарганцевонікелевої сталі має вищі протикорозійні характеристики порівняно з кремнійорганічно-алкідними емалями і забезпечує надійний захист протягом 3100 год.
7.Для прискорених випробувань полімерних композицій із барєрним та барєрно-адгезійним механізмами захисту, котрі використовують для протикорозійного захисту роторно-бандажних вузлів турбогенераторів запропоновано 22%-й розчин дихлориду міді, 348 К. електрохімічний хромомарганцевий сталь корозійний
Список литературы
1. Крохмальний О.О. Вплив температурного фактору на корозійну стійкість нержавіючих сталей в агресивних хлоридних середовищах // Вісник ДУ "Львівська політехніка". - 1997. - № 332. - C. 129-131.
3. Крохмальний О.О. Аналіз роботи контактної пари сталь 18Mn18Cr - мідь в хлоридному розчині за підвищених температур // Вопросы химии и химической технологии. - 1999. - №1. - С. 203-205.
4. Крохмальний О.О., Балицький О.І. Підвищення експлуатаційної надійності бандажного вузла ротора генератора ТВВ-1000-2У3 оптимізацією технології нанесення антикорозійних покриттів // Машинознавство. - 1999. - №6. - С. 27-30.
5. О.І. Балицький, О.О. Крохмальний. Пітінгова корозія сталі 12Х18АГ18Ш у розчинах хлоридів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1999.- №3. - С. 81-85.
6. Крохмальний О.О. Корозія сталі 12Х18АГ18Ш у контакті з міддю // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1999. - №6. - С. 101-104.
7. Балицький О.І., Крохмальний О.О., Ріпей І.В. Тріщиностійкість хромомарганцевих сталей під циклічним та статичним навантаженнями і живучість бандажів потужних турбогенераторів // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій. Вип. 2. - Львів: Каменяр, 1999. - Т. 3. - С. 105-109.
8. Крохмальний О.О. Корозійно-електрохімічна поведінка сталі 12Х18АГ18Ш у хлоридвмісних середовищах з іонами міді (ІІ) // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2000. - №2. - С. 121-123.
9. О.І. Балицький, І.Ф. Костюк, О.О. Крохмальний. Оцінка схильності до корозії зварних зєднань сталей 18Mn-18Cr // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - Спец. випуск №1. - т. 1. - 2000. - С. 252-254.
10. A.Balitskii, O.Krohmalny, I.Ripey. Hydrogen cooling of turbogenerators and the problem of rotor retaining ring materials degradation // Int. Jour. of Hydrogen Energy. - 2000. - Vol. 25, № 2. - P. 167-171.
11. Похмурський В.І., Балицький О.І., Крохмальний О.О. Загальна та пітінгова корозія хромомарганцевих сталей у розчинах галоїдів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2000. - №3. - С. 7-15.