Нужна помощь в написании работы?

Все известные на сегодня модели и гипотезы, объясняющие природу стресс-коррозионной повреждаемости МГ, базируются на классических представлениях теории коррозионного растрескивания и в этом смысле условно могут быть разделены на две альтернативные группы.

I-ая группа моделей придерживается точки зрения, согласно которой в основе зарождения и развития трещины лежит механизм локального анодного растворения (ЛАР). При этом, процессы, контролируемые этим механизмом могут иметь двойственную природу: либо металл имеет структурные компоненты, способствующие образованию гальванопары еще до приложения к нему напряжений, либо напряжения (или более корректно, пластическая деформация) в металле приводят к разрушению защитных пленок и образованию коррозионно-активных путей. Специфика коррозионной среды в этом случае должна состоять в частично пассивирующем влиянии на металл.

II-ая группа моделей в качестве механизма, контролирующего образование и развитие трещины выдвигает процесс водородного охрупчивания (ВО), действие которого приводит либо к существенному снижению поверхностной энергии, необходимому для страгивания трещины, либо к уменьшению работы пластической деформации и облегчению декогезии кристаллической решетки металла. Очевидно, что указанный механизм реализуется в том случае, когда в ходе электрохимических реакций становится возможным выделение водорода и последующая его адсорбция металлом.

Таким образом, при строгом рассмотрении каждая из двух моделей представляет развитие процесса КРН по двум взаимоисключающим механизмам. Однако на практике взаимосвязь составляющих процесса растрескивания: структуры, электрохимических характеристик среды и чувствительности к напряжениям, имеет весьма неоднозначный характер и сложным образом меняется с течением времени, поэтому только в редких случаях растрескивание можно представлять одним механизмом. С этих позиций, очевидно, и следует подходить к анализу гипотез, объясняющих явление стресс-коррозии.

К моделям I-й группы, используемым при описании стресс-коррозии, относится ставшая уже классической теория щелочной хрупкости и ее последующие модификации, известные как карбонат-бикарбонатная, гидроксид-карбонатная и т.д. Проявление щелочной хрупкости применительно к условиям эксплуатации МГ, как уже было сказано в предыдущем разделе, в чистом виде не реализуется. Гидроксид-карбонатный механизм КРН, предложенный сотрудниками института Баттеля (США) также маловероятен, так как анализ катодных отложений на поверхности МГ в большинстве случаев не обнаруживает в них гидроксидов.  В то же время обширные исследования, проведенные как за рубежом, так и у нас, показали, что в околотрубном пространстве под отслоившимся покрытием всегда присутствует карбонат-бикарбонатная среда, появление которой обусловлено достаточно высокой концентрацией CO2 в грунтах и спецификой катодной поляризации металла. Известно, что с одной стороны карбонат-бикарбонатная среда в присутствии кислорода пассивирует сталь, защищая ее от коррозии, с другой стороны - при  определенных режимах катодной защиты инициирует возникновение анодного тока, приводящего к протеканию локальных коррозионных процессов. Тем самым, из всех теорий, объясняющих явление стресс-коррозии через механизм анодного растворения, наиболее приемлемой является карбонат-бикарбонатная теория. Однако ее существенным недостатком является неспособность объяснить наблюдаемые на практике многочисленные случаи стресс-коррозионных разрушений МГ, поскольку как уже приводилось ранее, для карбонат-бикарбонатного растрескивания характерен чрезвычайно узкий диапазон внешних условий, прежде всего по температуре и потенциалу.

В качестве альтернативного объяснения стресс-коррозии МГ в средах с нейтральным рН получила распространение концепция водородного охрупчивания (ВО), предполагающая, что растрескивание возникает в результате наводороживания трубного металла в процессе эксплуатации. При этом механизм ВО включает цепь последовательность стадий:1. Разряд ионов водорода на поверхности стали в результате катодной поляризации в суммарном коррозионном процессе:

2H+ + e ® 2H,H + H ® 2H2.

Считается, что не весь атомарный водород рекомбинирует в молекулярный газ и удаляется в раствор; часть атомов водорода хемосорбируется на поверхности металла и затем диффундирует в его кристаллическую решетку.

2. Транспорт (диффузионный или дислокационный) атомарного водорода в различного рода несплошности и несовершенства структуры металла, а также в области объемного напряженного состояния (вершины трещин).

3. Страгивание трещины и ее скачкообразное продвижение в результате уменьшения водородом критического коэффициента интенсивности напряжений KIc.

Впервые о ВО как о возможном механизме развития трещин стресс-коррозии стали говорить с момента появления так называемой “неклассической” формы КРН. В пользу признания водородного механизма ведущим высказывался ряд отечественных и зарубежных авторов.

При анализе внешних проявлений и морфологических особенностей стресс-коррозии в средах с нейтральным рН выявилось немало признаков, позволяющих соотнести природу данного явления с водородным механизмом. К числу таких признаков относятся: часто слабокислая реакция притрубных электролитов (рН 4,2¸7,5), большая подверженность к этой форме КРН высокопрочных сталей (Х65-Х70), отсутствие жесткой привязки с повышенной температурой и т.д. Все изломы очаговых и сопутствующих им вторичных стресс-коррозионных трещин имели ярко выраженный макрохрупкий характер, несмотря на то, что в исходном состоянии многие из разрушенных сталей отличались высокой пластичностью и вязкостью. Во многих случаях отмечались повышенный уровень и зональное распределение водорода в аварийных трубах и разрушенных лабораторных образцах. К фактору, подкрепляющему водородный механизм стресс-коррозии, можно также отнести и преимущественно анаэробные условия развития процессов подпленочной коррозии. Известно, что в некоторых электролитах из-за недостатка кислорода возможно протекание катодной реакции с участием сульфатвосстанавливающих бактерий:

SO42- + 4H2O + 8e ® 8OH- + S2-.

Поделись с друзьями