Главная | Обратная связь

Коррозия стальных конструкций

Ниже приводятся основные виды коррозион­ных повреждений стальных и алюминиевых строительных конструкций с указани­ем характерных признаков, по которым устанавливают виды коррозии на стадии предварительной оценки технического состояния конструкции.

Сплошная коррозия характерна для стали, алюминия, цинковых и алюминие­вых защитных покрытий в любых средах, в которых коррозионная стойкость дан­ного материала или металла покрытия недостаточно высока. Этот вид коррозии характеризуется относительно равномерным по всей поверхности постепенным проникновением в глубь металла, т.е. уменьшением толщины сечения элемента или толщины защитного металлического покрытия. После механического удаления продуктов коррозии до чистого металла поверхность конструкции оказывается ше­роховатой, но без очевидных язв, точек коррозии и трещин. Наиболее подвержен­ными этому виду коррозии участками, как правило, являются узкие щели, зазоры, поверхности под головками болтов, гайками, другие участки скопления пыли и влаги.

Коррозия пятнами характерна для алюминия, алюминиевых и цинковых по­крытий в средах, в которых их коррозионная стойкость близка к оптимальной и лишь случайные факторы могут вызвать местное нарушение состояния материала. Этот вид коррозии характеризуется небольшой глубиной проникновения коррозии. При его выявлении необходимо установить причины и источники временных ме­стных повышений агрессивности среды за счет попадания на поверхность конст-рукции жидких сред (конденсата, атмосферной влаги при протечках и т.п.), ло­кального накопления или отложения солей, пыли и т.д.

Язвенная коррозия характерна в основном для углеродистой и низколегирован­ной стали (в меньшей степени - для алюминия, алюминиевых и цинковых покры­тий) при эксплуатации конструкций в жидких средах и грунтах. Язвенная корро­зия характеризуется появлением на поверхности конструкции отдельных или мно­жественных повреждений, глубина и поперечные размеры которых (от долей мил­лиметра до нескольких миллиметров) соизмеримы. Язвенная коррозия листовых конструкции, а также элементов конструкций из тонкостенных труб и прямо­угольных элементов замкнутого сечения со временем переходит в сквозную с обра­зованием отверстий в стенках толщиной до нескольких миллиметров. Язвы явля­ются острыми концентраторами напряжений и могут оказаться инициаторами за­рождения усталостных трещин и хрупких разрушений. Для оценки скорости яз­венной коррозии и прогнозирования ее развития в последующий период опреде­ляют средние скорости проникновения коррозии в наиболее глубоких язвах и ко­личество язв на единицу поверхности. Эти данные в дальнейшем следует исполь­зовать при расчете несущей способности элементов конструкций.

Точечная (питтинговая) коррозия характерна для алюминиевых сплавов, в том числе анодированных, и нержавеющей стали. При обнаружении питтинговой кор­розии необходимо выявить источники хлоридов-возбудителей процесса и возмож­ности исключения их воздействия на металл.

Питтинговая коррозия представляет собой разрушение в виде отдельных мелких (не более 1…2 мм в диаметре) и глубоких (глубина больше поперечных размеров) язв. О скорости проникновения коррозии судят по тем же характеристикам, что и при язвенной коррозии. Глубину наиболее крупных питтингов можно измерить индика­торами часового типа со щупами в виде тонких прочных иголок, менее крупных пит­тингов - под оптическим микроскопом после отбора проб для лабораторного анализа.

Межкристаллитная коррозия. Характерна для нержавеющей стали и упроч­ненных алюминиевых сплавов, особенно на участках сварки, и характеризуется относительно равномерным распределением множественных трещин на больших участках поверхности конструкций. Глубина трещин обычно меньше, чем их раз­меры на поверхности. На каждом участке развития этого вида коррозии трещины практически одновременно зарождаются от многих источников, связь которых с внутренними или рабочими напряжениями не является обязательной. Под оптиче­ским микроскопом на поперечных шлифах, изготавливаемых из отобранных проб, видно, что трещины распространяются только по границам зерен металла. Отдель­ные зерна и блоки могут выкрашиваться, в результате чего образуются язвы и по­верхностное шелушение. Основной характеристикой межкристаллитной коррозии является средняя скорость проникновения коррозионных трещин в глубь металла, устанавливаемая в соответствии с ГОСТ 9.021-74* и ГОСТ 6032-84.

Коррозионное растрескивание - вид квазихрупкого разрушения стали и высо­копрочных алюминиевых сплавов при одновременном воздействии статических напряжений растяжения и агрессивных сред; характеризуется образованием еди­ничных и множественных трещин, связанных с концентрацией основных рабочих и внутренних напряжений. Трещины могут распространяться между кристаллами или по телу зерен, но с большей скоростью в плоскости, нормальной к дейст­вующим напряжениям, чем в плоскости поверхности.

Углеродистая и низколегированная сталь обычной и повышенной прочности (с о_г > 600 МПа) подвергается этому виду коррозии в ограниченном количестве сред: горячих растворах щелочей и нитратов, смесях СО-СО₂-Н₂-Н₂О, жидком аммиаке и в средах, содержащих сероводород. Коррозионное растрескивание высокопрочной стали, например высокопрочных болтов, и высокопрочных алюминиевых сплавов может развиваться как в атмосферных условиях, так и в различных жидких средах.

При установлении факта повреждения конструкции коррозионным растрескива­нием необходимо убедиться в отсутствии признаков других форм квазихрупкого раз­рушения (хладноломкости, усталости). Для этого к проведению обследования необ­ходимо привлекать специалистов в области металловедения, проводить фрактографи-ческий анализ проб, в некоторых случаях - химический анализ материалов на со­держание водорода. Разрушение отдельных элементов конструкций (высокопрочных болтов, канатов и т.п.) в результате коррозионного растрескивания обычно происходит внезапно. Лишь в листовых конструкциях возможно постепенное развитие трещин, за которыми можно вести наблюдение. Тогда о степени интенсивности коррозион­ного растрескивания судят по средней скорости роста наиболее длинных трещин.

Коррозионная усталость - вид квазихрупкого разрушения материалов при од­новременном воздействии циклических напряжений и жидких агрессивных сред. Она характеризуется теми же внешними признаками, что и коррозионное растрес­кивание. Об интенсивности коррозионной усталости судят по количеству циклов, которое элементы конструкций могут выдерживать до зарождения трещин, или по скорости роста наиболее длинных трещин в листовых конструкциях.

Расслаивающая коррозия присуща алюминиевым сплавам и характеризуется разделением металла по границам зерен в плоскостях, параллельных плоскости горячей деформации (прокатки, прессования, экструзии и т.д.). Внутри металла по плоскостям разделения образуются продукты коррозии алюминия. Расслаивание одновременно распространяется из нескольких источников и может происходить в нескольких параллельных плоскостях. Как частный случай расслаивающей корро­зии можно рассматривать и поверхностное шелушение, описанное выше.

Контактная (гальваническая) коррозия выражается в резком, чаще всего ме­стном, увеличении глубины проникновения сплошной коррозии одного из двух разнородных металлов или сплавов, между которыми существует электрический контакт за счет механической связи и одновременного воздействия одной и той же электропроводной среды (электролита) на оба металла или сплава. Зона распро­странения контактной коррозии определяется равномерностью распределения электролита на поверхности конструкций и его электропроводностью. При атмо­сферной коррозии сплошная пленка влаги (электролита) обычно очень тонка, не всегда равномерно распределяется по поверхности конструкций и, следовательно, характеризуется значительным электросопротивлением. В связи с этим протяжен­ность зоны действия условий, способствующих протеканию контактной коррозии, составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров от непосред­ственной границы контакта между разнородными металлами.

Зона контактной коррозии в сплошных электропроводных средах (природных и технических водах, грунтах и т.п.) может распространяться на расстоянии до не­скольких десятков метров. В этом случае важнейшей характеристикой опасности контакта является соотношение площадей поверхности элементов из более благо­родного (катодного) металла или сплава и менее благородного (анодного). Чем больше отношение площади катода к площади анода, тем интенсивнее протекает разрушение элементов конструкций из менее благородного материала.

Щелевая коррозия в чистом виде присуща конструкциям из нержавеющей ста­ли и других пассивирующихся материалов в агрессивных жидких средах, в которых материалы вне узких щелей и зазоров устойчивы благодаря пассивному состоянию, т.е. вследствие образования на их поверхности защитной пленки. Из-за недоста­точного доступа кислорода в узкие щели и зазоры пассивное состояние стали в них неустойчиво, металл в щелях становится анодным по отношению к металлу вне щелей и зазоров, и коррозия протекает, подобно контактной.

Коррозия в результате неравномерной аэрации характерна для протяженных стальных конструкций, подвергающихся воздействию жидких сред или грунтов с высокой электропроводностью. Связана с неравномерным доступом кислорода к различным участкам поверхности конструкций, например вследствие различной плотности грунтов, экранирования части поверхности неметаллами, в частности, отслаивающимися полимерными покрытиями, и т.п. Анодными становятся участ­ки, доступ кислорода к которым наиболее ограничен, а доступ электролита обеспе­чен. Коррозия на этих участках протекает подобно контактной.

Коррозия, вызываемая токами от внешних источников, присуща конструкци­ям, описанным в предыдущем абзаце. Однако движущей силой процесса является не неравномерная аэрация, а постоянные токи от посторонних источников, слу­чайно попадающие в протяженные конструкции вследствие отсутствия или неис­правности электроизоляционных, заземлительных, электродренажных и т.п. уст­ройств. Примерами таких источников являются рельсовый транспорт (для подзем­ных конструкций), сварочные агрегаты, гальванические ванны и т.п. Коррозии подвергаются те участки конструкций, с которых стекают положительные заряды. Коррозия протекает подобно контактной.

Металлографическую оценку видов коррозии следует производить по СТ СЭВ «Защита от коррозии. Металлы, сплавы, покрытия металлические. Металлографи­ческий метод оценки коррозионного разрушения».

Работа металла при однократном статическом растяжении и сжатии.

Диаграммы и стадии работы материала. Основные показатели механических свойств стали и алюминиевых сплавов.