Способ испытания металлов на коррозионное растрескивание

 

Использование: для испытания металлов и зон сварных соединений на коррозионное растрескивание. С целью повышения точности испытания образец испытуемого металла размещают в электрохимической ячейке с выступами, выполненными с острым углом при вершине, установленными в одной плоскости оппозитно друг другу и подпружиненными относительно ячейки. Выступы непрерывно контактируют с поверхностью образца в процессе его нагружения растягивающей нагрузкой. 2 ил.

Изобретение относится к области коррозионных испытаний металлов, а именно к способам испытания металлов на коррозионное растрескивание.

Известен способ испытания на устойчивость к коррозионному растрескиванию, по которому образец испытуемого металла размещают в электрохимической ячейке с выступами, контактирующими с поверхностью образца, нагружают постоянной по величине растягивающей нагрузкой и по времени до разрушения судят о склонности к коррозионному растрескиванию.

Одновременно с нагружением происходит выращивание концентратора напряжений в стационарных кольцевых менисках электролита путем наложения на поверхность образца шнуровой повязки из волокнистой ткани, концы которой опущены в электролит для непрерывной подпитки мениска.

Недостаток известного способа - низкая точность испытания при оценке стойкости к коррозионному растрескиванию целого класса относительно пластичных металлов (например закаленных и отпущенных, а также нормализованных средреуглеродистых сталей), так как образующийся в начальный период испытания коррозионный концентратор в виде узкой кольцевой полоски может вызвать зарождение трещины только у очень хрупких металлов. В дальнейшем по мере углубления коррозионной язвы зазор между шнуровой повязкой и поверхностью образца увеличивается настолько, что существенно замедляется проникновение коррозии вглубь образца, а образовавшаяся кольцевая полоска все больше расширяется. В результате форма выращенного концентратора напряжений получается недостаточно острой, чтобы вызвать трещинообразование в относительно пластичных металлах. Еще один недостаток - малая скорость выращивания коррозионного концентратора, так как в силу специфики коррозионных процессов, сосредоточенных исключительно по месту контакта кольцевого мениска электролита с поверхностью образца. Остальная открытая поверхность металла не взаимодействует с электролитом и поэтому не может повлиять на скорость коррозии. В реальных эксплуатационных условиях заметную роль на коррозионные процессы, протекающие в локальных участках, играют электрохимические реакции между электролитом и открытой поверхностью металла.

Цель изобретения - повышение точности испытания металлов на коррозионное растрескивание.

Указанная цель достигается тем, что в способе испытания металлов на коррозионное растрескивание, по которому образец испытуемого металла размещают в электрохимической ячейке с выступами, контактирующими с поверхностью образца, нагружают постоянной по величине растягивающей нагрузкой и по времени до разрушения судят о склонности к коррозионному растрескиванию, выступы выполняют с острым углом при вершине, устанавливают их в одной плоскости оппозитно друг другу и подпружинивают относительно ячейки. В процессе локальной коррозии, сосредоточенной по месту контакта выступов ячейки из диэлектрического материала с поверхностью металла, по периметру образца формируется коррозионный концентратор, на дне которого при достижении определенной концентрации напряжений, зарождается трещина. Дальнейшее стабильное развитие трещины вплоть до ее лавинообразного роста определяется совместным действием механического и коррозионного факторов. Однако металлы характеризуются различной восприимчивостью к концентрации напряжений. Относительно пластичные металлы особенно чувствительны к глубине и форме концентратора, причем время до зарождения трещины уменьшается по мере увеличения остроты и угла раствора стенок концентратора. Поэтому в процессе выращивания коррозионной язвы по периметру образца важно сформировать достаточно острый и глубокий концентратор, способный вызвать трещинообразование как в хрупких, так и в относительно пластичных металлах.

На фиг.1 и 2 изображена ячейка с испытуемым образцом.

При осуществлении способа испытуемый образец 1 помещают в ячейку 2 с коррозионной средой, внутренняя полость которой снабжена выступами 3 из диэлектрического материала, выполненными с острым углом при вершине и установленными в одной плоскости оппозитно друг другу. Выступы 3 в процессе всего испытания контактируют с поверхностью образца 1. Непрерывность контакта выступов 3 с поверхностью образца 1 обеспечивается возможностью перемещения выступов 3 по направляющим 4 за счет пружины 5. Испытуемый образец 1 нагружают постоянной по величине растягивающей нагрузкой и определяют время до его разрушения, по которому судят о склонности к коррозионному растрескиванию.

Данным способом осуществляли испытания на коррозионное растрескивание образцов из стали 45, предназначенной для изготовления обсадных и насосно-компрессорных труб в нефтегазовой промышленности. Образец 1 в виде плоской пластины толщиной б = 3 мм помещали в ячейку 2 с коррозионной средой, представляющей собой 5% раствора NaCl при постоянном барботаже углекислого газа (что моделирует условие работы труб в нефтяных и газовых скважинах). Нагружение образца 1 осуществляли на установках рычажного типа, а величина растягивающего усилия соответствовала 90% предела текучести стали.

Локализация коррозионного процесса с помощью выступа 3 способствует зарождению коррозионного концентратора в образце 1, вызывающего растрескивание по месту намеченного разрушения и росту его до критических размеров. Поскольку выступ 3 выполнен острым, а в процессе всего испытания обеспечивается непрерывный контакт вершины выступа 3 с поверхностью образца 1, скорость щелевой коррозии не ослабевает по мере развития коррозионного концентратора, а форма, которую он приобретает в процессе коррозии, повторяет конфигурацию острого выступа, что вызывает трещинообразование как в хрупких, так и в относительно пластичных металлах. В процессе испытания вся поверхность образца участвует в коррозионных реакциях: между участком образца, контактирующим с выступом ячейки и поверхностью металла, свободно омываемой электролитом, возникает макрогальваническая пара, эффективность работы которой во многом зависит от площади открытой поверхности образца.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только повысить скорость выращивания коррозионного концентратора до момента зарождения трещины, но также в большей степени соответствует реальным эксплуатационным условиям, что повышает точность испытания.

Формула изобретения

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОВ НА КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ, по которому образец испытуемого металла размещают в эктрохимической ячейке с выступами, контактирующими с поверхностью образца, нагружают постоянный по величине растягивающей нагрузкой и по времени до разрушения судят о склонности к коррозионному растрескиванию, отличающийся тем, что выступы выполняют с острым углом при вершине, устанавливают их в одной плоскости оппозитно друг другу и подпружинивают относительно ячейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2