Вибрационные сита, грохоты, фильтры работают в условиях коррозионноактивной среды и механических нагрузок.

Коррозионному растрескиванию подвержены выпарные ап­параты, трубопроводы, автоклавы и др. аппараты.

Не менее опасное разрушение металла имеет место при одно­временном воздействии на него агрессивной среды и переменных нагрузок. Такой вид воздействия испытывают компрессоры и на­сосы, роторы, диски и лопатки турбин и т.д.

Различают два вида механических напряжений — внутренние и внешние. Внутренние напряжения возникают при термической и ме­ханической обработке деталей, при сварке. Внешние, приложенные извне напряжения, могут быть статическими и переменными.

Под влиянием механических напряжений меняется структура по­верхностного слоя металла, что может вызвать изменение потенци­ала на его отдельных участках, разрушение защитных пленок, и как следствие этого — изменение скорости коррозии.

Различают следующие виды коррозионного разрушения металла под воздействием механических нагрузок:

• коррозионное растрескивание;

• коррозионная усталость;

• коррозионная кавитация;

• коррозионная эрозия или фреттинг-коррозия.
Коррозионные разрушения не относятся к процессам локальной коррозии, но имеют с ними множество общих черт. Коррозионно-усталостные процессы или процессы при статической коррозии под напряжением сопровождаются возникновением трещин, при фреттинг-коррозии отмечают образование питтинга.

Коррозионные процессы при механических нагрузках протекают через три последовательные стадии: инкубационный период, отвеча­ющий отсутствию видимых разрушений; период образования очагов коррозии; период быстрого масштабного разрушения.

Наличие механических напряжений в металле, лежащих в упру­гой области или связанных с деформацией, приводит к нарушению сплошности защитных пленок. Обычно растягивающие или сжима­ющие напряжения мало влияют на скорость равномерной коррозии. Если под действием коррозионной среды происходит локализация механического фактора, то это приводит к быстрому разрушению конструкции.

Протекание коррозионного растрескивания под напряжением про­исходит при совместном действии коррозионной среды и механи­ческих воздействий. В начальный период зарождение трещины про­исходит в результате растрескивающего действия при хемосорбции активных ионов коррозионной среды. Зарождение трещин может быть связано с возникновением туннелей (размером порядка 0,05 мкм) и питтиингов на участках металла, имеющего дефекты, например, на границах зерен, включениях, скоплениях дислокаций. Развитие трещины и разрыв происходят при превалирующем влиянии меха­нического фактора.

• Коррозионное растрескивание металлов

Коррозионное растрескивание (КР) — это разрушение метал­ла вследствие возникновения и развития трещин при одновремен­ном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной сре­ды. Оно характеризуется почти полным отсутствием пластической деформации металла.

КР — это опасный вид разрушения металлов. В химической ап­паратуре КР наиболее часто наблюдается в конструкциях, которые имеют остаточные напряжения после термической или механиче­ской обработки, при монтаже и сборке оборудования, при сварке, в условиях эксплуатации при повышенных давлениях и температурах.

На возникновение КР и его интенсивность оказывают большое влияние характер агрессивной среды, ее концентрация и состав. КР в напряженном состоянии подвержены почти все металлы и спла­вы. На долю КР в химической, нефтегазовой и теплоэнергетической отраслях промышленности приходится от 20 до 40 % всех коррози­онных разрушений.

Для КР характерны следующие особенности:

• образование трещин сопровождается возникновением хрупко­сти металла;

• возможно возникновение межкристаллитных и транскристаллитных трещин с разветвлениями;

• время индукционного периода до образования трещины зави­сит от величины приложенных растягивающих усилий.

КР сталей происходит в растворах, содержащих Н₂S , NНз, СO₂, нитраты, хлориды, кислоты и щелочи (рис. 5.5). Углеродистые стали, содержащие более 0,2 % С и имеющие ферритно-перлитную или пер­литную структуру, менее склонны к КР. Наиболее чувствительной

является мартенситная структура. Все режимы термической обра­ботки, вызывающие появление мартенсита, делают сталь склонной к КР.

Полуферритные и ферритные хромистые стали менее склонны к коррозионному растрескиванию, чем аустенитные хромоникелевые стали.

КР аустенитных хромоникелевых сталей отмечено на ряде хи­мических производств. Это явление связывают с нестабильностью аустенита в нержавеющих сталях.

Легирование углеродистых сталей, введение стабилизирующих добавок, увеличение содержания никеля не изменяет существенно склонность аустенитных сталей к коррозионному растрескиванию.

Цветные металлы и сплавы также подвержены КР. Коррозионное растрескивание наблюдается у алюминиевомагниевых и медноцинковых сплавов.

Магниевые сплавы в напряженном состоянии корродируют с КР в растворах хлоридов, сульфатов,

карбонатов, хроматов. Сплавы меди с цинком, оловом, алюминием разрушаются в присутствии паров аммиака.

• Коррозионная усталость металла

Усталость металла — это разрушение его под влиянием периоди­ческой динамической нагрузки при напряжениях значительно мень­ших, чем предел прочности. В химической промышленности достаточ­но часто наблюдаются случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Усталостное разрушение обычно сопровождается обра­зованием меж- и транс-кристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напря­жений (рис. 5.6). Склонность металла к усталостному разрушению

характеризуется пределом выносливости. Под этим понятием понимают величину максимального напряжения, при котором усталостное разрушение металлов не на­ступает через 10⁷ и более циклов. При одновременном воздействии на металл пе­ременных напряжений и коррозионной среды число этих циклов уменьшается, т.е. предел усталостной прочности снижается. На величину коррозионной устало­сти влияет среда. Например, усталостная прочность стали типа X13 в вакууме зна-

чительно выше, чем на воздухе, в пресной воде предел усталости снижается в 1,5-3 раза, а при переходе от пресной к морской воде снижается еще в 2 раза.

Режим термической обработки сплавов изменяет предел их кор­розионной усталости. В результате закалки с последующим отпус­ком значительно повышается усталостная прочность по сравнению с состоянием после отжига или нормализации.

• Фреттинг-коррозия

Коррозию при трении называют фреттинг-коррозией. Она ха­рактеризуется возникновением повреждений на соприкасающихся номинально неподвижных поверхностях, совершающих небольшие периодические относительные смещения. Этот процесс происходит в различных болтовых, шлицевых, замковых, заклепочных соеди­нениях. В процессе работы эти соединения совершают повторные относительные перемещения, в результате чего происходят меха­нические нарушения поверхностных оксидных пленок. Соприкаса­ющиеся поверхности при фреттинге никогда не разъединяются, и, следовательно, продукты разрушения не имеют выхода из зоны кон­такта. Это усиливает коррозию и износ металлов.

Скорость фреттинг-коррозии зависит от природы метала, состава среды, температуры, удельной нагрузки.

Защиту от фреттинг-коррозии осуществляют рациональным вы­бором контактирующих материалов, нанесением покрытий, приме­нением смазок.

• Кавитационная эрозия

Кавитационная эрозия наблюдается при эксплуатации гидротур­бин, гребных винтов, насосов, клапанов, запорных устройств в тру­бопроводах. Она обусловлена нестационарностью потока жидкости, обтекающей твердое тело. Кавитация — это процесс образования и исчезновения пузырьков в жидкости. Исчезновение пузырьков со­провождается гидравлическим ударом, который и является причи­ной кавитационной эрозии. Возникновение пузырьков происходит в области низкого давления, а исчезновение — в области высокого давления. Таким образом, область кавитационного разрушения часто бывает значительно удалена от зоны возникновения пузырьков.

Первоначально происходит прогрессирующее разрыхление мате­риала, приводящее к образованию многочисленных микротрещин. Затем начинается выкрашивание мелких частиц.