Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема коррозионного повреждения металлоконструкций грузоподъемных кранов 10
1.1. Факторы влияющие на коррозию металлов 10
1.1.1. Показатели коррозии 11
1.1.2. Классификация процессов коррозии
1.2. Атмосферная коррозия сталей 15
1.3. Основные показатели атмосферной коррозии 17
1.4. Диагностика коррозионного состояние металлоконструкций 18
1.5. Коррозионное изнашивание металлоконструкций грузоподъемных кранов 20
1.6. Методы и средства оценки текущего коррозионного состояния металлоконструкции 22
1.7. Защита металлоконструкций грузоподъемных кранов от атмосферной коррозии 25
Выводы 28
2. Экспериментальные исследования атмосферной коррозии несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов 29
2.1. Исследование аэрохимического воздействия среды на развитие коррозии 29
2.2. Исследование фазового состава ржавчины 33
2.2.1. Структура слоя ржавчины З3
2.2.2. Образование продуктов коррозии 39
2.2.3. Цветовые свойства слоя ржавчины 41
2.3. Исследование кинетики атмосферной коррозии 45
2.3.1. Кинетика равномерно-распределенной коррозии 45
2.3.2. Кинетика питтинговой коррозии 5 з
2.4. Исследование влияния химического состава сплавов на скорость атмосферной коррозии 57
2.5. Исследование влияния конструктивных особенностей элементов металлоконструкций на процесс коррозии
2.5.1. Влияние слитности сечения 60
2.5.2. Влияние обтекаемости элементов 62
2.5.3. Исследование коррозионного износа балок коробчатого сечения 64
2.6. Исследование коррозионного повреждения металлоконструкций мостовых и козловых кранов 67
2.6.1. Методика проведения обследование металлоконструкций подъемных кранов 67
2.6.2. Обследование металлоконструкций мостовых и козловых кранов 68
Выводы 69
3. Прогнозирование коррозионного износа металлоконструкций методом математического моделирования 70
3.1. Моделирование процесса коррозии 70
3.2. Математическое моделирование коррозионного процесса 70
3.3. Математические модели атмосферной коррозии сталей
3.3.1. Основные математические модели коррозии сталей 72
3.3.2. Региональные математические модели коррозии сталей
3.4. Определение диагностируемых параметров 79
3.5. Модель описания основных параметров коррозионной поврежденности 83
3.5.1. Модель аэрохимического воздействия среды 85
3.5.2 Моделирование кинетики процесса коррозии 89
3.5.3. Моделирование влияния конструктивных особенностей на развитие коррозии 93
3.5.4. Моделирование атмосферной коррозии низколегированных сталей 95
3.5.5 Моделирование питтинговой коррозии 97
3.5.6. Итоговые математические выражения диагностируемых параметров 98
Выводы 100
4. Оценка изменения напряженно-деформированного состояния главных балок мостовых кранов наблюдаемого в результате коррозионного изнашивания 102
4.1. Определение напряженно-деформированного состояния главных балок мостовых кранов 102
4.2. Моделирование коррозионного износа главной балки мостовых кранов 107
4.3. Анализ напряженно-деформированного состояния главной балки 109
4.4. Оценка совместного влияния циклических нагрузок и коррозии 115
Выводы 126
5. Усовершенствование мер по оценке и продлению остаточного ресурса металлоконструкций мостовыхкранов подверженных коррозионному изнашиванию 128
5.1. Визуально-оптический метод определения глубинного показателя коррозии 128
5.2. Особенности эксплуатации балок коробчатого сечения 138
5.3. Усовершенствование мероприятий по защите металлоконструкций главных балок мостовых кранов от коррозии 139
5.4. Принцип рационализации испытаний на коррозионную стойкость малоуглеродистых и низколегированных сталей 145
Выводы 148
Основные результаты и выводы 150
Список использованных источников
- Атмосферная коррозия сталей
- Образование продуктов коррозии
- Математические модели атмосферной коррозии сталей
- Усовершенствование мероприятий по защите металлоконструкций главных балок мостовых кранов от коррозии
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящий момент из 270 тысяч грузоподъемных кранов России, находящихся в эксплуатации, более 80% уже несколько лет назад исчерпали сроки эксплуатации, требуют замены или модернизации, а также подлежат списанию.
В ближайшем будущем это приведет к снижению надежности и безопасности эксплуатации металлоконструкций грузоподъемных кранов в целом, и в результате коррозионного разрушения, вызывающего изменение параметров рабочих режимов и отказ грузоподъемного крана, в частности.
Коррозионное повреждение приводит к снижению несущей способности конструкции за счет уменьшения сечения конструктивного элемента и развитию многочисленных усталостных трещин.
Так как процессы коррозии, связанные с влиянием факторов среды, необратимы и часто приводят к отказам, их необходимо обнаруживать на ранних стадиях, классифицировать, давать количественную оценку эффекта повреждения и прогноз опасности развития в случае непринятия мер по усилению защиты. Однако существующие методы диагностики мостовых и козловых кранов не позволяют определять все необходимые показатели коррозии (механические). Кроме того в методических указаниях по обследованию грузоподъемных машин в настоящий момент нет средств (математических моделей) позволяющих прогнозировать развитие коррозионных повреждений.
В связи с этим, особую актуальность приобретает научно - техническая задача, состоящая в оценке влияния коррозионного разрушения несущих металлоконструкций на аварийность подъемных кранов в атмосферных условиях методами и средствами диагностики.
Объектом исследования являются листовые сварные
металлоконструкции коробчатого сечения мостовых и козловых кранов.
Цель работы заключается в повышении безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов путем определения коррозионного повреждения их металлоконструкций с применением методов и средств диагностики.
Задачи исследования:
- анализ особенностей протекания процесса коррозионного повреждения
металлоконструкций мостовых и козловых кранов в атмосферных условиях;
- анализ воздействия коррозионного повреждения на процесс
усталостного разрушения несущих крановых металлоконструкций;
- построение модели накопления усталостных повреждений элементом
металлоконструкции при воздействии коррозии;
- разработка методов по оценке коррозионных повреждений
металлоконструкций грузоподъемных кранов.
Методы исследования. В работе использовали: расчетные методы механики разрушения, методы обследования металлических конструкций мостовых и козловых кранов, регрессионный анализ и элементы математической статистики, конечно-элементное моделирование.
Научные положения, выносимые на защиту:
- Расчетный метод определения показателей коррозии: глубинного,
локального (при питтинговой коррозии), механического (адсорбционное
понижение предела текучести и выносливости материала).
- Результаты сравнительного анализа степени коррозионного разрушения
окончаний боковых стенок и нижнего пояса главных балок мостовых кранов.
- Зависимости изменения оптических свойств наружного подслоя
ржавчины от степени агрессивного воздействия среды и фактора времени.
- Оптический метод диагностики, позволяющий определять глубинный,
механический, очаговый показатели коррозии по цветовым свойствам
наружного подслоя ржавчины.
Научная новизна состоит в том, что установлена связь между развитием усталостных и коррозионных повреждений стальных металлоконструкций, которая впервые учитывает кинетику процесса атмосферной коррозии и влияние воздействия основных факторов коррозионного повреждения: относительной влажности воздуха, степени загрязненности атмосферы агрессивными газами, особенности конструктивного исполнения, химического состава сплава.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается экспериментальными результатами обследования металлоконструкций мостовых и козловых кранов, а также, сравнением результатов проведенных экспериментальных исследований с результатами исследований, проведенными другими авторами.
Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты могут найти широкое применение в различных отраслях машиностроения при проведении мониторинга или диагностирования металлоконструкций.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах кафедры «Подъемно - транспортные машины и оборудование» Тульского государственного университета (Тула, 2007-2010), на 1-й магистерской научно-технической конференции (Тула, 2006), на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (Тула, 2008), на III и IV молодежных научно-практических конференциях Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (Тула, 2009), на XI-X1V Московских международных межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные и путевые машины и робототехниче-ские комплексы» (Москва, 2007-2010), на семинаре 7-й специализированной международной выставки «Подъемно - транспортная техника и технологии. ПТТиТ - 2009» (Москва, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работах, включая 5 статей в рецензируемых научных журналах и трудах международных конференций и 8 в сборниках трудов и материалов различных конференций. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников,
включающего ПО наименований. Работа содержит 160 страниц печатного текста, 67 рисунков, 29 таблиц.
Атмосферная коррозия сталей
О развитии коррозионных процессов при эксплуатации техники; в атмосферных условиях можно судить, вьіполняяі непосредственные измерения коррозионных эффектов; (глубины, площади повреждения; массы продуктові коррозии; и т... п.) или фиксируя изменения в результате коррозии некоторых характеристик металла (механической прочности, электропроводности и т. п.), или-осуществляя г дистанционно 18 периодические проверки эксплуатационных факторов (температурно-влажностного режима, концентрации загрязнений в воздухе и т. п.) и работоспособности узлов и агрегатов (приборов) машин [33, 36, 69].
Известны следующие критерии оценки коррозионных эффектов: очаговый показатель коррозии кп - число коррозионных очагов, возникающих на единице металлической поверхности за определенный промежуток времени в данных условиях эксплуатации; глубинный показатель коррозии кг - характеризует среднюю или максимальную глубину коррозионного разрушения металла за определенное время эксплуатации изделий, например, мм/год; для измерения питтингов может быть использован индикатор повышенной чувствительности; показатель склонности металла к коррозии кс - срок эксплуатации (испытания) до начала коррозионного процесса, ч (сут). Начало коррозионного процесса определяют состоянием поверхности металла, при котором коррозионное поражение достигло 1 % площади; показатель изменения массы металла к? - уменьшение или увеличение массы металла во время эксплуатации (испытания) за счет потерь или роста продуктов коррозии, г/(м2-ч); механический показатель коррозии, например прочностной, характеризующий изменение предела прочности металла за время эксплуатации, %; электрический показатель коррозии, например токовый, соответствующий скоро-сти коррозионного процесса мА/см , или показатель изменения электросопротивления поверхности металла за время эксплуатации, %.
Разнообразие факторов коррозионных процессов и механизмов их протекания требует индивидуального подхода к выбору метода коррозионных испытаний и оценки коррозионных эффектов.
Безопасность эксплуатации грузоподъемных кранов требует обеспечения надежности металлоконструкций в течение всего расчетного срока службы. Практика на 19 блюдения за техническим состоянием и обследования несущих металлоконструкций свидетельствует о том, что их предельное состояние наступает значительно позже нормативного срока службы, однако наблюдаются случаи разрушения отдельных элементов кранов до истечения нормативного срока. Одной из причин проявления разрушения является снижение несущей способности в результате коррозионного износа. Надежность заданного уровня может быть обеспечена на стадии проектирования выбором материалов и способов защиты от коррозии, способных снижать до минимума агрессивное воздействие среды; на стадии эксплуатации - расчетными методами определения ресурса с учетом накопленной коррозионной повреждаемости, а также контрольными проверками состояния металлоконструкций с целью обнаружения дефектов прежде, чем они достигнут опасного размера.
Диагностика коррозии металлоконструкций включает следующие основные направления: а) диагностика текущего (мгновенного) коррозионного состояния конструкции. Такая диагностика позволяет в любой момент времени после пуска,или начала экс плуатации конструкции определить «текущую» опасность развития коррозии; б) моделирование коррозионных отказов. Метод основан на разработке матема тических моделей, устанавливающих связь между математическими методами рас чета развития: коррозии и действительной физической природой коррозионной ки нетики; в) прогнозирование коррозионного состояния конструкций, т. е. вероятностное суждение о коррозионной стойкости металлической конструкции в будущем. Диагностика коррозии необходима в связи с: тем, что надежность машин и оборудования во многом определяется коррозионной стойкостью конструкционных материалов. Под надежностью оборудования в данном случае понимают комплекс свойств оборудования, определяемых либо частными свойствами, такими, как безотказность в работе, ремонтопригодность и долговечность,.либо совокупность этих свойств.
Образование продуктов коррозии
В среднеагрессивных атмосферных условиях, когда скорость коррозии составляет 0,05 мм/год и более, слой ржавчины имеет явно разнородный характер. Так, в условиях I, IV, когда общая масса ржавчины достигает 8-9 г/дм , толщина среднего слоя ржавчины меняется скачкообразно ввиду подслойного опадения верхней части продуктов коррозии.
Различия в развитии отдельных подслоев ржавчины в ходе процесса коррозии вызваны особенностями условий испытания. В общем после начального периода нерегулярного роста слоя ржавчины, который длится около 10 мес, наступает сравнительно стабильный период. Важным является тот факт, что внутренний подслой после начальной фазы образования слоя ржавчины уже практически не меняется.
Химическая неоднородность слоя ржавчины по толщине определяется неравномерностью (цикличностью) транспорта посторонних веществ (газов, пыли и т. д.) к поверхности ржавчины. Кроме того, наружный подслой больше подвергается воздействию атмосферных осадков.
Исследования продуктов коррозии железа по данным рентгенофазового анализа показывают, что в атмосферных условиях умеренной климатической полосы как в сельских, так и в индустриальных районах продуктами коррозии являются в основном гидроокислы железа. Из оксидов образуется только магнетит. Это означает, что для роста слоя ржавчины необходима вода и основной реакцией образования нерастворимых продуктов коррозии является гидролиз: Fe2+ +2H20-+Fe(OH)2+2H+, (2.1) Fe3+ + 3#2 0 - Fe(OH\ + 3#+. (2.2) Соединения железа (П) на воздухе нестабильны и легко окисляются: или 4Fe(OH)2 + 02 - IFeOOH + 2Fe(OH\, (2.3) 4Fe(OH)2 + 02 - AFeOOH + 2Н20. (2.4) При пониженной влажности эти реакции могут протекать без присутствия стимуляторов коррозии, кроме воды, поэтому по схемам реакций (2.1), (2.3), (2.4), видимо, кристаллизуется у - FeOOH, который является первым и основным кристаллическим продуктом коррозии железа в условиях атмосферы низкой агрессивности. Гидроксиды, образующиеся-по-схемам реакций» (2.1) - (2.4), в определенных условиях влажности могут взаимно реагировать и образовывать гидромагнетит: Fe{OH)2 + 2Fe{OH\ - Fe30AnH20, п 4, (2.5) Fe{OH)2 + 2FeOOH - Fe304 + 2H20. (2.6) Гидромагнетит на воздухе окисляется по схеме 2Fe04nH20 + 02-+6FeOOH + H20, п = 4. (2.7) При этом кристаллизуется а - FeOOH. Кроме указанной схемы реакции гётит может кристаллизоваться по схеме Fe(OH\ -» FeOOH + Н20. (2.8) Реакция (2.6) легко протекает с лепидокрокитом, при этом образуется магнетит высокой степени кристалличности. Эта реакция является типичной в условиях подпленочной коррозии железа, когда окраска выполнена по ржавой поверхности.
Таким образом, при достаточном доступе кислорода и при отсутствии активных стимуляторов коррозии в атмосферных условиях кристаллизуются только а- и y-FeOOH.
Присутствие стимуляторов коррозии изменяет рН в слое ржавчины, а также кинетику реакций образования и кристаллизации соединений, обычных для малоагрессивных атмосферных условий.
Как уже было отмечено, сульфат-ионы (воздействие сернистого ангидрида) тормозят окисление железа (II), что способствует кристаллизации магнетита. Так испытания образцов в городах и на химических предприятиях, где атмосфера загрязнена сернистым газом, в ржавчине часто обнаруживается магнетит, а содержание лепидокрокита {у -FeOOH) значительно меньше, чем в атмосфере сельской местности, что соответствует схеме реакции (2.6).
Исходным материалом для образования ржавчины служат ионы железа (II), которые генерируются в процессе первичного акта ионизации металла. Дальнейшие превращения этих ионов связаны с окислением до валентности (III) преимущественно кислородом воздуха. Если скорость коррозии невысока (в неагрессивной атмосфере) и слой продуктов неплотен, то окисление протекает без особых затруднений.
Скорость генерации ионов железа(П), или скорость коррозии, определяется степенью агрессивности атмосферы, т. е. совокупностью климатических и химических факторов, которые воздействуют на металл. В зависимости от сочетания этих факторов скорость процесса коррозии может уменьшаться или повышаться в десятки раз.
При высокой влажности воздуха по схемам реакций (2.5) и (2.7) в конечном счете образуется а - FeOOH, тогда как при пониженной влажности цепь реакций останавливается после образования магнетита (схема реакции (2.6)). В результате такой сложной зависимости химических реакций от внешних факторов ржавчина в атмосфере средней и высокой агрессивности многослойна.
Исследование изменения цветовых свойств ржавчины необходимы нам с целью определения возможности использования данного параметра в качестве диагностического при проведении неразрушающего контроля состояния металлоконструкций.
Нами были рассмотрены хемосорбционные процессы на поверхности материала, подверженного коррозии. Согласно [44, 90] известна динамика развития слоя ржавчины сталей (малоуглеродистых и низколегированных).
Рассматривались процессы образования ржавчины в условиях I-VI и дополнительные случаи экспозиции согласно [50] при конденсации на поверхности металла влаги или при выпадении осадков.
Математические модели атмосферной коррозии сталей
При оценке коррозионного поведения сталей (особенно низколегированных) значение массового показателя коррозии не всегда позволяет характеризовать противокоррозионную стойкость сплава (в условиях средне- и высокоагрессивных атмосфер). Для этих случаев важным показателем является глубина локального проникновения коррозии, измеряющаяся в микронах или миллиметрах в год, представляющая собой среднюю глубину коррозионных язв, в данном рассматриваемом случае - питтингов.
В работах [43, 71, 73] были проведены исследования питтинговой коррозии малоуглеродистых и низколегированных сталей. Целью данных испытаний было определение коэффициента питтингобразования - того, во сколько раз больше глубина проникновения локальной точечной коррозии (питтинга) больше глубинного показателя равномерной коррозии. Итак, на коррозионно-климатических станциях были проведены испытания пластинчатых образцов толщиной 3 мм, на открытых площадках в атмосферных условиях. Одна станция располагалась на Панамском перешейке (Б) в 8 км от кромки океана, другая - на берегу Тихого океана (Т). Обработка поверхности образцов производилась согласно [36]. Результаты испытаний сведены в табл. 2.11.
Средняя глубина питтинговой коррозии сталей, экспонируемых в атмосферных тропических условиях Сталь Условия экспозиции Средняя скорость коррозии, мм/год Средняя глубинапиттинга, мм Коэффициент пит-тингообразования(АГпт) год 8 лет 16лет 1 год 8 лет 16лет 1 год 8 лет 16лет СтЗ Т 0,063 0,032 0,025 0,279 0,861 1,3 4,4 3,4 3,3 Б 0,035 0,021 0,018 0,125 0,435 0,558 3,6 2,6 1,9 10ХСНД Т 0,043 0,016 0,013 0,254 0,435 0,665 5,9 3,4 3,2 Б 0,025 0,009 0,007 0,125 0,254 0,435 5 3,5 3,9 Также в [73] были проведены испытания стальных образцов в условиях экспозиции промышленной (П) и морской (М) атмосфер. Результаты испытаний сведены в табл. 2.12. Таблица 2.12 Средняя глубина питтинговой коррозии сталей, экспонируемых в атмосферных условиях промышленной и морской сред Сталь Условия экспозиции Средняя скорость коррозии, мм/год Средняя глубина питтинга, мм Коэффициент пит-тингообразования(Кпт) год 5 лет 9 лет 1 год 5 лет 9 лет 1 год 5 лет 9 лет 10ХСНД п 0,041 0,012 0,009 0,217 0,272 0,295 5,3 4,4 3,8 М 0,033 0,016 0,014 0,165 0,29 0,438 5,0 3,6 3,6 15ХСНД П 0,041 0,012 0,009 0,203 0,32 0,325 4,9 5,3 4,2 м 0,031 0,013 0,010 0,127 0,268 0,335 4Д 4,0 3,7 Глубину проникновения питтинговой коррозии определяли путем измерения механическим индикатором с передвижным игольчатым щупом расстояния между плоскостью устья и дном питтинга после удаления продуктов коррозии в случаях, когда размеры питтинга позволяли осуществлять свободное проникновение игольчатого щупа к его дну. Другой метод измерений заключался в микроскопическом измерении расстояния между плоскостью устья и дном питтинга, после удаления продуктов коррозии (метод двойной фокусировки). При этом учитывались питтинги с поперечником устья не менее 10 мкм, а суммарная площадь ра-бочей поверхности была более 0,005 м [36].
Среднюю глубину проникновения питтинговой коррозии определяли расчетным путем как среднеарифметическое значение результатов не менее 20 измерений питтингов.
Из анализа данных таблиц 2.11-2.12 видно, что значение Ки зависит от общей противокоррозионной стойкости сплавов и от склонности стали к питтингообра-зованию. Так, для малоуглеродистых сталей (СтЗ), корродирующих сильно, но равномерно, он будет меньше, чем для низколегированных сталей (10ХСНД), корродирующих с меньшей скоростью, но зато не слишком равномерно.
Таким образом, коэффициент питтингообразования является показателем степени равномерности коррозии.
В качестве меры по повышению коррозионной стойкости сплавов в условиях протекания атмосферной коррозионного (под тонкими пленками электролита), применяют метод легирования. Важно отметить, что стойкость сплавов во многом зависит от состава продуктов коррозии [4, 50, 58, 83, 90]. Изменение состава и структуры продуктов коррозии можно менять степень увлажнения металла и длительность пребывания электролита на его поверхности. Кроме того, в тонких слоях электролита, вследствие быстрого насыщения их продуктами коррозии, последние отлагаются непосредственно на поверхности, играя важную роль в определении скорости процесса.
Железо и сплавы, в которых концентрация легирующих элементов невелика (малоуглеродистые стали), следует признать неустойчивыми в любой атмосфере за исключением очень сухих, не содержащих промышленных загрязнений. Эти сплавы не рекомендуется эксплуатировать в атмосфере наружного воздуха, а также и в закрытых помещениях, без дополнительных средств защиты [24, 86].
Интерес к низколегированным сталям обусловлен, с одной стороны, их повышенной химической стойкостью и с другой - повышенными механическими свойствами. Обширные исследования поведения малоуглеродистых и низколегированных сталей в промышленной атмосфере были выполнены в работах [71, 101, 102].
Испытания образцов различных марок сталей проводились в естественных условиях, при переменном погружении и во влажной камере под водяными каплями сильно аэрированного электролита. В результате была обнаружена определенная зависимость скорости коррозии от состава металла. Так было показано, что коррозионная стойкость стали резко возрастает при введении в сплав даже незначительных количеств легирующих элементов, примерно в 2-3 раза. Также было отмечено, что низколегированные стали ведут себя лучше, чем малоуглеродистые, и в условиях, когда на их поверхности нанесены лакокрасочные покрытия.
В рамках данного исследования приведем результаты испытаний [71] эталонных образцов изготовленных из малоуглеродистых сталей СтЗкп и СтЗпс, а также низколегированных сталей 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД и 15ХСНД.
По результатам испытания эталонных образцов можно сделать заключение, что скорость атмосферной коррозии малоуглеродистых сталей слабо зависит от их состава и определяется главным образом температурно-влажностными и аэрохимическими характеритиками атмосферы. Так согласно табл. 2.13 видно, что коррозионная стойкость сталей СтЗкп и СтЗпс сопоставима, а разница составила всего 12%.
Усовершенствование мероприятий по защите металлоконструкций главных балок мостовых кранов от коррозии
Деление водных пленок на две упомянутые группы обусловливается различием их физико-химических свойств: поверхностная и объемная электропроводимость воды в адсорбированном состоянии ниже, чем в объемной фазе; температура фазовых переходов воды в адсорбированном состоянии ниже, чем в объемной фазе. Установлено, что при температурах до -20 С на поверхности твердых тел существует квазижидкая пленка воды; растворение газов в адсорбционной пленке воды становится заметным только с определенных толщин, например, сернистый газ начинает заметно растворяться только при наличии 5...8 молекулярных слоев влаги; толщины адсорбционных слоев влаги зависят не только от относительной влажности, но и от температуры воздуха, и, как правило, имеют максимум в области, близкой к нулевой температуре.
Область перехода к фазовым пленкам характеризуется толщинами 10... 102 нм. При допущении, что скорость коррозии металла под адсорбционными пленками влаги - линейная функция концентрации загрязнения в атмосфере, выражение принимает следующий вид: 8 = fc+aCh+ ;v (зл) где а - коэффициент, характеризующий влияние загрязнения (сернистый газ или аэрозоль хлорида) на коррозионный процесс (для СтЗ, а = 75); С — концентрация загрязнения атмосферы; тф суммарное время за год увлажнения поверхности жидко-фазными и смешанными осадками в виде дождя, мокрого снега и росы; та - суммарное время за год за вычетом Тф, в течение которого относительная влажность превышает 80%; Va, Уф - соответственно скорость коррозии металлов под адсорбционной и фазовой пленками без загрязнений.
При эксплуатации техники в отапливаемых помещениях тф = 0, поэтому выражение (ЗЛО) упрощается: b = (Va+aC)za. (ЗЛІ)
Следует отметить, что на модели (3.7) основана методика расчета коррозионных потерь материала по ГОСТ 9.040-74. Ключевыми значениями в данной модели является продолжительность увлажнения поверхности пленками влаги. Но учитывая вероятностный характер атмосферных процессов, глобальное потепление и изменение климата на Земле, расчет по данной методике будет сильно затруднен из-за высокой трудоемкости, необходимой для определения та, Тф. Кроме того, время увлажнения элементов металлоконструкции во многом будет зависеть от ее конструктивного исполнения (обтекаемости сечения) и положения в пространстве [31, 39, 72]. А данный факт никак не отмечен в модели (ЗЛО).
На основании натурных обследований металлоконструкций (изготовленных из малоуглеродистых и низколегированных бесфосфористых сталей) промышленных зданий, эксплуатируемых в различных по степени агрессивности средах, и статистических данных было установлено [37], что коррозионный износ удовлетворительно описывается показательной функцией: П = Ахп, (3.12) где П - коррозионные потери, мм; Ann — постоянные параметры. Показатель степени п во всех исследованных средах для конструкций из стали СтЗ близок к 1/3, а коэффициент А возрастает от 0,08 (слабоагрессивная среда) до 0,45 (сильноагрессивная среда). Учитывая эту закономерность, а также такие факторы, как вероятностный характер коррозии и неравномерность разрушения по периметру сечения элементов, можно прогнозировать изменение несущей способности металлоконструкций в процессе эксплуатации, что особенно необходимо при реконструкции действующих машин и оценке их пригодности к дальнейшей эксплуатации.
Данная модель наиболее точно описывает реальную кинетику коррозионных процессов (рис. 3.2). Однако в данной модели невозможно проследить влияние конкретного аэрохимического фактора агрессивной среды (относительной влажности воздуха и концентрации агрессивными газами) на кинетику процесса. Что и ограничивает область применения данной модели для коррозионного состояния только оп 77 ределенного, обследуемого ранее, типа конструкций, т. е. данная модель не универсальна, в отличие от трех вышеприведенных.
Поскольку модель (3.12) эмпирическая, то следует отметить также и тот факт, что для определения текущего состояния металлоконструкции необходимо наличие в некоей базе данных значений коэффициентов Лип, т.е. строго определенный тип металлоконструкции должен быть предварительно обследован в строго определенных (частных) атмосферных условиях, иначе произвести вычисление будет невозможно. Такой подход к прогнозированию коррозионных потерь назовем индуктивным, где заключение по текущему состоянию любой металлоконструкций делается на основании частных опытов.
