Введение к работе
Актуальность работы. Защита от коррозии сосудов и аппаратов, изготовленных из металла, является актуальной задачей современного машиностроения. Развитие науки о защите от коррозии идет по пути создания новых высоколегированных сталей и сплавов, применения ингибиторов, анодной и катодной защиты, использования биметаллов.
Многообразие видов коррозионного разрушения и зависимости образования их от среды и условий эксплуатации оборудования приводит к тому, что не удается найти универсальный способ защиты. Одним из самых опасных коррозионных разрушений остается питтинговая коррозия, которая поражает малые объемы (менее 0,001 %) металла, но приводит к нарушению герметичности рабочих зон.
Увеличение содержания легирующих элементов в сталях и сплавах, как правило, не приводит к эффективной защите от этого вида коррозии.
Разработка принципиально новых методов защиты от питтинговои коррозии и материалов, стойких к данному виду разрушения, является, актуальной задачей. Наряду с созданием материала необходимо решить комплексную задачу по технологии его получения и применения.
Работа была выполнена в рамках Государственного оборонного заказа НИР «Разработка научных основ получения сваркой взрывом многослойных композиционных металлических материалов для создаваемых и модернизируемых образцов вооружения, военной и специальной техники», шифр «Уведомление», по заказу Министерства обороны РФ (государственный контракт № 1385 от 22.03.2004), Федеральной целевой программы «Разработка технологий, обеспечивающих ликвидацию различных химически опасных отходов, находящихся на территории накопителей, свалок и захоронений, на основе методов сверхкритического водного окисления и пиролиза в восстановительной среде без процесса горения», шифр «Сверхкрит», по заказу Министерства промышленности и торговли РФ (государственный контракт № 94111007500.13.1007 от 23.07.2009), Госбюджетной НИР «Разработка теоретических основ новых многослойных металлических материалов повышенной коррозионной стойкости» (№ 1.16.09, номер государственной регистрации № 0120095067).
Цель работы - создание многослойного металлического материала, стойкого к питтинговои коррозии, и разработка опытно-промышленной технологии его получения.
Задачи исследований:
1. Разработать способы повышения стойкости конструкций к питтинговои коррозии путем применения многослойных металлических материалов.
2. Разработать состав многослойных металлических материалов
в зависимости от состава агрессивной среды и обосновать способ их
получения.
3. Исследовать особенности деформации крупногабаритных
многослойных листов в процессе сварки взрывом методами
компьютерного моделирования и экспериментально.
4. Изучить структуру и свойства многослойных материалов и
установить их взаимосвязь с технологическими параметрами сварки
взрывом.
5. Усовершенствовать промышленную технологию получения
многослойного крупногабаритного материала с применением сварки
взрывом.
Методы исследований. Комплекс теоретических исследований базируется на основных положениях теорий упругости и пластичности, теории коррозии металлических материалов, теории сварки взрывом, методе конечных элементов. При экспериментальных исследованиях применялись: метод микроанализа, метод реперных точек, статистическая обработка экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проводились с использованием поверенных и аттестованных средств измерений.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами теоретических и экспериментальных исследований, их сходимостью, результатами моделирования с применением метода конечных элементов, использованием результатов работы в производстве.
Научная новизна.
По специальности 05.16.09:
1. Разработан и теоретически обоснован способ повышения
коррозионной стойкости конструкций на основе применения созданных
многослойных металлических материалов.
-
Разработана методика исследования процессов деформации и структурообразования плакирующего и плакируемого листов для моделей, учитывающих и не учитывающих сопротивление сдвиговым деформациям, на основе компьютерного моделирования по программе LS DYNA.
-
Установлено, что в процессе сварки взрывом крупногабаритных заготовок многослойных материалов плакирующий лист не удлиняется, а величина деформации плакируемого листа определяется его геометрическими размерами и свойствами свариваемых материалов, а также режимом сварки.
По специальности 05.17.03:
1. Установлена взаимосвязь между электрохимическими, химическими процессами коррозии многослойных материалов и составом
среды, содержащей водные растворы солей, щелочей и кислот, которые являются и не являются окислителями.
2. Разработан метод защиты конструкционных материалов от коррозии с применением многослойных композиций, сочетающих комбинации слоев с различными электрохимическими потенциалами.
Практическая значимость:
-
Предложен способ повышения коррозионной стойкости конструкционных материалов, основанный на применении многослойных материалов, позволяющий повысить срок службы оборудования от 4 до 30 раз.
-
Предложен и обоснован выбор состава многослойных металлических материалов, которые предназначены для эксплуатации в средах, содержащих и не содержащих окислители.
3. Разработаны рекомендации и усовершенствована промышленная
технология получения сваркой взрывом многослойных металлических
материалов требуемого качества.
4. Определены области практического применения созданных
многослойных материалов, в том числе в качестве плакирующих слоев
в биметаллах взамен нержавеющих сталей.
Реализация и внедрение результатов. Результаты работы внедрены в виде усовершенствованной технологии промышленного производства крупногабаритных многослойных и биметаллических листов, получаемых сваркой взрывом на ООО НТЦ «Сварка», а также ООО «Битруб Интернэшнл» в виде рекомендаций по определению технологических параметров сварки взрывом.
На защиту выносятся:
1. Способ повышения коррозионной стойкости конструкций,
основанный на применении многослойных металлических материалов.
2. Состав многослойных металлических материалов,
предназначенных для эксплуатации в средах, содержащих и не
содержащих окислители, обеспечивающие повышение коррозионной
стойкости от 4 до 30 раз по сравнению с монометаллами, равными по
толщине многослойному материалу.
3. Результаты экспериментальных исследований по определению
максимально допустимой зоны действия протектора, а также результаты
расчета коррозионной стойкости изделий многослойного металлического
материала.
4. Результаты компьютерного моделирования процесса деформации
крупногабаритных листов при сварке взрывом с использованием метода
конечных элементов и экспериментальных исследований процесса
деформации, данных листов по методу реперных меток.
5. Усовершенствованная опытно-промышленная технология
производства сваркой взрывом многослойных металлических материалов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах и конференциях: «Композиты -в народное хозяйство» («Композит-2005») (Барнаул, 2005); III Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2005); IV и VII Всероссийских школах по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, 2006, 2009); «Shock-assisted materials synthesis and processing: science, innovations and industrial implementation»: VIII, IX, X International Symposium on Explosive Production of New Materials: Science, Technology, Business and Innovations (Moscow, 2006; Lisse 2008; Bechichi, 2010); V Международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 2006); I Международной научно-технической конференции (Пенза, 2006); «Новые перспективные материалы и технологии их получения» (НПМ-2007) (Волгоград, 2007); XIV симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2008); Международной конференции (XI Харитоновские чтения) «Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны» (Саров, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено положительное решение на изобретение (международная заявка № WO 2010/036139 А1).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и трех приложений. Работа изложена на 159 страницах основного текста, включает 42 рисунка и 12 таблиц. Список литературы содержит 156 наименований. Общий объем диссертации — 215 страниц.
