Влияние термообработки сталей марки 09Г2С и 09Г2СШ на их структуру и физико-химические свойства в морской воде тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи

ШАРИФОВ ЗАХИД ЗИЯТХАН оглы

ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛЕЙ МАРКИ 09Г2С И 09Г2СШ НА ИХ СТРУКТУРУ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В МОРСКОЙ ВОДЕ

Специальность 02.00.04—физическая химия

05.17.14—химическое сопротивление материалов и защита от коррозии.

А В ТОРЕ Ф Г. Р А Г

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

БАКУ — 1992

Работа выполнена в Азербайджанском Техническом --Университете.

Научные руководители: —доктор технических наук, профессор Иманов X. И. —кандидат химических наук, доцент Ширинов Т. И.

Официальные оппоненты: —доктор технических паук, профессор Мустафазаде Ф. М. —кандидат химических наук Тагпров Г. М.

Ведущая организация: ГосНИПИ <-ШПРОЛЮРИЕФТЕ-ГАЗ», сектор металлопокрытий отдела научно-ксследователь-ских и экспериментальных работ.

Защита диссертации состоится .х? I г.

в . * часов на заседании Специализированного совета Д 004..08.01 в Институте неорганической и физической химии АН Азербайджанской Республики по адресу: 370143, Баку-143, проспект Азизбекова, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНФХ АН Азербайджанской Республики.

Автореферат разослан „ _"

1992

Ученый секретарь * /|

Специализированного совета, п // /— доктор химических наук ¿Ш!/¿№4 АЛИЕВ О. М.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАНЛК

Актуальность проблемы. Разработка морских нефтяных месторождений требует применения стальных глубоководных сварных платйюр.п 'В последние годы для этой цели стали 09Г2С и 09Г2С1Г находят все более широкое применение.

Однако, при выборе материала для конструирования того или другого сооружения для работы в морской воле часто учитывают лишь коррозионные потери металла, которые возникают вследствие развития про» цессов оби,ей, т.е. равномерной коррозии, шеюее.1, как правило, незначительную величину. Для практики такая оценка недостаточна. Она ысхвт привести к серьезны» ошибкам, так как не учитывает возможности появления сосредоточенно"! локальной коррозии. Практически же всегда причиной быстрого выхода из строя сооружений являются локальные коррозионные поражения материала, скорость которых в десятки раз выше скорости равномерной коррозии.

Глубоководные порете основания в основном изготовляются из горячекатанного толстолистового проката путем исследования различных способов сварки, при которой листы подвергаются местному натре- , ву, в результате чего в этих местах изменяются структура и свойства материала.

Поэтому исследование влияния различных способов сварки на изменение структуры, свойства и коррозионную стойкость сварного шва. и околошовной зоны при эксплуатации глубоководных сварных оснований в условиях Каспийского моря представляло определенный интерес.

цель и задачи работы. Дель работы состояла в том, чтобы уста- . новить закономерности влияния термической обработки на изменение структуры, механических и коррозионных свойств глубоководных оснований из сталей 09Г2С и 09Г2СШ при эксплуатации их в морской воде, а также взаимосвязи между их механическими-и коррозионными свойствами. В связи с этик в работе поставлены следукнцие задачи:

- исследовать влияние термообработки на механические свойства сталей 09Г2С и 0ЭГ2СШ;

- исследовать влияние термического воздействия сварки на структуру металла сЕарного шва и установление ее связи с коррозионной стойкостью сталей в морской воде;

- исследование поверхностного состояния сварного соединения ста- -лей после коррозии в морской воде;

- изучение танетики растворения сварных соединеныЛ стали в. натурных у СЛОВ «X (Л рекой

в морской воде при лабораторных условиях;

- дать рекомендации по зашдте от коррозии сварных соединении сталей 09Г2С и 09Г2С1И при их эксплуатации в условиях Каспийского моря.

- Научная новизна. В работе впервые изучена коррозионная стойкость сварных соединений из сталей 09Г2С к 09Г2СШ в морской воде при лабораторных и натурных условиях; впервые установлены закономерности влияния термического воздействия на изменение структуры, механические и коррозионные свойства сталей 09Г2С и 09Г2СШ; впервые экспериментально установлено образование неметаллических включений .типа сульфида марганца, нитрида титана и карбидов в сварных соединениях в процессе сварки и оказание существенного влияния наличия этих включений на коррозионную стойкость изделий из сталей 09Г2С и 09Г2СШ в морской воде. •

Практическая ценность. Усташвлено. что низкое содержание'серы в стали способствует уменьшению вероятности образования вюедно-го неметаллического включения сульфида марганца в сварных соединениях; показано, что в отличие от автоматической сварки, ручная сварка больше способствует изменению структуры в направлении ухудшения механического и коррозионного свойства. ,

Исследование коррозионного и электрохимического поведения сварных соединенна из сталей 091"'2С и С9Г2СШ в морской воде способствовало -выявлению, оптшаяьного технологического режима сварки и терлическол обработки после сварки, а также заицте стали от коррозии в морской воде с помощью протектора.

Апробация работы. Результаты работы доложены на научном семи-■ наре ка-Ъедры "Технология конструкционных материалов,, порошковое материаловедение и коррозия" в Азербайджанском Техническом Университете (Баку, 1989), на республиканской научно-технической конференции, Аз.ИНШЕЖ! (Баку, 1990),

Республиканской научной конференции аспирантов вузов Азербайджана, АПИ им.Ахундова и ЕГУ (1950, 1991).

Публикации. По тепе диссертации опубликовано 8 ньу'чннх работ. . . '

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из^введения, четырех глав, выводов, списка'литературы, приложений. Содержание диссертации изложено на 162 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 12 т'аблнц, список использованной

литературы включает 124 наименовали;! работ отечественных и зарубежных авторов.

СОД5РЙАНИЕ "ДИССЕРТАЦИИ

Бо введении указывается важность решения вопроса слияния термообработки на структуру к коррозионносто;;кость сталеЛ С9Г2С и 09Г2СШ, рекомендуемых для изготовления глубоководных морских соо-рутенкЛ. Сфор-улирована цель работы.

Б порэо.'; гладе приведены литературные данные, опубликованные з области морской коррозии сталей различных марок. ¡1ан анализ литературных данных о взаимосвязи структуры, механических п коррозион-ю-электрохиг.ических свойств стале,'; в иорскол воде. Ссобое >.:есто зредн них уделялось низколегированным сталям. Обсукдены имеюь,иеся данные об изменении структуры и коррозионной стойкости сварных ¡оединений.

Во второй главе описываются использованные в работе методы ¡сследования.

Объектом исследования служим свар кие соединения из сталеЯ »9Г2С и 09Г2СШ. Чзготовление стали 09Г2С осуществлялось кз непре-щзнолитых слябов, а стали 09Г2С£ из слитков после злектрошлаково-о переплава.

Сзарнке соединения получены путем автоматической и ручной элек-родуговой сварки. Автоматическая сварка выполнилась с использовэ-ием сварочной пров.локи Св ОЗхМ и плюса ЛН-47. Ручная сварка про-зводилась электрода;/)} У г; Г 12-15. При механическом испытании изу- ■ эны прочностные и пластические свойства при статическом нлгруже-;ш на растяжение, сопротивление хрупкому разрушению по результа-ам испытали.! на .ударны'; изгиб и ударную вязкость. Образцы были вызваны из сварных соединений (сварка ручная и автоматическая), .•зли круглое сечение ми. Для исследования изменения механиче-<ого своЛства образцов под действием коррозии использовалась маша 5иР6Р.Ь .

При исследовании коррозионно-электрояшичесного поведения евзр-IX соединений эксперименты проводились з лабораторных и натурных :ловиях в морской виде. При лабораторных условиях опыты проводить в леременша-обейся корской воде (V «0,75*1 ч/сек).

Дня решения пэстпвлзнмшс г ргботе агдвч ислользов-эли таюке вдт.;из метода: I) гравиметрически.!; ^ремтепплектронная спек-пстш и рчочрзадя си?ктроскопи) ; :ТС); 3) электо-

ишическиЛ (снлгке поляризационных кривых при потэнциостатическом и потендннышческом режимах напотенциостате 5827!.:). Потенциоста-тические кргвые сняты при 20°С.

В третьей главе приводятся результаты исследования и дается их обсуждение.

При исследовании механических свойств сталей 0ЭГ2С и 09Г2СШ и их сварных соединенна были определены прочность, предел текучести и ударная вязк.сть. Установлено, что мекслмйпьнш прочностным свойством обладает сталь марки 0ЭГ2СШ. Термообработка обечаек по технологии Бакинского завода стационарных глубоководных оснований для снятия остаточных сварочных капр«:ешЦ (температура отпуска

600°С) для стали 0ЭГ2С11 снизила прочностные свойства на 100 Una по сравнению с ластовый прокатом.

Результаты испытания образцов, вырезанных в Н -направлении, отличаются значительным разбросом данных. обусловлено тем, что наличие а рабочей сечении образца треи,иноподобного деффекта в вице несплоцийсти приводит -к резкому снижению .прочностных характеристик и пластичности за счет чувствительности стали к трепне, особенно, при уменьшении номинального сечения.

' Результаты исследования -механических свойств сварных соединений показали, что пластические свойства сварных* соединений в целом находятся на достаточно удовлетворительном уровне, при этом пред-, почтение следует отдать пласкичеекш свэлстваи металла шва, выполненного электродами УОШ-13/55 для стали 09Г2СШ при ручной сварке.

В результате проведенного анализа химического состава металла сварного соединения, выполненного электродами марки G3C-I8, установлено, что содержание ць.рганца в нем (1,0:5) находится на верхнем пределе, а содерааше углерода (0,17^) .более, чем в 1,5 раза превышает предельно допустимую норну (С40,1Ю. Этим следует объяснить высокие значения характеристик прочностных свойств металла шва, что отрицательно может сказаться на треидаостаЛкости соединения в целом. • .

При испытании образцов, вырезанных из сварного соединения после ручной сварки и подвергнутых коррозионному разрушению на изгиб, было показано, что все испытанные образцы допускают угол изгиба 30-35°. Однако, разрувение образцов в зависимости от их состояния и от условия погружения в морскую воду, происходит при различных нагрузках, а именно до коррозионного разрушения 3840 кгс, после коррозии при полном погружении 3622 Кгс, а в зоне периодического смачивания 3150 Кгс.

С целью устранения вышеуказанных недостатков предложено при термообработке сварных соединений для сю тля остаточных сварочных' напряжении необходимо уменьшить время пребывания металла прг повы--шенных температурах. Длительность отпуска необходимо сократить до I часа при повыиенлк температуры отпуска 'до 630° - 20еС. Кроне того, желательно увеличение скорости охлаждения металла до 160°С/час в диапазоне температур бЗЭ-300эС.

При изучении коррозионного пэгедошш евзряих соединен:,! из сталей 09Г2С и 09Г2СШ б морской воде установлено, что катодные по-тенциодинамические кривые различных участков из зон сварного соединения из сталей в морской воде характеризуются двумя участками: кинетическими и смеиаино-диффузконно-кинетическими. На кинетических участках потенциалов процесс деполяризации кислорода и ионизации металла характеризуется наклоном тафелеВских кривых вк = 150 мВ, ва = 60 кЗ соответственно. Характер катодных и анодных кривых в ручном и автоматическом режиме сварки для обеих сталей почти одинаковый. Однако в случае ручной СБарки скорость анодного растворения стали и скорость катодной деполяризации кислорода во ссех потенциалах больше, чем в регшме автоматической сварки, 3 отличие от основного металла и сварного шва в обоих случаях режима сварки катодные и анодные поляризационные кривые на околоиовноЛ зоне совпадают, хотя оба процесса ускоряются. Таким образом, менее корро-зионностойкой оказывается околошовная зона сварки. Это связано с ■значительным изменением структуры и фазового состава околошовной зоны сварного соединения при сварке.

Структура исследуемых сталей зависит прежде всего от концентрации углерода, кремния, а также марганца и серы. Указанные химические элементы по влиянию на структуру разделяются на аустенизаторы, сульЛидообразуюЕие и карбидообразуюаде. Наиболее сильным аустениза-тором в сталях является углерод. Наибольшим окислообразукжим является кремний, ларганец прл высоких температурах склонен образовывать сульфидные соединения.

Зоны термического воздействия после сварки разделяются на три участка: а) основной металл- зона, отделенная от сварного шва, на которую термическое воздействие да оказывает существенное влияние на изменение структуры; б) околошовная зона - участок, который находится вблизи сварного шва; в) сварной ков.

■ При сварке стали в зонах, нагревающихся до температуры, превышающей "критическую", происходят структурные изменения. Такое^ воздействие температур! оказывает большое вли. н/.г на изменение струк-

Г

тур и фазового состава икеннэ в околошовноЛ гике. Поотсму эта зона является более неоднородно,! н менее коррозионностоЛкой.

. Коррози/ к-ксыошинол золи распространяется по границам зерен в результате растворении ¡.збиточкых фаз, содеркаи-их повышенное количество кремния, марганца по сравнению с исходным материалом. Отрицательное влияние ьп.рганца на коррозионную стойкость вызвано образованием сульфидных соединений марганца в стали. В этом случае количество серы в стали «грает большую роль. Потопу сталь 09Г2С11!, имеющая низкое количество сери, коллеге/: более коррозионностоЛкой, чем сталь 09Г2С с плшшекнэл концентрацией серы.

Указанные зоны после сварки имеют различную структур/ по сравнению с исходный материалом.

Исследование зависимости скорости коррозии подвергнутых ручной сварке сталеЛ С9Г£С и 05Г2Ск от времена в перемериваемой морской воде показало, что при всех периодах продолжительное™ опита скорость коррозии располагается в ряду ^ц^-^о.и.з.' ко и. " СК0Р°7

сть коррозии основного металла; Кщ - скорость коррозии сварного шва; К0 ш 3 - скорость коррозии околошавиол зоны (рис.1). Такая закономерность наблюдается и после применения автоматической сварки.

Показано, что процесс коррозии сварных соединений исследованных сталей развивается за счет электрохимической неоднородности. Такая неоднородность наблюдается как в микро-, .так и какромасшта-бьх. Б таких реальных многоэде.ктродных системах, как сварные соединения, значения потенциалов разных участков металла отличаются, что соответствует различны.! стадиям окислительно-восстановительных процессов. Замеры стационарных потенциалов зон сварных соединешы показали, что их значений отличаются н пределах 10*12 мВ.

Для выявления возможности образования различных 4аз после сварки сталей 09Г2С и 0ЭП2СШ,.. которые придают им электрохимическую не-

• однородность на участках.зоны термического блшпшп в настоящей работе были использованы методы электронной микроскопии, рентгенозлйк-троиной спектроскопии с -излучением. С этой целью изготовлены образцы из сталей 09Г2С и 09Г2СШу подвергавшихся ручной и автоматической сварке.

. Рентгеноструктурный микроанализ участков с включениями для околошовной зоны сварного соединения стали 09Г2С после ручной сварки представлен на рис.2. Спектр участков стали дает основание высказать предположение, что выпадение фаз сульфидов марганца и нитридов титана обусловлено термическим воздействием на стали при свар-

• ке, поскольку в исходных образцах стали такие включения не были обнаружены.

Обнаружили, что поверхностнее слои всех образцов сталей 09Г2С и ОЗГ2СШ после сварки окислены, к состав оксидных пленок, Формирующихся в различных зонах сварного шва на обеих сталях, соответствует оксиду железа типа . Анализ полученных данных показывает, что в качестве примесей в' состав поверхностных оксидных пленок на основе яелеза входят магний и углерод. Глубина их не превышает 10-20 нм, что позволяет отнести их к продуктам/ попавши: на ■ поверхность из атмосферы и в результате процесса сварки*

После коррозионного испытания в морской воде в течение 10 суток изучена толщина коррозионных продуктов." Результаты показали, что наиболее сильному окислению подвергается околошовная зона (табл.1). Характеризуя микроструктуры оксидных плёнок, сформировавшихся на участках сварных соединений, можно предположить, что все пленки толщиной до 70 ни являются довольно гладкими. С другой стороны, на поверхности стали С9Г2С в околошовной зоне пленка наиболее толстая, поверхность ее оформлена микроструктурой в йюрме разориентированных двухгранных призи, имеющих поры.'

Таблица I

Толщина оксидных пленок на вше и околзгаовноЗ зоне после ручной и автоматической сварки сталей 09Г2С и 09Г2СШ

Марка стали Реким сварки Образцы - То льгота пленки ,

09Г2С ручная основной металл 20 нм(± 5 нм)

_тт _ шов 60 нм(— 10 ил)

_н _ околошовная зона 100 нм(±15 нм)

автоматическая шов . 40 нм(т!0 нм) '

околошовная зона 70 нм(±10 нм)

09Г2СШ ручная шов 50 нм(*10 нм).

околошовная зона 70 нм(-Ю нм)

автоматическая шов 40 нм(±10 нм)

околошовная иона 60 нм(-10 нм)

Установлено, что микроструктура сталей 09Г2С и 09Г2СШ даже до процесса сварки характеризуется умеренной загрязненностью неметаллическими включениями типа пластинчатых сульфидов и строчечных

оксидов. Микроструктура стали ферритно-перлитная.

Установлено, что на участках зоны термического влияния' по граница!.! зорен расположены сульфиды марганца и нитриды титана, яв-лккушся основной причиной появления и развития локальной коррозии. Характер разрушения поверхности покалывает, что значения потенциалов самого зерна и границ его, в которых существуют указанные сЬазы различаются.' В начальны.! момент коррозионному разрушению подвергаются непосредственно границы зерен в силу своей электрохимической активности. В образовавшихся углублениях происходит накопление про- , дуктов коррозии в ниде ионов яелеза, марганца и ускорение растравливания грашш из-за облегчения катодного процесса. По мере накопления продуктов коррозии потенциал границ смекается в положительную сторону и в некоторый момент становится более положительным, чем потенциал'участков, прилегающих непосредственно к границам зерен. В этой случае работа локальных ггльваноэлемент'ов на границе зерна способствует разрушению уже не границ зерен, а лишь участков, прилегающих к ним. -.'.- -

Данные о скоростях коррозии при Полном и неполном погружении в морскую воду сварных соединений из сталей 09Г2С и 09Г2СШ показали,' что значения скоростей коррозии зоны сварных соединений независимо от режима сварки располагаются так, как било установлено в ла-боргторных условиях Кцдз^ К0>ш>3>). Однако, при одинкаовь.х

условиях в соответствуют« зонах сварного соединения коррозионная стойкость после автоматической сварки больше, чем после ручной сварки (табл.2,3).

Визуальный осмотр показал, что все образцы независимо от режима и зоны сварки подвергаются питтинговой и язвенной коррозии. При .этом указанные виды коррозии на образцах ¿ильно развивались при неполном погружении их в морскую воду., .

Топография Локального растворения сталей 09Г2С и 09Г2СШ в морской воде показала, что образцы, изготовленные из околошовной зоны сварного соединения > оказываются наиболее подверженными локальному вида коррозии.

Более коррозионностойким является основной металл. При этом зона сварного шва по своей коррозионной стойкости занимает промену-точное положение. .

Характер соприкосновения сварных соединений с морской водой оказывает большое влияние на.скорость .коррозии^ Сильное развитие коррозионного процесса образцов при неполном погружении в морскую воду наблюдается несколько-выше-уровня"ватерлинии в зоне капилляр-

Таблица 2

Скорость коррозии в зонах сварного соединения стали 09Г2С в морской воде,•г/м^.час

Вид сварки Вид погружения в морскую воду

Зона сварки

Основной

металл

Ручная Полное погружение 0,043

сварка

_и _ Неполное погружение 0,141

Автомати-

ческая Полное погружение 0,035

сварка

Неполное погружение 0,125

Шов

Околошовная зона

0,0£2 0,214 0,057 0,143

0,Ю1 0,253 0,166 0,230

. Таблица 3

Скорость коррозии в зонах сварного соединения стали 09Г2СШ в морской воде, г/м^час

Вид сварки морскую воду 'Основной металл Шов Околокоз-нал зона

Ручная сварка Полное погружение 0,052 0,074 0,084

_ тт _ Неполное погружение 0,123 0,206 0,226

Автоматическая сварка Полное погружение 0,024 0,053 0,116

_ 11 _ Неполное погружение С,ИЗ 0,134 0,212

ного поднятия воды. Анализ полученных данных показывает, что участки максимальной коррозии находится в зоне наиболее частого орошения поверхности при набегании волн, на врежем уровне прилива или обрызгивания.

В этих условиях одновременно действует несколько ускоряющих факторов: достаточное и периодически часто возобновляемое увлажнение поверхности, максимально возможные скорости дифбузии кислорода через тонкие слои влаги, и одетое механическое действие прибойных волн, непрерывно разрушавших слои продуктов коррозии, которые после некоторого утолгценкя могли бы оказать частичное защитное дейст-

вне.

Понижение коррозии при полно:-; пэгрудзнии на глубину 2,5-3 мер- . ра объясаяетсд затруднением доставки кислорода.на поверхность металла.

Получе1шые данные о глубине питтингов в зонаос сварных соединений с помощью электронного микроскопа показали, что при продолжительности испытания 6-месяцев наиболее корродирующей становится околошовная зона. 3 случае, когда все зоны сварного соединения составляют одно целое, скорость коррозии основного металла и сварного шва тормозится (табл.4). При этом зоны сварки работают как макро-, так и микрогалььанкческие элементы.

Тенденция развития локальной коррозии в морской воде сохраняется и в случае, когда зоны сварного соединения взята совместно и составляют одна целое, т.е. Кол,<, Кщ<. Однако при этом

процесс.коррозии основного,металла и сварного шьа тормозится по сравнению с .тем, когда зоны сварного соединение отдельно подвергаются коррозионное испытанию. Околошовная зона из целого сварного соединения, наоборот,"корродирует интенсивнее, чем в отдельности.

Анализ полученных данньк позволяет заключить, что если при испытании"отдельных зон сварных соединений процесс локальной коррозии протекает в -основной за счет микронеоднородности поверхности, то при испытании целого сварного соединения в процессе корро-, зйи превалирующая.роль прИнаддехит макронеодаородности поверхности металла. Однако это не означает, что при этом полностью исключается влиянш. »ткронеодаородности поверхности в. процессе развития

КОррОЗИН. '.

В случае коррозии отдельных участков сварного соединения, основная роль приигдленит микронеоднсродности, которая образуется за счгт выделешш частиц Чюмэталляческих включений в тьердоЯ металлической Фазе. Неиетшштегские включения в исследованных'сталях образуются за счет наличия в'ких примесей и легарукцих элементов (серы, углерода, кремния и др.

Образование .неметаллических включения в сталях 09Г2С и 09Г2СШ происходили в основном при термическом влиянии, сварки. Судя по исследованиям рвитгеномруктурного микроанализа структуры этих сталей после сварки.с количественной точки зрения неметаллических ЕклЕочениЯ можно рассматривать как значительны;! структурный компонент. С точки зрения механизма образования и разложения в структуре все эти'включения'соединенна (сульфидов", карбидов, нитридов), выделяющиеся в твердом .металле, иокно рассматривать как избыточные дисперсные фазы или дисперсные конгломераты.

Таблица 4

Глубина локальной коррозии (мм) сварных соединении из сталей 09Г2С и 09Г2СШ в морской воде. Время испытания б месяцев.

арка ' Вид Вид погру-: Зона сварного соединения

тали сварки . жешшв Основной Сварной околошов-

"„Ру^ металл шов нал зона

0,09 0,14 0,08 0,12

0,08 0,12 0,06 0,09

0,12 0,18 0,1Т 0,15

0,10 0,125

Таким образом,.если ограничиться здесь кикронеоднородностью ¡верхности, то литературные данные позволяют заключить, что для >агних сседккешй изизталлпчэскяе включения ыокно рассматривать ас наиболее активные центры питтингообразовакия. бедует в то же '„емя подчгркнуть, что эта важная закономерность локальной корро-ш отнюдь не является универсальным правилом, а наличие включений г есть, обязательное условие возникновения питтингов в морской во-,

Это вытекает уже из того факта, что питтинги возникают и на )дверга!ихся сварке сталях, относительно чистых и незначительно держащих неметаллические включения.

Следует подчеркнуть, что главным условием локальной г.ло,:.иол стивации металла является не только наличие в ней некеюяличы.кдз «шчений, а таю® присутствие в ыорскоп подо овтиыч-умцего -

9Г2С ручная , полное 0,04 0,С7

неполное 0,06 . 0,11

автомати- полное" 0,03 0,С62

ческая ' . неполное , • 0,05 ; 0,06

19Г2СШ ручная полное ' 0,03 0,06

_ 11 _ неполное 0,05 0,085

автомата- ■ полное.' • . 0,025 0,045

ческач неполное , 0,04 . 0,068

)9Г2С ручная полное- 0,02 0,34-

основной ■еталл4-тов+ 1К0Л0Ш0В--' 1вя зона). автоматическая неполное . полное • неполное 0,03 0,01 0,02 . 0,06 0,03 .0,04

»Г2СИ основной 1бталл+шов+ жолошов-¡ая зона) ручная — полное неполное . 0,015 ■ 0,01 0,02 0,015

иона. Достаточно большая концентрация хлор ионов, необходимых для

ВЫТ^^М^^ИП ПОРТТг» пнт? пяг»рит<™гп,чпт:1<э'рл ттлттп-пл пя ичгм ппшттопгчтгт

..- - —.......... •«"- — ■ ГТ •••• «V" )-» Л — (Ц^ ¿1 « и^гш

его посадки на обнажающиеся участки поверхности, способствуют развитию локальной коррозии.

Неметаллические включения в стали облегчают адсорбцию хлор-ионов на металлической поверхности за счет наличия многочисленных активных центров. Такими центрами в основном являются участки вблизи неметаллических включений, имеющих отрицательные значения потенциала. Образование питтингов под действием хлор ионов мояат происходить и на границе феррит-перлит. Вероятность образования питтингов в перлитной структуре более реальна, поскольку содержание углерода в указанной фазе гораздо больше.

Приведенные дннные несомненно показывают, что неметаллические включения могут облегчить зарождение питтингов и тем самым способст вовать питтинговой корррзии сварного соединения.

При трактовке механизма растворения сварных соединений в морской воде недостаточно учитывать только хемосорбцию хлорионов и молекул ьоды, и необходимо учитывать наличие в растворе других компонентов, способных образовывать с металлом хемосорбционные связи.

При коррозии сварного соединения в условиях протекания катодного процесса с ростом захрязненности зоны сварки питтингообразующими неметаллическими включениями число питтингов доляно возрастать, что наблюдалось при коррозионных испытаниях сварного соединения исследованных сталей. При этом-продукты растворения включений могут оказывать активирующее действие на процесс коррозии. Например, сульфид-йога, переходящие, в раствор из включений, .могут при последующей адсорбции ускорять анодный процесс растворения стали. Данные других исследователей подтвердили это явление. При этом предлагается, что начальная стадия развития питтингов у сульфидных включений обусловлена тем, что окружающая патрица загрязнена химически активными мельчайшими сульфидными частицам;-;. Растворение их приводит к достаточно высокой честной концентрации сульфкд-поно! каталитически ускоряющих анодный процесс. Такие коррозиокно-актив-ние зоны с дисперсными сульфидами вокруг крупных включений в сларны.с соединениях были обнаружены нами, но лишь в образцах, вырезанных из околошовной зоны.

Что касается обычной питтинговой коррозии, вызываемой хлор ионами морской воды, то мнение о решающей роли сульфид-ионов из ьхлючений в этом процессе трудно признать убедительным. Однако, само. идея об активирующем действии на металл сульфид-ионов, переходя-¡::; к раствор из включений, представляется правильной, особенно

если учитывать, что эти ионн могут существенно ускорять растворение металла уже при очень низких концентрациях в растворе. На основании данных, полученных нами мо.'хно предпологать, что в морской воде окисление мо:хет происходить при отрицательных потенциалах, значение которых в морской воде мо:-::ет достигать до -0,50 Б, то есть находиться в области, где возпонно анодное окисление Млй . очевидно, что присутствие сульфат ионов наряду с хлор ионами в морской воде может депассирэвать стали за счет вытеснения адсорбированного кислорода с поверхности. Появление и интенсивность этого эМюхта .могут существенно зависеть от конкурирующей ад,сорбции мекду кислородом, хлор и сульфид ионаш.

Очевидно, для выяснения истинного механизма облегчения питтин-говой коррозии у сульфидных неметаллических включений сварних соединений в морской воде требуются специальные дополнительные исследования. В то же^вреня иозшо предположить, что совместное действие активации сульфид-ионами, которае, вероятно, в небольших количествах могут находиться у неметаллических включений, обнажение непас-сивированного металла и локальное подкисление приводят- к ускоренному локальному растворению металла у неметаллических включений независимо от присутствия активирующих хлор ионов.

Обнаружили, что в отличие от неполного .погружения при полном погружении образцов их поверхность покрывается морскими водорослями. После очищения поверхности' от водорослей наблюдали неоднозначное обрастание на металле. Причем такое явление наблюдается в образцах независимо от их принадлежности к зоне сварных соединений и от марки стали. Кесплошность обрастания исследованных сварных соединений дает основание говорить о том, что коррозионный процесс будет протекать локализованно. Развитие, локальной коррозии монно связать с увеличением возможности диффузионного подхода кислорода на участках, не подвергнувшихся обрастанию. При этом на этих участках должен затрудачгься анодный процесс разъедания обросших зон."Не исключается возможность усиления бкоповрездений сварных соединений' вследствие добавочного изменения.состава воды непосредственно около обрастающих организмов, подкисления воды, выделяющейся в результате жизнедеятельности зообрастат-зяей углекислотой. .

Наличие сульфат ионов з морской воде дало основание говорить о том, что пру наличии баоповрез{ценлй стм/гули куется процесс коррозии и жизнедеятельности сульфатвосстанавлив&ацих. микроорганизмов, обусловленная восстановлением сульфата до сероводорода. Разложение микробов на катодных участках дает дополнительный аффект для усиления кислородной• деполяризации в морской воде. При этом усиливается рчэ-

рушение основных анодных участков, которыми являются границы зере: неметаллических включений, ииеюигих более отрицательный потенциал.

В четвертой главе приводятся результаты по электрохимической защите морских стационарных оснований. .

Анализ данных о коррозионной стойкости и механических свойсТ' вах сварных соединений сталей 09Г2С и 09Г2СШ показал, что без применения активной защиты невозможно применять их в качестве матери, ла конструкций для морских стационарных платформ (МСП).

Ставилась задача проверки применимости в данных условиях промышленных протекторов магниевого сплава. С этой целью в лабораторных и производственных условиях испытывался протектор типа 1.Ш. Сплав Ш1 представляет собой чётырехкомпонентную систему . Н^-Ц-Ъл- Ни . Этот промышленный протектор представляет со бой'сплошную отливку корытообразной ■формы, по оси которой расположен кон. тактный сердечник из. горячекатанной стали диаметром 16-18 мы. То' коотдача протектора довольно высокая и достигает 1580 А*ч/кг. Измерением изменения потенциала и. токоотдачи от плотности тока для протектора Ш1 в морской воде установили,' что с ростом анодной плотности тока от I до 10 А/м2 потенциал сдвигается в положительную сторону, вследствие чего увеличивается токоотдача. Режим анодной поляризации протектора соответствует плотности тока 3-7 А/м2. При таком режиме сплав протектора имеет достаточно высокие и стабильные электрохимические характеристики.

Расчетом системы протекторной защты установлено, что на неок рашенной поверхности площадь зоны залетного действия протектора 1,311 составляет ^ 80 м2. При окрашенной поверхности зона защитного действия и срок службы протектора Ш1 увеличивается в 3 и 1,3 раза соответственно.

С этой целью предлагалась следующая комбинированная защита Ш1. , '

1. Абразивная очистка.;

2. Цинкполистирольная' грунтовка - 2 слоя.

3. &;аль - 2 слоя.

4. Протекторная защита МП1*

Окраска поверхности предполагается в районе сварных швов и околошовной зоны (до 2СЙ от всей защищаемой поверхности).

При такой загните защищаемая поверхность увеличивается, от 80 до 240 м2; срок службы протектора составляет 5-8 лет.

Технико-экономическая оценка показала, что ожидаемый годовой эконспгческий эффект от внедрения комбинированной защиты одной МСП; доставляет 110 тыс.руб. Результаты подтверждены актом испытания | кп Гс1к-!1ском заводе глубоководных стационарных оснований и# по луче- '> ином а;;га вир.преняь.

-л— 1

~о—2

1.0 3>0 Рис.1.

. а)

/0%сут«« 1,0 3,0 ф

\FeKt

Ю 1,сугпми

Рис.2.

Рис.1. Зависимость скорости коррозии стали 09Г2С (а) и 09Г2СШ <б) от времени в перемешиваемой морской воде после ручной сварки (V =0,75 < I м/сек): . ■

I - околошовная зона; 2' - шов; 3 - основной металл.

Рис.2. Рентгеноструктурный микроанализ участков с включениями для околошовной зоны сварного соединекия стали 09Г2С после ручной сварки.

вывода

1. Исследовано влияние термообработки конструкционных сталей 09Г2С и 09Г2СШ на их структуру, механические и коррозионно-электро-химические свойства в морской воде в условиях эксплуатации глубоководных морских стационарных платфор.1. Установлены закономерности коррозии сталей 09Г2С и 09Г2СШ в зависимости от участков сварных соединений и от вида сварки.

2. Установлено, что пластические характеристики этих сталей в 2 - направлении хотя отличаются нестабильностью, но в определенной

мере отвечают требованиям, предъявляемым к прокату. Применение термообработки сварных соединении с целью снижения остаточных сварных напряжений уменьшает сопротивляемость материала сварного соединения к развитию усталостных трецин, сникает прочностные свойства ■ стали 09Г2С15 на 100 ¡Ша.

С целью устранения указанных недостатков предложено сокращение времени выдержки металла при повышенных температурах. Было установлено, что необходимо сократить длительность отпуска до I часа при повышении температуры до 620-20°С и увеличить скорость охлаждения металла до 10СРс/час и диапазоне температур 620±20°С.

С целью устранения существенного превышения предельно допустимой нормы содержания углерода в металле шва, отрицательно влияющего на трег^но стойкость соединения в целом,, предложено применение ручной сварки электродами марки У0НИ-13/15.

Б. Сочетанием электрохимических и гравиметрических методов исследования получены данные о скорости коррозии сталей 09Г2С и ГОГ2Сы в морской воде в лабораторных и натурных условиях. Установлено, что самому интенсивному коррозионному разрушению подвергается околошовная зона, подвергшаяся сильному термическому воздействию при сварке. При этом наблюдалось, что скорость коррозии основного металла значительно меньше, а, скорость коррозии шва занимает промежуточное полокение. В лабораторных условиях полученные данные показали, что стационарный потенциал при переходе от основного металла к шву и от гава к околошовной зоне смещается в отрицательную стсро!у приблизительно на 10-12 мВ.

4. Полученные данные позволили заключить, что установленная закономерно ать коррозии сварных соединений происходит из-за их электрохимической неоднородности. С помонэью ректгеноэлектроннон спектроскопии обкагукено наличие на поверхности сварных соединений оксид-ьт:'. пленок па основе железа, магния и углерода. Результаты локально-Г' г;>к?п'г.- ьок^гс энергодаспер-'-понного анализа выявили наличке на

сварных соединениях сталей 09Г2С и 09Г2СШ сульфидов марганца и нитридов титана. Показано, что в основном эти неметаллические соединения в сварных зонах образованы из-за термического воздействия на металл в процессе сварки.

Установлено, что микроструктура сталей до процесса сварки характеризуется умеренной загрязненностью неметаллическши включениями типа пластинчатых сульфидов и строчечных оксидов. В процессе сварки загрязненность сталей в зоне термического воздействия неметаллическими включениями увеличивается.

5. Полученные данные шести месячных коррозионных испытании в Каспийской морской воде показали, что во всех зонах сварных соединений протекает интенсивная коррозия при неполном погружении;образцов в морскую воду. Выявлено, что поверхность образцов из сварных соединений подвергается в- основном локально.'! коррозии, преимущественно в виде питтингов и язв. С помощью электронного микроскопа измерены глубины питтингов. Установлено, что неполное погружение образцов, в морскую воду и применение ручной сварки способствует

' ускорению коррозионного процесса.

6. На основе полученных результатов и анализа литературных

• данных предположено, что главным условием локальной анодной активации металла является не только наличке в нем неметаллических включений, а также присутствие в морской воде активирующих хлор ионов, которые, вытесняя пассивирующий кислород или предотвращая его посадку на поверхность способствуют развитию коррозии.

Установлено, что неметаллические включения в стали облегчают адсорбцию хлор ионов на металлическую поверхность за счет наличия многочисленных активных центров, которые находятся в основном вблизи неметаллических включений и имеют отрицательное значение потенциала. Наряду с хлорионаш предполагается последующая адсорбция на поверхности продуктов коррозии, таких, как химически активные мель. чайв:ие сульфидные частицы вследствие чего каталитически ускоряется . анодный процесс вокруг крупных включений №5 в сварных соединениях.

7. Установлено, что при полном погружении в морскую воду на поверхности сварных соединений исследованных сталей появляется биообрастание. Обрастание обнаруживается в основном на образцах из околошовной зоны, отчасти и на зоне сварного шва. •

8. Проведено испытание с. применением-протекторной защити !1СП от коррозии. На основании полученных дштшс для заветы зтих соору-кений рекомендовано применять магниевый протектор типа ГШ.

Ожидаемый годовой экономический .эффект' от внедрения протектор-

ной заняты для одного МОП с окрашенной поверхностью составляет 110 тыс. рублей.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. йманов Х.К., Шарифов 3.3., Шамиев С.Ш., Амиров С.Т., Махмудов Э.Л. О надежности листового проката для глубоководных.стационарных морских оснований.. - Тематический сб.научн.трудов АзПИ им. Ч.Ильдрыма. Баку. 1988. С.35-38.

2. Иманов Х.И., Шарифов 3.3., Амиров С.Т., Гусейнов Р.К. Исследование структуры и свойства стали для морских платформ. - Тематический сб.научн.трудов Лз.Ш им.Ч.Ильдрыма. Баку. 1989. С.'14-4?.

3. Шарифов 3.3., Амиров С.Т. Рентгеновское исследование структуры текстуры сталей для мСП.- Тематический сб.научн.трудов АзПИ им.Ч.Чльдркма. Баку. 1989. С.25-2?.

4. Ширинов Т.Н., Шарифов 3.3., Мамедова P.P. Влияние состава Сталей на их коррозию в морской вода.-Тематический сб.научн.трудов Лз.Ш им.Ч.Ильдрыма. Баку. 1989. С.31-33.

5. Шарифов 3.3. Разработка протекторной защиты от коррозии кон- ' струкций из сталей 09Г2С и 09Г2СШ в морской воде. Тезисы докл.Республ. научно-техн.конференции. Баку. Аз.ИШТЕХИМ. 1990. С.27.

6. Шарифов 3.3. Исследование коррозиошостойкости стали 09Г2С

и 09Г2СШ в морской воде. Тезисы докл. Республ.научн.конференции аспирантов вузов Азербайджана. ЛГИ им,Ахундова. 'г.Баку. 1990. С. 37.'

7. 0!арифов 3.3. Влияние анизотропии на механизм разруиения горячо-прокатанной стали марки 09Г2С и 09Г2СЫ. -Тезисы докл.Х1У республ. научн.конференции вузов Азербайджана. БГУ. 1991. С.44.

8. Иманов Х.И., Ширинов Т.И., Шарифов 3.3. Влияние неметаллических включений на коррозионное поведение сталей 09Г2С и 091201.' в морской воде. Депон. А.197 ВИНИТИ. 1991.