Коррозионное растрескивание

Коррозионное растрескивание не связано с общей кор­розионной стойкостью металла, например, углеродистые и малоуг­леродистые стали практически не корродируют в щелочных средах, но в то же время они подвержены коррозионному растрескиванию, называемому в этом случае щелочной хрупкостью.

Коррозионное растрескивание происходит в щелочных и кислых средах и носит в основном межкристаллитный характер. Характерной чертой кор­розионного растрескивания является то, что разрушение стали происходит без заметных пластических деформаций и может про­изойти внезапно.

Как при кратковременном действии статической нагрузки и катодной поляризации, так и при длительном действии статической растягивающей нагрузки в щелочных и сероводородсодержащих средах причиной потери пластичности стали является действие во­дорода. Катодная поляризация от внешнего источника тока предо­храняет от развития коррозии (анодного растворения), но при до­статочно высоких напряжениях (близких к пределу текучести) мо­жет вызвать потерю пластичности из-за наводороживания стали. Анодная поляризация от внешнего источника тока, усиливая об­щую равномерную коррозию, предохраняет в то же время от наводороживания и хрупкого разрушения в некоторых видах актив­ных сред (например, от щелочной хрупкости).

Водород относится к числу наиболее сильных сорбционно-ак­тивных сред по отношению к металлам и сплавам.

По механизму взаимодействия водорода с металлом следует выделить два различных, но взаимосвязанных процесса: адсорб­ция - молекулярное взаимодействие водорода с поверхностью ме­талла, приводящее к образованию насыщенного слоя водорода на границе раздела газ - металл, и абсорбция - растворение водоро­да в массе металла.

• Распределение свободной энергии по поверхности металла - неравномерное. Всегда имеются участки с различным уровнем сво­бодной энергии или энергии связи с молекулами адсорбированно­го газа. Активные центры адсорбции, как правило, соответствуют мостам нарушений кристаллической структуры поверхности металла и их число, а, следовательно, активность всей поверхности будет зависеть от состояния или метода обработки поверхности. Наибо­лее высокой активностью обладают вновь образованные, не успев­шие окислиться поверхности.

• Процесс растворения водорода в металлах сопровождается процессом диссоциации молекул водорода на атомы, так как в мо­лекулярном состоянии водород не растворяется в металлах. Про­цесс диссоциации является необходимым условием для образова­ния раствора водорода в кристаллах металла.

• Процесс диссоциации молекул водорода на атомы может проис­ходить в газовой среде при высоких температурах (термическая диссоциация) или в поверхностном слое металла за счет энергии адсорбции; кроме того на поверхности металла могут образовы­ваться атомы водорода в процессе химических реакций, адсорби­роваться и переходить в металлический раствор.

Диффузия водорода в металл может происходить при:

• Химические реакции возникают, например, при сварке метал­лов,

• При низких температурах в процессе травления металла в кислот­ных средах

• Металлы могут насыщаться водородом при электролизе на ка­тоде

• Интенсивное поглощение металлом водорода происходит при эк­сплуатации оборудования в обводненных сероводородсодержащих средах.

Водород обладает большой склонностью к диффузии в твердых телах. Особенно большой подвижностью он обладает в металлах, что объясняется его малыми размерами и строением атома. При­нято считать, что водород в металлических растворах находится в виде протона, чем и обусловливается его большая подвижность. Растворяясь в кристаллической решетке стали, атомы водорода отдают свои электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (протоны). Ионы водорода диффундируют в кристаллической решетке стали с высокой скоростью. Встречая на своем пути какие-либо дефекты (микропустоты, трещины, раковины, дислокации и т. п.), они выходят из кристаллической решетки и, молизуясь, создают в объеме микродефекта большое внутреннее давление до 4,0 тыс. МПа и выше, что вызывает деформирование кристалли­ческой решетки металла и приводит к потере вязкости, т. е. воз­никает водородная хрупкость.

Увеличение количества нарушений в структуре металла в про­цессе пластических деформаций увеличивает локализацию в них водорода, в результате чего может возникнуть торможение плас­тической деформации, а следовательно, создаются условия для хрупкого разрушения.