Отправить статью по E-mail 
Влияние остаточной намагниченности на коррозию стальных образцов
- Авторы: Якупов С.Н.1, Кантюков Р.Р.2, Гумаров Г.Г.1, Якупов Н.М.1
-
Учреждения:
- Институт механики и машиностроения Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”
- ООО “Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий”
- Выпуск: Том 514, № 1 (2024)
- Страницы: 46-49
- Раздел: ФИЗИКА
- URL: https://bakhtiniada.ru/2686-7400/article/view/261444
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740024010078
- EDN: https://elibrary.ru/OPDVAH
- ID: 261444
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Приводятся результаты экспериментально-теоретических исследований влияния остаточной намагниченности на коррозию стальных образцов в водной среде. Описываются алгоритмы исследования и обработки результатов. Рассмотрены три случая исходной намагниченности образцов. Установлено, что до критической намагниченности стальных образцов коррозионный износ в водной среде уменьшается, а затем начинает расти. Обнаруженный эффект имеет важное теоретическое значение при изучении явления коррозии с учетом исходной остаточной намагниченности, а также большое практическое значение, в частности, при проектировании и эксплуатации различных конструкций и сооружений из стали для их защиты от коррозионного разрушения.
Полный текст
Известно, что на поверхности металла, находящегося в водной или другой среде, образуется тонкий защитный пассивирующий слой, разрушение которого приводит к коррозионному износу [1, 2]. Среди факторов, влияющих на разрушение защитного слоя, можно отметить воздействие физических и механических полей. Так, ультрафиолетовое излучение (УФ) влияет на механические свойства металлических элементов конструкции, в том числе на коррозионную стойкость [3–5]. Известно влияние деформации поверхности образца [6] и вибрации [7] на процесс коррозии. Влияние активного магнитного поля на процесс коррозии отмечено в [8–11]. При этом на процесс коррозии оказывают влияние направления силовых линий магнитного поля [12]. Мало исследовано влияние пассивного магнитного поля (остаточного магнитного поля) на процесс коррозии [13].
АЛГОРИТМ ИССЛЕДОВАНИЯ
Тонкие круглые образцы из стали подвергаются воздействию магнитного поля различной напряженности, производится замер исходной остаточной намагниченности MRN образцов. Далее образцы размещаются в емкость со средой (рис. 1) и выдерживаются в ней в течение заданного времени.
Рис. 1. Размещение образцов: a – схема; б – образцы в емкости до заливки (фото).
АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
Для оценки степени коррозии образцов, выдержанных заданное время в водной среде, используется экспериментально-теоретический метод [14], патент РФ №2310184. Образцы поочередно закрепляются по контуру на установке и нагружаются равномерным давлением р. В процессе увеличения давления Р производится мониторинг формы образуемого купола, в частности, за высотой подъема вершины купола Н, и получается зависимость: давление Р – прогиб Н.
Далее, для упругой области деформирования стального образца для случая среднего изгиба тангенциальная жесткость В оценивается по формуле
(1)
полученной из соотношений нелинейной теории оболочек [15], где P – распределенное давление; а и H – радиус и прогиб мембраны в центре купола.
ХАРАКТЕР ВЛИЯНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ НА ПРОЦЕСС КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
Выполнены экспериментальные исследования круглых образцов из стали Ст3 с исходной толщиной h = 0.6 мм. Рассмотрены три группы образцов, условно названные: Группа 1 – “Белые образцы”, Группа 2 – “Синие образцы” и Группа 3 – “Красные образцы”. Образцы подвергались предварительному воздействию магнитного поля различной напряженности.
Далее проведены замеры исходных нормальных компонент остаточной намагниченности MRN образцов с двух сторон с использованием магнитометра GM2 фирмы AlphaLab Inc (точность измерения ±0.01 Гс) на прямоугольной сетке с шагом 1 см. На рис. 2 приведены изображения картины распределения MRN для одного образца из каждой рассмотренной группы.
Рис. 2. Распределение MRN для образцов b1, s5, k10.
Наблюдается достаточно сложная картина распределения исходной остаточной намагниченности MRN. Средние значения модулей MRN, вычисленных по 85 точкам замеров на верхней и нижней поверхности образцов, а также средние значения MRN для каждой группы образцов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Остаточная намагниченность MRN образцов, Гс
Группа 1 “Белые образцы” | Группа 2 “Синие образцы” | Группа 3 “Красные образцы” | |||||||
Номер образцов № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Поверхность верхняя, Гс | 0.85 | 0.19 | 0.16 | 1.85 | 0.97 | 1.24 | 2.24 | 2.65 | 2.02 |
Поверхность нижняя, Гс | 0.46 | 0.16 | 0.12 | 1.99 | 0.93 | 1.25 | 2.21 | 2.43 | 1.93 |
Среднее значение, Гс | 0.32 | 1.37 | 2.25 | ||||||
Далее образцы были размещены в емкость с водой (рис. 1) и выдерживались в ней в течение 7 мес (апрель–ноябрь). Используя экспериментально-теоретический метод для каждого образца, определена зависимость максимального прогиба Н от давления Р.
Средние значения максимального прогиба по группам Hср от давления Р приведены в табл. 2. Там же приведены вычисленные по (1) соответствующие тангенциальные жесткости на растяжение B.
Таблица 2. Зависимости прогибов Hср и жесткости В образцов от давления P
P, кг/см2 | Группа 1 “Белые образцы” (1–3) | Группа 2 “Синие образцы” (4–6) | Группа 3 “Красные образцы” (7–9) | |||
Hср, см | В, кГ/ см | Hср, см | В, кГ/ см | Hср, см | В, кГ/ см | |
0.2 | 0.0363 | 328562.3 | 0.0323 | 466369.4 | 0.0387 | 271146.9 |
0.4 | 0.0570 | 169723.9 | 0.0530 | 211125.2 | 0.0603 | 143355.9 |
Вср = 249143.1 | Вср = 338747.3 | Вср = 207251.4 | ||||
По средним значениям жесткости на растяжение построена зависимость тангенциальной жесткости образцов Bср от среднего значения исходной остаточной намагниченности MRN (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость тангенциальной жесткости Bср от исходной намагниченности MRN.
Как видно из рис. 3, жесткость образцов до определенной намагниченности, в частности до MRN = 1.37 Гс, растет, затем начинает падать. Обнаруженный эффект можно объяснить тем, что имеется критическая величина исходной остаточной намагниченности MRN, до достижения которой пассивирующий слой не разрушается, а при превышении этой величины начинается разрушение пассивирующего слоя в электрохимическом процессе коррозии.
Таким образом, исходная остаточная намагниченность влияет на коррозионный износ – при превышении критической величины MRN начинается существенный коррозионный износ стальных образцов в водной среде. Износ существенно влияет на жесткость тонкостенных элементов конструкции. Установленный факт имеет важное теоретическое и практическое значение, учитывая условия работы многих конструкций, изготовленных из металла.
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ
Работа выполнена за счет государственного задания Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Об авторах
С. Н. Якупов
Институт механики и машиностроения Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”
Автор, ответственный за переписку.
Email: tamas_86@mail.ru
Россия, Казань
Р. Р. Кантюков
ООО “Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий”
Email: tamas_86@mail.ru
Россия, Московская обл.
Г. Г. Гумаров
Институт механики и машиностроения Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”
Email: tamas_86@mail.ru
Россия, Казань
Н. М. Якупов
Институт механики и машиностроения Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”
Email: tamas_86@mail.ru
Россия, Казань
Список литературы
- Frumkin A.N. // Phys. Chem. 1932. V. 44. № 7. P. 116.
- Колотыркин Я.М., Фрумкин А.Н. // ДАН СССР. 1941. Т. 33. № 7/8. С. 446–450.
- Thompson E.A., Burleigh T.D. // Corrosion Eng., Sci. and Technol., 2007. V. 42. No 3. P. 237–241. https://doi.org/10.1179/174327807X214581
- Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // ДАН. 2012. Т. 446. № 6. С. 624–626. https://doi.org/10.1134/S102833581203007X
- Shu-hao Deng, Hao Lu & D.Y. Li // Scientific Reports. 2020. V. 10. 3049. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59420-6
- Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // Пробл. прочности. 2012. № 2. С. 76–84. https://doi.org/10.1007/s11223-012-9369-2
- Якупов Н.М., Якупов С.Н. // ДАН. 2018. Т. 479. № 6. С. 626–628. https://doi.org/10.1134/S1028335818040109
- Yee Chin Tang, Davenport A.J. // J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154. No 7. P. 362–370. https://doi.org/10.1149/1.2736662
- Alimi F., Tlili M., Ben Amor M., et al. // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2009. V. 45. № 1. Р. 56–62. https://doi.org/10.3103/S1068375509010104
- Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // ДАН. 2012. Т. 443. № 2. С. 173–175. https://doi.org/10.1134/S102833581203007X
- Ильясова А.И. // Нефтегазовое дело. 2019. № 2. С. 156–168.
- Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // ДАН. 2015. Т. 463. № 6. С. 684–686. https://doi.org/10.1134/S0012501615080072
- Кузьмин М.И., Катрич Н.М., Гумеров Р.Р. и др. // Нефтяное хозяйство. 2012. № 12. С. 66–68.
- Галимов Н.К., Якупов Н.М., Якупов С.Н. // Известия Академии наук. Механика твердого тела. 2011. № 3. С. 58–66. https://doi.org/10.3103/S0025654411030058
- Галимов Н.К., Нуруллин Р.Г., Леонтьев А.А. // Актуальные проблемы механики сплошной среды. ИММ КазНЦ РАН. Казань: Изд-во КГУ, 2004. С. 129–139.
Дополнительные файлы
