1. Úvod

K výskytu korozního praskání dochází především ve svarových spojích. Výskyt trhlin a jejich rozsah ,vyvolaný tímto degradačním mechanismem, je ovlivněn typem použité oceli, úrovní tahových napětí ( od přetlaku a od vlastních pnutí indukovaných při svařování ) a vlastnostmi kapalného čpavku , především obsahem kyslíku a vody. Citlivost materiálu ke koroznímu praskání vzrůstá s rostoucí koncentrací kyslíku a klesá s rostoucím obsahem vody.

Laboratoř únavových a křehkolomových vlastností společnosti VÍTKOVICE-Výzkum a vývoj, spol. s r.o. je druhou laboratoří v Evropě, která je vybavena autoklávem který umožňuje hodnotit odolnost materiálů vůči koroznímu praskání v kapalném čpavku za okolní teploty. Autokláv je zabudován do elektromechanického zkušebního zařízení ZDM 2,5t. [4]. Pro hodnocení odolnosti vůči koroznímu praskání je používána metoda pomalého zatěžování hladkých válcových těles ( pro studium iniciace korozního praskání [3]) nebo zkušebních těles C(T) s počáteční únavovou trhlinou (pro studium subkritického růstu trhlin [2]).

Korozní praskání v kapalném čpavku je důsledkem anodického rozpouštění na špici trhliny. Je potlačováno katodickou polarizací a usnadňováno anodickou polarizací [5]. Pro omezení resp. potlačení výskytu korozního praskání lze tedy využít elektrochemické ochrany připojením ke kovu s dostatečně nízkým potenciálem (nižším, než volný korozní potenciál oceli (400-710 mV)). K tomuto způsobu ochrany tzv. obětovanou anodou lze použít hořčíku o nejnižším potenciálu, zinku nebo hliníku či jeho slitin. Anody se musejí spotřebovávat co nejpomaleji, avšak musejí vykazovat dostatečný proud k zabránění koroze. Jelikož je čpavek elektricky jen málo vodivý, doporučuje se použít nástřik anodického materiálu na ocel. Experimenty prokázaly, že nejvýhodnější je provedení zinkového nástřiku,jehož úbytek činí přibližně 0,02 mm za rok [5].

V předložené práci jsou shrnuty výsledky studia vlivu zinkového nástřiku na subkritický růst trhlin v kapalném čpavku při laboratorní teplotě v oceli 11 503.

2. Zkušební materiál a experimentální technika

Z plechu o tl. 20 mm z materiálu 11503 bylo vyrobeno 16 ks zkušebních těles C(T) o tl. 10 mm a šířce W = 50 mm.Tělesa byla orientována ve směru L-T. Po nacyklování únavových trhlin byla polovina z nich pokryta vrstvou zinku o tloušťce cca 0,2 mm po celém povrchu s výjimkou pruhu o šířce cca 10 mm od vyfrézovaného vrubu a předpokládaného směru růstu trhliny.

Po usazení zkušebního tělesa do čelistí ve čpavkovém autoklávu byly nabodovány přívodní a měřící kontakty pro monitorování stabilního růstu trhliny potenciometrickou metodou (ACPD) pomocí zařízení TECHLAB SRT-2K. Po uzavření byl autokláv propláchnut proudem dusíku a napuštěn kapalným čpavkem. Obsah tlakové láhve se čpavkem byl podroben chemické analýze v laboratoři MChZ Ostrava. Podíl kyslíku obsažený v plynné fázi je menší než 0,01 obj. % a v odparku kapalného amoniaku nebyl zjištěn žádný zbytek (např. vody).

Zkušební tělesa byla zatěžována v režimu konstantního posuvu příčníku o rychlosti 0,001 mm/min. Kromě posuvu příčníku byla v průběhu zkoušky zaznamenávána zatěžující síla a výstup ze zařízení TECHLAB SRT-2K. Jednotlivá zkušební tělesa byla zatěžována do předem zvolených posunutí příčníku a poté odlehčena tak, aby přírůstky délek trhlin v kapalném čpavku pokrývaly přibližně interval 0,2-1,0 mm. Ze záznamů výstup potenciometrické metody – zatěžující síla (viz obr. 1) byly stanoveny počátky stabilního růstu trhliny. Záznam síla posuv příčníku (viz obr. 2) sloužil pro výpočet rozevření špice trhliny δ. Po odlehčení bylo zkušební těleso vyjmuto z autoklávu, tepelně zabarveno a dolomeno v kapalném dusíku. Přírůstek trhliny Δa byl zjišťován proměřením pod optickým mikroskopem.

3. Experimentální výsledky

Na obr. 3 jsou vyneseny závislosti δ vs.Δa stanovené v kapalném čpavku na zkušebních tělesech bez zinkového nástřiku a se zinkovým nástřikem. Závislost získaná na zkušebních tělesech se zinkovým nástřikem vykazuje nejen významně nižší rozptyl, ale svědčí o příznivém účinku zinkového nástřiku na subkritický růst trhlin.

Počátky stabilního růstu trhliny KISCC.stanovené pro jednotlivá zkušební tělesa ze závislosti síla – výstup potenciometrické metody, však nebyly přítomností zinkového nástřiku ovlivněny. K_ISCC těles se zinkovým nástřikem ležely v intervalu 74-82 MPa.m^0.5, K_ISCC těles bez zinkového nástřiku v intervalu 74-87 MPa.m^0,5. Na obr.4 jsou vyneseny průměrné rychlosti růstu trhlin vypočtené z přírůstku délky trhliny Δa a času od počátku stabilního růstu trhliny do ukončení zkoušky. Z tohoto obrázku je zřejmé, že zinkový nástřik příznivě ovlivnil rychlost stabilního růstu trhliny.

4. Závěr

Na základě výsledků laboratorních autoklávových zkoušek oceli 11503 v kapalném čpavku lze konstatovat, že katodická ochrana obětovanou anodou významně snížila rychlost stabilního růstu trhliny v důsledku korozního praskání Neovlivnila však prahovou hodnotu KISCC pro stabilní růst trhliny.

5. Literatura

[1] NYBORG,R.-DRONEN,P-E.-LUNDE,L.: Stress Corrosion Cracking in Low Temperature Ammonia Storage Tanks. . Prepared for presentation at the AIChE Ammonia Safety Symposium, Vancouver, BC, Canada, October 3-6, 1994. Paper No.1a.

[2] JAHNS,J.-MATOCHA,K.-CIKRYT,F.: Experimentální hodnocení korozního praskání svarového spoje materiálu 11418.1M v kapalném amoniaku. Zpráva VÍTKOVICE-Výzkum a vývoj, spol. s r.o., Z-9/2001, Ostrava, září 2001.

[3] JAHNS,J.-MATOCHA,K.-CIKRYT,F.: Experimental Examination of Stress Corrosion Cracking of the Welded Joint of Grade 11418.1M Steel in Liquid Ammonia. International Conference on Design, Inspection, Maintenace and Operation of Cylindrical Steel Tanks and Pipelines.Prague-Kralupy nad Vltavou, Czech Rep. 8.-11.10.2003.

[4] MATOCHA,K.-PANNA,J.: Vývoj zařízení pro zkoušení korozního praskání ocelí v kapalném čpavku. Zpráva VÍTKOVICE,a.s., Divize 940-Výzkum a vývoj, D-9/2000, Ostrava, říjen 2000.

[5] NYBORG,R.-LUNDE,L.: Measures for Reducing Stress Corrosion Cracking in Anhydrous Ammonia Storage Tanks. Prepared for presentation at the AIChE Ammonia Safety Symposium, Vancouver, BC, Canada, October 3-6, 1994.Paper No. 1e.

Související

Související témata Konstrukce, výpočty, projekce Teorie, definice