автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Разработка технологических мероприятий по минимизации разрушений судовых сильфонных компенсаторов

На правах рукописи

Бильчугов Юрий Иванович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО МИНИМИЗАЦИИ РАЗРУШЕНИЙ СУДОВЫХ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

Специальность 05.08.04 "Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена на кафедре судостроения Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Научный руководитель - доктор технических наук,

Лепорк Константин Константинович

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

Лысенков Павел Михайлович

кандидат технических наук, с.н.с. Ипатов Сергей Дмитриевич

Ведущая организация - ОАО "Металкомп".

Защита состоится "26" мая 2004г. в 13°° часов на заседании диссертационного совета Д 223.009.04 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д.5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "26" апреля 2004г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.009.04

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ XAPAKTЕРИCTИKA РАБОТЫ

Актуальность работы

Для компенсации температурных, технологических, эксплуатационных и иных деформаций элементов конструкций судовых энергетических установок, трубопроводов разнообразного назначения, предназначенных для транспортирования жидких, сыпучих и газообразных сред различной агрессивности нашли широкое применение сильфонные компенсаторы (СК). Опыт эксплуатации СК позволяет утверждать, что они достаточно надежны. В то же время иногда наблюдаются повреждения СК различной природы, вызванные посторонними механическими воздействиями, механическим воздействием транспортируемой или окружающей среды, коррозией металла и иными причинами. Как правило, нарушение работоспособности СК приводит к тяжелым последствиям, таким как остановка судна, выполнение ремонтных работ в доке, замена СК и иных компонентов судна. Одной из самых распространенных причин нарушения работоспособности СК является коррозия металла, прежде всего самого ответственного элемента, а именно, сильфона. Для борьбы с коррозионными повреждениями СК широко используется наиболее простое техническое решение. Детали СК изготавливают из коррозионно-стойких сталей. В этой связи наибольшее распространение получили корро-зионностойкие стали аустенитного класса типа Х18Н9. Однако и такое радикальное решение не способно полностью исключить коррозионные повреждения. У СК из подобных сталей проявляются специфические коррозионные повреждения, а именно межкристаллитная коррозия (МКК), коррозионное растрескивание (КР) и питтинговая коррозия (ПК) Исследованы и разработаны разнообразные методы подавления коррозионных повреждений, однако, учитывая специфику изготовления и эксплуатации СК, полностью предупредить проявление коррозионных повреждений СК до сих пор не удалось.

Область исследования Повышение надежности судовых систем путем разработки технологических мероприятий на основе использования новых физических явлений, обеспечивающих повышение качества продукции и производительности труда. ,

Предмет исследования. Способы дефектации судовых систем и повышения их надежности при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Цель работы

Изложить научно-обоснованные технические и технологические разработки, имеющие существенное значение для экономики и обороноспособности страны, в части повышения надежности судовых сильфонных компенсаторов, изготавливаемых из коррозионностойких сталей, путем сокращения возможного числа коррозионных повреждений технологическими методами.

НОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА СПетер^ 03

II ми ■ ы\л

Задачи работы.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие научные и практические задачи, которые необходимо решить в диссертационной работе:

1. Произвести качественную и количественную оценку надежности судовых СК по параметрам безотказности и долговечности.

2. Выполнить анализ возможности повышения надежности судовых СК посредством применения конструктивных, технологических мероприятий, а также традиционными методами защиты от коррозии.

3. Установить возможность предупреждения коррозионных повреждений СК путем применения в производственных условиях неразрушающего количественного контроля коррозионной стойкости металла сильфона методом потенциодинамической реактивации.

4. Установить влияние сенсибилизации на склонность сталей типа 08Х18Н10Т к коррозионному растрескиванию при комнатной температуре.

5. Разработать оптимальные условия дополнительного легирования кор-розионностойких хромоникелевых аустенитных сталей молибденом как средства снижения склонности к питтинговой коррозии.

6. Разработать методику экспресс оценки состояния коррозионной стойкости металла сильфона. •

7. Разработать методику продления срока службы СК.

Методологической основой и теоретической базой являются отечественные и зарубежные концепции, исследования и разработки в области проектирования и изготовления СК, теории коррозии, а также методов предупреждения коррозионных разрушений; законодательные акты и методические нормативные документы.

Достоверность выводов обеспечивается многоэтапным рассмотрением проблемы, корректным применением общепризнанных методов исследований, логического анализа, математического инструментария, а также использованием удовлетворяющих требованиям действующих нормативных документов приборов и оборудования.

Обоснование целесообразности и пригодность предлагаемых технологических мероприятий, корректность и область применения степени сенсибилизации в качестве универсального критерия коррозионной стойкости подтверждены аналитическими и экспериментальными исследованиями.

Новые научные результаты.

- В результате аналитических исследований показано, что технические и экономические возможности современных конструктивных мероприятий, мероприятий по защите судовых СК от коррозии с помощью механических, термических и радиационных технологий по обеспечению надежности судовых ,СК использованы практически полностью.

- Доказано, что за повышение надежности судовых СК в большой мере ответственна область явлений, связанных со специфическими коррозионными разрушениями металла (МКК, ПК, КР) и технологические приемы их подавления.

- Аналитически показано, что средняя наработка на отказ СК составляет 99,28% от максимально возможной, а средний ресурс СК в 11 раз меньше стандартной базы испытаний циклической прочности материала сильфона СК.

- Установлено, что степень сенсибилизации металла может быть использована в качестве универсального показателя для объективной количественной оценки коррозионной стойкости СК, предназначенных для работы в составе трубопроводов судовых систем и систем другого назначения пресной холодной, горячей воды, пара и газоходов.

- Впервые экспериментально подтверждено и количественно оценено снижение коррозионной стойкости металла сильфона на всех этапах изготовления СК. Степень сенсибилизации металла СК увеличивается и может достигать недопустимых значений из-за воздействия технологических и эксплуатационных факторов при изготовлении и во время эксплуатации СК. Установлена зона сильфона СК наиболее опасная с точки зрения коррозионных разрушений.

- Доказано, что сенсибилизированные стали типа Х18Н9 могут быть склонны к КР, которое носит межкристаллитный характер, в средах с относительно низкой концентрацией хлоридов при температуре близкой к комнатной.

- Сформулированы дополнительные требования к марочному составу коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение МКК, МККР и ПК.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

Достигнута цель работы - повысить надежность судовых СК, изготавливаемых из коррозионностойких сталей, путем сокращения возможного потока отказов. Цель достигнута технологическими методами

Разработаны технологические рекомендации по использованию результатов исследований в производстве СК. Разработаны две методики: методика экспресс оценки состояния коррозионной стойкости металла сильфона и методика продления срока службы СК с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.

Осуществлено внедрение результатов исследований И разработок в проектирование и производство на предприятиях ФГУП "Компенсатор", ОАО "Металкомп" и ООО "Торэкст". Экономический эффект образуется в сфере эксплуатации СК и может достигать значений порядка 60 тысяч долларов США в расчете на одного судовладельца в течение гарантированного ресурса СК

Личное участие автора, приоритеты установленных положений, разработанных технологических мероприятий и методик подтверждены актами о внедрении и опубликованными в печати материалами.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Содержание работы обсуждались на следующих конференциях:

1 .Международная научно-техническая конференция "Современные материалы. Теория и практика", г.Пенза, 21-22 марта 2002г.

2.Международная научно-техническая конференция-"Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков", г.Пенза, 28-30 мая 2003г.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 161 страницу машинописного текста и содержит 52 рисунка и 13 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и главе I дан краткий обзор состояния проблемы, произведен анализ повреждений, имеющих, место при эксплуатации судовых СК. Приведено краткое описание назначения и конструкции СК, материалов, применяющихся для их изготовления. Рассмотрены существующая технология изготовления и условия работы СК. Отмечено, что состояние металла сильфона, наиболее ответственной и самой нагруженной деталью СК, претерпевает значительные изменения при изготовлении и при эксплуатации. Деформация при формообразовании, термическое воздействие от сварки, технологических и эксплуатационных нагревов, рабочие напряжения совместно с остаточными напряжениями, значительно изменяют состояние металла и вызывают повышенную склонность сильфона к различным повреждениям, накладываясь друг на друга. Контроль состояния тонколистового проката, используемого для изготовления сильфона, осуществляется только в исходном состоянии перед запуском в производство и не может достаточно полно характеризовать состояние металла в готовом изделии, тем более в процессе эксплуатации СК. Опыт эксплуатации СК в течение нескольких десятков лет в составе различных технических, в том числе и судовых объектов свидетельствует о наличии случаев повреждений СК. Повреждения могут проявляться в виде нарушения герметичности СК (образование трещин, отверстий и т.п.), а также в виде искажения формы сильфона (образование вмятин, вздутий и т.п.).

Рассмотрены причины механических и коррозионных повреждений СК. Механические разрушения обусловлены нарушением прочности при избыточном наружном или внутреннем давлений среды, превышением предела

выносливости или вибрационной стойкости, ударными нагрузками сверх установленных пределов, случайными механическими воздействиями посторонними предметами при монтаже и эксплуатации.

Рис. 1 Классификация повреждений СК.

Показано, что возможными причинами коррозионных повреждений, несмотря на высокую коррозионную стойкость сталей типа Х18Н9 к общей коррозии, являются такие виды коррозии, как МКК, КР и ПК. Приведены статистические данные (в первом приближении) об имеющих место разрушениях СК из сталей типа Х18Н9 трубопроводов воды, пара и газовыхлопных систем, см. рис. 1.

На основе проведенного анализа выбран объект исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Глава II. Аналитическое исследование методов предупреждения повреждений сильфонных компенсаторов.

Для аналитической оценки надежности СК обоснован выбор из четырех основных свойств, характеризующих надежность объектов технического назначения, только двух безотказности и долговечности. Показано, что ввиду отсутствия большого количества экспериментальных данных, полученных с использованием корректных методик, в качестве инструмента для аналитического исследования безотказности и долговечности СК могут быть использованы только такие показатели, как "средняя наработка до отказа" для исследования безотказности и "средний ресурс" для исследования долговечности.

На примере, взятом из практики эксплуатации СК тепловых сетей (выборка из 11500 штук), выполнены расчеты по упрощенной формуле (1) средней наработки СК до первого отказа. Для данной группы СК средняя наработка на отказ составила 99280 циклов или 99,28% от предельного значения наработки (при условии отсутствия отказов)

'¡'^ zz ri+r^+.^r^ 0)

где Tt - средняя наработка СК до первого отказа, циклов; Tj, Tj,... тп наработка 1-го СК до первого отказа, циклов; N - количество СК в выборке.

Для данной выборки СК помощью уравнения (2) произведен расчет среднего ресурса СК, который оказался равным 905844 циклов. Это значение распространяется на всю выборку количеством 11500 штук вне зависимости от размеров, конструктивного исполнения и условий эксплуатации каждого изделия.

где tcp - средний ресурс СК, циклов; tj, t2,... tn - ресурс 1-го СК, циклов; N - количество испытанных СК, шт.

Данная оценка является достаточно грубой, т.к. ввиду недостаточного количества экспериментальных данных был принят целый ряд допущений, в том числе- применялось экстраполирование экспериментальных данных за пределы продолжительности наблюдений и эта экстраполяция была линейной: Тем не менее, качественная оценка полученного результата с точки зрения практического использования показала следующее:

1. Средний ресурс СК примерно в 11 раз меньше стандартной базы испытаний циклической прочности материала сильфона (по пределу выносливости стандартная база принимается 107 циклов).

2. Средний ресурс СК примерно в 9 раз больше, чем база наблюдений для данной выборки. Это вполне согласуется с результатами наблюдений, т.к. в пределах упомянутой базы наблюдались повреждения только у 0,8% СК.

При аналитическом исследовании надежности СК установлено, что в судовых СК не полностью реализованы безотказность и долговечность.

Разработка новых мероприятий повышения надежности СК конструктивного характера не входят в область научных интересов автора, поэтому исследования ограничились формулированием вербальной модели и дальнейшие исследования оптимизации конструкции СК в диссертационном исследовании не проводились.

Установлено, что широко распространенные мероприятия по защите изделий 1ехнического назначения от коррозии, такие как лакокрасочные покрытия, катодная и протекторная защита, электролитические покрытия и другие покрытия применительно к СК практически не используются по техническим и экономическим причинам. Единственным таким мероприятием, получившим распространение в производстве СК, является использование коррозионностойкой стали.

Имеются также убедительные данные, свидетельствующие о том, что значительная часть всех повреждений СК (не менее 50%) инициируется специфическими коррозионными процессами, такими как МКК, ПК и КР. Более того, есть основания полагать, что значительно большая часть, возможно и все 100%, повреждений, зафиксированных после 10 лет эксплуатации, так или иначе связаны с коррозией металла. Такое предположение объясняется тем, что освидетельствование СК всегда выполняется без акцента на выявление причин повреждения, как правило, фиксируется только само повреждение.

В связи с этим в диссертации выполнено специальное аналитическое исследование причин возникновения и возможных методов борьбы со специфическими видами коррозии. Установлено, что условия эксплуатации СК (среда, с которыми контактирует внешняя и внутренняя поверхности силь-фона в процессе эксплуатации судов, температура, наличие растягивающих напряжения и т. д.) в составе трубопроводов различного назначения и газовыхлопных систем предполагают развитие МКК, КР и ПК.

При анализе технологических мероприятий повышения надежности СК отмечено, что современный уровень развития технологической науки, в том числе и в области судостроения, позволяет использовать на практике широкую номенклатуру технологических приемов, оборудования и инструментов, предназначенных для повышения надежности изделий технического назначения. Применительно к производству судовых СК в настоящем диссер!аци-онном исследовании рассмотрен ряд различных технологических приемов и дана оценка автора о целесообразности и эффективности их использования в реальном технологическом процессе. Выполненные аналитические исследования показали, что с помощью известных методов технологического воздействия, таких как металлургических, механических, термических и радиационных заметно повысить надежность судовых СК не возможно, т. к. технологические мероприятия в этих областях оказались малоэффективными, не выполнимыми, технически или экономически нецелесообразными (за исключением некоторых металлургических приемов). В то же время признано, что менее изученным, но не менее значимым является направление предупреждения специфических коррозионных разрушений, которое в настоящее время является определяющим. Однако и в этом направлении большинство известных технологических приемов оказались либо малоэффективными, технически не выполнимыми, либо экономически нецелесообразными, кроме оптимизации химического состава коррозионностойких сталей(дополнительные ограничения марочного состава или применение новых марок сталей). Таким образом, обосновано, что в качестве направления подробного исследования и разработок могут быть выбраны особые технологические приемы подавления специфических коррозионных разрушений судовых СК и оптимизация состава стали.

Глава III Экспериментальное исследование технологических мероприятий по повышению надежности судовых сильфонных компенсаторов.

3.1. Программа экспериментальных исследований

В ходе анализа предпосылок возникновения коррозионных повреждений и фактических случаев коррозионных разрушений судовых СК было выдвинуто предположение, что их основной причиной являются МКК и МККР (межкристаллитное коррозионное растрескивание), вследствие приобретаемой при изготовлении и эксплуатации СК сенсибилизации* металла, а для СК судовых газоходов еще и недостаточная коррозионная стойкость сталей типа Х18Н9 к ПК в атмосфере выхлопных газов с возможностью конденсации воды. Учитывая установленные причины разрушений СК, особенности изготовления, эксплуатации и существующего на производстве контроля качества, для более подробного изучения были выбраны из многочисленных контрольно-статистических мероприятий широко известная процедура селективного отбора продукции, а из металлургических технологических мероприятий - дополнительное легирование исходного металла. Поэтому в настоящей работе в программу экспериментальных исследований включены следующие работы

- в связи с тем, что сенсибилизация в значительной мере определяет появление МКК, МККР и, в некоторой степени, ПК, исследовать возможность предупреждения данных видов коррозии путем организации количественного контроля степени сенсибилизации металла сильфона в готовом СК с последующей выбраковкой изделий, склонных к специфическим видам коррозии;

- для подтверждения теоретических предпосылок исследовать возможное влияние сенсибилизации на склонность стали 08Х18Н10Т к коррозионному растрескиванию при температурах близких к комнатной;

- применительно к различным изделиям (в том числе и судовым СК), изготавливаемым с помощью сварки и эксплуатирующимся в широком диапазоне температур (от комнатных до повышенных), исследовать реальные возможности достижения максимальной стойкости к ПК хромоникелевых ау-стенитных сталей путем повышения содержания молибдена

* Сенсибилизация - явление снижения коррозионпой стойкости границ зерен корро-зионностойкой стали после термического воздействия в определенном интервале температур Сенсибилизация может усиливаться или ослабляться некоторыми дополнительными внешними факторами, например предварительной или последующей деформацией, остаточными и рабочими напряжениями.

3.2. Методика экспериментальных исследований

Материалы. В данной работе исследовалась склонность к специфическим коррозионным разрушениям СК, изготовленных из аустенитных хро-моникелевых коррозионностойких сталей марок 12Х18Н9, 03Х18НЮТ, 08Х18Н10, 04Х18Н10, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т по ГОСТ5632, АВ! 304, АВ! 321, а также образцы из хромоникелевых сталей и сплавов с

базовым составом: углерод ( С ) - 0,03%, хром ( Сг ) - 18,5-19,0%, марганец ( Мп ) - ~ 0,5%, ниобий (Nb ) ~ 1%, азот ( N2) в пределах 0,01-0,02%, сера ( S )

- - 0,008%, фосфор (Р ) - ~ 0,008% при переменном количестве никеля (Ni)

- от 10 до 50% и молибдена (Мо) - от 0 до 9%.

Метод количественного определения степени сенсибилизации. Из многочисленных разработанных химических и электрохимических (ГОСТ6032 и ГОСТ9.914) методов определения степени сенсибилизации выбран электрохимический метод потенциодинамической реактивации (ПДР)ГОСТ9.914. т.к. только данный метод отвечает всем требованиям, необходимым для оперативной и корректной оценки коррозионной стойкости металла сильфона после изготовления СК и во время его эксплуатации: является неразрушаю-щим, обеспечивает количественное определение степени сенсибилизации, имеет небольшую длительность процедуры испытания. В диссертационном исследовании в качестве основного измерительного средства для оценки степени сенсибилизации применен разработанный на основании метода ПДР малогабаритный переносной компьютерный комплекс ПАК-дк.

Оборудование и методика исследований, примененные при изучении влияния сенсибилизации на склонность стали 08Х18Н10Т к КР при температурах, близких к комнатной. Для диссертационного исследования выбран метод испытания при постоянной малой скорости деформирования (SERT испытания - Slow Elongation Rate Test). Испытания проводили на модернизированных машинах АИМА 5-1. Температуру испытания выбирали в интервале 30-50 °С, скорость деформирования е = SxlO'V. Испытывали цилиндрические образцы диаметром ё=6мм, расчетной дли ной с резьбовыми головками М12 (образец №6, тип IV по ГОСТ 1497).

В качестве коррозионной среды выбран 3% недеаэрированный раствор (упрощенная модель морской воды), в качестве инертной воды - воздух. Методика испытаний и оценки результатов соответствует требованиям ГОСТ9.901.4 "Металлы и сплавы. Испытание на коррозионное растрескивание образцов при одноосном растяжении".

Оборудование и методики, примененные при исследовании стойкости аустенитных хромоникелевых сталей и сплавов к питтинговой коррозии. Методики испытаний и оценки результатов при определении критической температуры питтингообразования и потенциала питтингообразования соответ-сшуют требованиями ГОСТ9.912 "Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии".

Критическая температура питтингообразования определялась ускоренным химическим весовым методом в 5%-ном растворе FeCtj с добавлением Потенциал пробоя (питтингообразования) определялся электрохимическим методом по анодной поляризационной потенциодинами-ческой кривой прямого хода при заданной плотности тока и скорости разверстки потенциала в 3,5%-ном растворе NaCC при 25°С.

3.3 Экспериментальное исследование эффективности неразрушающего метода ПДР для предупреждения коррозионных повреждений металла силь-фона.

3.3.1 Применение метода ПДР для контроля сильфонов.

Для выявления влияния процесса изготовления СК на сенсибилизацию металла и особенностей работы с автоматическим комплексом ПАК-дк в производственных условиях был проведен контроль степени сенсибилизации 20 (двадцати) плавок тонколистовой стали типа Х18Н9 в исходном состоянии и в готовых СК производства ОАО " Металкомп". Изучались стали отечественного производства (4 марки, 12 плавок) и импортные (2 марки, 8 плавок).

Полученные данные были использованы для качественного и количественного анализа. Установлен факт увеличения степени сенсибилизации металла сильфона в готовом СК по сравнению с исходным состоянием. Зафиксированы отдельные случаи, когда стойкий к МКК в исходном состоянии тонколистовой прокат при испытании и по методу AM и по методу ПДР, становится нестойким к МКК в зоне термического влияния сварного шва (ЗТВ) по вершинам гофров сильфона готового СК. Предпосылкой к этому служит сравнительно высокая степень сенсибилизации в исходном состоянии, выявленная методом ПДР. Степень сенсибилизации является функцией некоторого множества факторов, таких как химический состав стали, параметры технологических процессов изготовления тонколистового проката на заводе поставщике металла и параметров технологических процессов у производителя СК. Самыми значимыми факторами являются содержание углерода в стали и процесс изготовления сильфона.

Наиболее резко рост сенсибилизации металла при изготовлении СК отмечен у сталей содержащих углерод более 0,05% как стабилизированных, так и нестабилизированных ТС. Отдельно исследовано влияние на степень сенсибилизации металла сильфонов различных стадий технологического процесса изготовления СК, таких как механическая обработка и сварка. Под механической обработкой понималась гибка, правка, рихтовка и т.п. операции с металлом в холодном состоянии -оценивалось по результатам измерений на не гофрированных участках сильфона(впадинах гофра), т.1 рис.2.

При измерении на вершине гофра т.2 дополнительно учитывалось влияние вытяжки от формирования гофр. Влияние сварки оценивалось но результатам измерения сенсибилизации на тех же участках сильфона(не гофрированный участок и вершина гофра) но по зоне термического влияния сварного шва т.З и 4. Сенсибилизация металла сварного шва всегда оказывалась ниже исходного тонколистового проката в состоянии поставки, поэтому при поиске участка сильфона, где в наибольшей степени снижается коррозионная стойкость, данный участок отдельного интереса не представлял. Сравнительный анализ поведения различных марок аустенитных сталей типа Х18Н9 позволяет утверждать следующее. Влияние механической обработки (без учета влияние вытяжки при формировании гофр) на рост степени сенсибилизации

практически не наблюдается. Влияние формообразования гофров сильфона на рост степени сенсибилизации по вершинам гофров наблюдается как у отечественных сталей марок 12Х18Н9 и О8Х18Н1О, так и у импортной стали AISI-321.

Рис. 2. Расположение точек контроля на поверхности сильфона.

Влияние сварки сильфона на рост степени сенсибилизации по впадинам и на вершинах гофров наблюдается как у отечественных сталей, так и у импортных. Самые неблагоприятные условия для работы сильфона с точки зрения склонности к МКК, как было установлено в ходе выполнения экспериментов в диссертационном исследовании, наблюдались на вершинах гофров в зоне термического влияния сварного шва. Там степень сенсибилизации увеличивается по сравнению с исходным металлом в состоянии поставки примерно на 72% по математическому ожиданию и на 125 % по предельным зафиксированным значениям. Более того, сварка сильфона по вершине гофра смогла вызвать склонность к МКК в зоне термического влияния на одном из 20 исследованных объектов (5%).

Количественная оценка полученных результатов в аналитической и графической форме выполнялась в однофакторном виде в предположении того, что однофакторная оценка позволяет более достоверно выявить химико-физическую природу явлений, происходящих в металле СК. В качестве единичных факторов использованы содержание углерода и место в технологическом процессе. Для каждой марки стали в исходном состоянии металла и после каждой стадии изготовления СК построены графические зависимости и приведены уравнения регрессии, кроме того, производилась интегральная оценка для всех марок сталей. В качестве примера на рис.3 приведены интегральные графические зависимости (как наиболее информативные) степени сенсибилизации металла сильфона от содержания углерода после различных видов обработки и соответствующие им уравнения регрессии, формулы 3-7.

Построение графических зависимостей и составление уравнений регрессии выполнялись с помощью российского программного продукта "Advanced Grapher".

Рис 3 Зависимость степени сенсибилизации металла СК от содержания углерода после различных технологических операций а)-состояние поставки; б)-после механической обработки без гофрирования, в)- после механической обработки с гофрированием, г)-ЗТВ сварного шва во впадине гофра, д)- ЗТВ сварного шва на вершине гофра

Для наглядной оценки динамики воздействия отдельных технологических операций на рост сенсибилизации металла сильфона полученные экспериментальные данные обобщены на диаграмме, рис.4. Как видно на диаграмме, каждая технологическая операция приводит к росту степени сенсибилизации металла, более того, эти эффекты суммируются, и на заключительной стадии процесса изготовления сильфона сенсибилизация металла приближается к предельно допустимому состоянию с точки зрения склонности кМКК.

I • прокат в состоянии поставки; II - механическая обработка III - механическая обработка + сварка.

Рис. 4 Изменение степени сенсибилизации металла сильфона по операциям технологического процесса.

3.3.2 Металлографическое исследование сварного соединения тонколистовой стали 12Х18Н9 и 12Х18Н9Т.

При металлографическом анализе микрошлифов основного металла и металла в ЗТВ сварного соединения существенных отличий в микроструктуре тонко-листовой стали марок 12Х18Н9 и 12Х18Н9Т по изменению размера или формы зерна аустенита, фазовому составу, количеству и размеров карби-лов и карбонитридов не обнаружено при увеличении до 500крат. Микроструктура основного металла и металла в ЗТВ сварного соединения представляет собой полиэдрические зерна аустенита с ярко выраженной полосча-гостью В микроструктуре стали 12Х18Н9Т присутствуют карбиды титана НС и карбонитриды типа И(С,К), расположенные, как правило, по границам зерен.

3.3.3. Исследование степени сенсибилизации металла сварного соединения тонколистовой стали марок 12Х18Н9 и 12Х18Н10Т.

Типичная зависимость степени сенсибилизации металла сварного соединения, включая металл сварного шва, графически изображена на рис.5. Толшина тонколистового проката - 0,5мм, ширина сварного шва - 2,3мм. В ходе исследования установлено, что наиболее слабым местом с точки зрения коррозионной стойкости сварного соединения обечайки СК является узкая полоска на расстоянии 0,3 - 2,5 мм от линии сплавления. Металл сварного шва обладает более высокой коррозионной стойкостью, даже по сравнению с основным металлом

Расстояние от центра сварного шва, мм х10 -О-О- Сталь 12Х18Н9; -О-О- Сталь12Х18Н1С

Рис 5 Зависимость степени сенсибилизации металла сварного соединения сильфона от расстояния до центра сварного шва.

3.3.4. Экспресс оценка состояния коррозионной стойкости металла сильфона и остаточного срока службы.

Предлагается диаграмма зависимости степени сенсибилизации, не вызывающей склонности коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей к МКК и КР (межкристаллитного типа), от" рабочих напряжений для сред различной агрессивности рис 6 На данной диаграмме разграничены две области: в одной сочетание степени сенсибилизации и напряжений не предполагает развитие МКК и МККР, а в другой оно предполагает возможность развития данных видов коррозии. Положение и форма кривой в области пластических деформаций устанавливается экспериментально в зависимости от агрессивности коррозионной среды и в первую очередь от содержания хлоридов

Рис. 6 Зависимость степени сенсибилизации аустенитных хромоникелевых сталей, не вызывающей склонности к МКК и МККР, от величины рабочих растягивающих напряжений.

Весьма перспективной является возможность по темпу нарастания в процессе эксплуатации сенсибилизации от исходной после изготовления СК до предельно допустимого значения -А в соответствии с диаграммой прогнозировать остаточный срок службы при ревизиях или дополнительный срок службы при дефектации СК по коррозионной стойкости, применяя следующую формулу 8:

где А - критерий степени сенсибилизации при обеспече-

нии стойкости к МКК и МККР до накопления статистических данных может быть в первом приближении принят 0,08;

- прирост степени сенсибилизации металла сильфона с момента изготовления до ревизии или первоначальный срок службы;

- календарная продолжительность эксплуатации СК до момента ревизии или первоначальный срок службы;

"1% - предполагаемый остаточный или дополнительный срок службы.

3 4. Влияние сенсибилизаиии сталей типа 08Х18Н10Т на склонность к коррозионному растрескиванию при комнатной температуре.

С целью определения склонности к КР стали 08X1 ЯН JOT при температурах ниже 100°С в средах с низкой коррозионной агрессивностью (условиях, характерных для эксплуатации судовых трубопроводов воды и пара) проведены испытания с постоянной скоростью деформации - SERT испытания (Slow Elongation Rate Test) образцов стали в недеаэрированном 3%-ом растворе NaCt.

20-1------

О 20 40 60 80 100 120

Степень сенсибилизации, Qa/Qn xl(P

l-t = 30°C; 2-40°С, 3-50°С

Рис 7 Влияние степени сенсибилизации на склонность стали марки 08Х18Н10Т к коррозионному растрескиванию в 3%-ном растворе NaC£ при SERT испытаниях.

Полученные результаты позволяют утверждать следующее, см. рис.7

а) Сенсибилизированная сталь типа Х18Н10Т с уровнем сенсибилизации ниже чувствительности метода AM ГОСТ6032 (Qa/Qn < 0,11) склонна к КР межкристаллитного типа при температурах, близких к комнатной. Отсутствие склонности стали к МКК, определенное методом AM ГОСТ6032, не может гарантировать реальную стойкость материала, что подтверждает необходимость контроля степени сенсибилизации методом ПДР.

б) Полностью аустенизированная стабилизированная сталь типа X18H1U1 (Qa/Qn = U.0U2) не склонна к МККР при температурах ниже 50°С при данных условиях испытаний.

в) При металлографическом исследовании установлено, что в подавляющем большинстве случаев разрушение сенсибилизированных образцов при выбранных условиях испытания носит межкристаллитный характер. Лишь на отдельных участках некоторых образцов выявтено транскристал-

литнос разрушение (трещина пересекала зерна), и в цепом разрушение данных образцов можно отнести к смешанному с преобладанием межкристал-литного типа.

3.5. Исследование повышения стойкости хромоникелевых сталей и сплавов к питтинговой коррозии путем дополнительного легирования

Полностью проблема предупреждения возникновения ПК при эксплуатации СК газоходов может быть решена только путем применения сталей, более стойких к ПК, чем стали типа 08Х18Н10Т. Давно известно, что стойкость к ПК возрастает прямо пропорционально содержанию Мо. Однако это справедливо для сталей в закаленном состоянии, когда весь молибден находится в твердом растворе.

Установлены зависимости относительного снижения критической температуры питтингообразования после нормализации, старения и металла сварною шва по отношению к закаленному состоянию см. рис.8, по которым можно сделать вывод, что максимальная питтингостойкость в данных состояниях может быть обеспечена лишь при определенном согласовании концентраций № и Мо, при котором предотвращается выпадение вторичных фаз, богатых & и Мо (после нормализации и старении) или при котором не проявляется дендритная ликвация в металле сварного шва.

1 ,2 3 4 5 6 7. 8 Ni/Mo

Рис.8 Совмещенный график зависимости At/(tKpn)MK от отношения Ni/Mo для

металла сварного шва и основного металла после нормализации и старения.

Сплавы с 10%Ni после нормализации . рпосле старени* • О Сплавы с IS'/aNi после нормализации • Опосле старении - □ Сплавы с ЗО'/.Ni после нормализации <- + после старени« » Мегалл сварного шва сплавы с 10-50%№ ..........

At/t%

0,8 0.7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Выявленная зависимость относительного снижения 1кр„ металла сварного шва, которая носит преобладающий характер, от отношения содержания никеля и молибдена является необходимым дополнением к эквиваленту стойкости к ПК 3Cn=%Cr+3,3%Mo+16%N и критической температуре питтингообразования КТП=5+7%Мо, которые используются в настоящее время при оценке стойкости сталей к ПК. Для предупреждения присутствия в сварных конструкциях из коррозионностойких аусте-нитных хромоникелевых сталей, эксплуатирующихся при повышенных температурах (в том числе и СК), зон металла, обладающих пониженной стойкостью к ПК в хлоридеодержащих средах по сравнению с основным металлом необходимо выдерживать соотношение

Глава IV. Практическая реализация результатов диссертационного исследования.

Показано, как и в какой форме, результаты исследований, представленные в диссертации, пригодны для практического использования в технологическом процессе изготовления и на всех стадиях жизненного цикла судовых СК: проектирование, изготовление, эксплуатация, ремонт и реновация:

1. Сформулированы дополнительные требования к марочному составу коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение МКК, МККР и ПК. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса изготовления, эксплуатации и ремонта СК в части внедрения контроля сенсибилизации металла сильфона СК неразрушающим количественным электрохимическим методом ПДР.

2. Разработана методика экспресс оценки состояния коррозионной стойкости и расчета остаточного срока службы по критерию коррозионной стойкости металла сильфона

3. Разработана методика продления срока службы сильфонных компенсаторов с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.

4. Осуществлено внедрение в проектирование и производство на предприятиях ФГУП "Компенсатор", ОАО "Металкомп" и экспертно-технической фирме ООО "Торэкст".

5. Произведена оценка предполагаемой экономической эффективности оценивается суммами до 60 тыс. долларов США в расчете на одного среднего

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Сформулирована и достигнута цель работы - повысить надежность судовых СК, изготавливаемых из коррозионностойких сталей, путем сокращения возможного потока отказов технологическими методами

2. Установлено, что средняя наработка на отказ СК составляет 99,28% от максимально возможной, а средний ресурс СК в 11 раз меньше стандартной базы испытаний циклической прочности материала сильфона СК.

3. Показано, что технические и экономические возможности современных конструктивных мероприятий, мероприятий по защите судовых СК от электрохимической коррозии, механических, термических и радиационных технологий по обеспечению надежности судовых СК использованы практически полностью.

4. Доказано, что надежность судовых СК может быть значительно повышена путем предупреждения специфических коррозионных разрушений металла сильфона(МКК, ПК, КР) технологическими методами.

5. Установлено, что степень сенсибилизации металла, определяемая при неразрушающем контроле коррозионной стойкости металла сильфона методом потенциодинамической реактивации, может быть использована в качестве универсального показателя для объективной количественной оценки стойкости к МКК и КР сильфонных компенсаторов, предназначенных для работы в составе трубопроводов судовых систем и систем другого назначения пресной холодной, горячей воды, пара и газоходов.

6. Доказано, что сенсибилизированные стали типа Х18Н9 могут быть склонны к КР, которое носит межкристаллитный характер, даже при температуре, близкой к комнатной.

7. Сформулированы оптимальные условия легирования молибденом (в части требований к химическому составу) коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение ПК.

8. Разработаны технологические рекомендации по использованию результатов исследований в производстве и эксплуатации СК в части дополнительных требований к химическому составу коррозионностойких аустенит-ных хромоникелевых сталей и внедрения контроля сенсибилизации металла сильфона СК неразрушающим количественным электрохимическим методом ПДР.

9. Разработаны и внедрены в технологический процесс методики:

- экспресс оценки состояния коррозионной стойкости и расчета остаточного срока службы по критерию коррозионной стойкой и металла сильфона;

- продления срока службы сильфонных компенсаторов с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.

10. Осуществлено внедрение в проектирование и производство на предприятиях ФГУП '"Компенсатор", ОАО "Металокомп" и экспертно-технической фирме ООО "Торэкст". Экономический эффект образуется в сфере эксплуатации СК и может достигать значений порядка 60 тысяч долларов США в расчете на одного судовладельца в течение гарантированного ресурса СК.

Основные результаты работы содержатся в следующих публикациях: 1.Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. Выбор метода оценки коррозионной стойкости сильфонных компенсаторов из аустенитной хро-моникелевой стали. Защита металлов. -М.: Наука, 2001, т.37, №3, с.326-328.

2.Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. О предельной концентрации молибдена в питтингостойких аустенитных сталях. Защита металлов. -М.: Наука, 2001, т.37, №6, с.659-664.

3.Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. Циклическая и коррозионно-механическая прочность многослойных сильфонов, выполненных из хромо-никелевых сталей. Защита металлов. -М.: Наука, 2002, т.38, №3, с.301-309.

4.Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л, Назаров А.А. Неразрушающий метод контроля коррозионной стойкости многослойных сильфонов их хромоникелевых сталей. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. -Пенза: Приволжский Дом знаний, 2002, с.264-265.

5.Бильчугов Ю.И., Лепорк К.К. Разработка технологических мероприятий по повышению надежности сильфонных компенсаторов из коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей. Сборник научных трудов международной научно-технической. -Пенза: Приволжский Дом знаний 2003, с.232-234.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 23.04.04. Сдано в производство 23.04.04.

Лицензия № 000283 от 19.10.98. Фирмаг 60x84 1/16 Усл.-печ. 1,22. Уч.-издл. 1,3. Тираж 60 экз. Заказ №153

Отпечатано в ИИЦ Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

f 1 0 4 1®

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ СУДОВЫХ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

1.1. Сильфонный компенсатор. Назначение, конструкция, материалы, условия работы.;.

1.2. Технология изготовления сильфонных компенсаторов.

1.3. Состояние металла сильфона, расчет срока службы.

1.4. Классификация повреждений деталей сильфонного компенсатора.

1.5. Причины механических повреждений.

1.6. Особенности коррозионных повреждений сильфонных компенсаторов.

1.7. Выбор объекта исследований.

1.8. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА И. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ.

2.1. Анализ основных параметров надежности сильфонных компенсаторов.

2.2. Безотказность сильфонных компенсаторов.

2.3. Долговечность сильфонных компенсаторов.

2.4. Эффективность конструктивных методов повышения надежности.

2.5. Защита от коррозии как средство повышения надежности сильфонного компенсатора.

2.6. Анализ технологических мероприятий для повышения надежности сильфонного компенсатора.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II.

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СУДОВЫХ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Методика экспериментальных исследований.

3.3. Исследование неразрушающего метода потенциодинамической реактивации для предупреждения коррозионных повреждений металла силь-фона.

3.3.1 Применение метода ПДР для контроля сильфонов.

3.3.2. Исследование степени сенсибилизации металла сварного соединения тонколистовой стали марок 12X18Н9 и 12X18Н1 ОТ.

3.3.3 Металлографическое исследование сварного соединения тонколистовой стали 12Х18Н9 и 12X18Н9Т.

3.3.4. Экспресс оценка состояния коррозионной стойкости металла сильфона и срока службы его работы.

3.4. Влияние сенсибилизации сталей типа 08Х18Н10Т на склонность к коррозионному растрескиванию при комнатной температуре.

3.5. Исследование повышения стойкости хромоникелевых сталей и сплавов к питтинговой коррозии путем дополнительного легирования.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III.

ГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологического процесса изготовления СК.

4.2. Разработка методики экспресс оценки состояния коррозионной стойкости и расчета остаточного срока службы по критерию коррозионной стойкости металла сильфона.

4.3. Разработка методики продления срока службы сильфонных компенсаторов с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.

4.4. Внедрение в техническую документацию.

4.5. Внедрение в производство.

4.6. Мероприятия по защите интеллектуальной собственности.

4.7. Исследование экономической эффективности.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV.

Флот Российской Федерации состоит из всех известных типов судов и кораблей, таких как пассажирские, сухогрузные, наливные, рыбопромысловые, научно-исследовательские и вспомогательные суда, надводные и подводные боевые корабли и прочие плавсредства. Они эксплуатируются на реках и озерах, морях и океанах, в различных климатических условиях. Продолжительность эксплуатации судов обычно превышает 25 лет.

В состав судовых энергетических установок, трубопроводов различного назначения, предназначенных для транспортирования жидких, сыпучих и газообразных сред, разнообразных механизмов и систем входят специальные устройства для компенсации температурных, технологических, эксплуатационных и иных деформаций элементов конструкций. Одним из самых распространенных устройств подобного назначения является сильфонный компенсатор (СК) [ 30, 32, 44, 48 ]. Преимущества СК заключаются в способности сочетать в одном устройстве обычно несовместимые свойства, такие как прочность, значительные деформации при малых нагрузках, пригодность для работы со средами, обладающими высокими давлениями, температурами и скоростями. Они также могут работать с агрессивными средами (нефть и нефтепродукты, химические продукты, морская вода, сжиженный газ, отходы различных производств) или в вакууме.

Опыт эксплуатации СК позволяет утверждать, что они достаточно надежны. В то же время иногда наблюдаются повреждения СК различной природы, вызванные посторонними механическими воздействиями, механическим воздействием транспортируемой или окружающей среды, коррозией металла и иными причинами. Обычно нарушение работоспособности СК приводит к тяжелым последствиям, таким как остановка судна, выполнение ремонтных работ в доке, замена СК и иных компонентов судна. Непроизводительные затраты владельцев технических средств, в том числе судовладельцев, могут достигать крупных сумм. В экстремальных случаях возникает угроза жизни людей. Одной из самых распространенных причин нарушения работоспособности СК является коррозия металла, прежде всего самого ответственного элемента, а именно, сильфона [ 48, 49].

Для борьбы с коррозионными повреждениями СК широко используется наиболее простое техническое решение. Детали СК изготавливают из коррозион-ностойких сталей. В этой связи наибольшее распространение получили коррози-онностойкие стали аустенитного класса типа Х18Н9 [ 30, 44 ]. Однако и такое радикальное решение не способно полностью исключить коррозионные повреждения. У СК из подобных сталей проявляются специфические коррозионные повреждения, а именно межкристаллитная коррозия ( МКК ), коррозионное растрескивание ( КР ) и питтинговая коррозия ( ПК ) [ 48, 49 ]. Исследованы и разработаны разнообразные методы подавления специфических коррозионных повреждений, однако учитывая специфику изготовления и эксплуатации СК полностью предупредить проявление коррозионных повреждений СК до сих пор не удалось.

Учитывая большую роль СК в обеспечении надежности всего технического объекта, в частности, судна, в диссертационной работе выбрана цель повышения надежности СК за счет сокращения числа повреждений, вызванных специфическими коррозионными повреждениями. На предварительной стадии исследований показано, что для достижения цели возможны конструктивные, технологические и иные мероприятия. При этом установлено, что возможности мероприятий в большинстве направлений практически исчерпаны. Поэтому для достижения поставленной цели выбрано технологическое направление, возможности которого использованы не достаточно полно.

В качестве основного технологического приема использован и подробно исследован известный метод селективного отбора на всех стадиях жизненного цикла СК. Он рекомендован для стадий материально-технического обеспечения производства, процесса изготовления СК, процессов эксплуатации, ремонта и реновации СК.

Для широкого использования метода селективного отбора в работе исследованы и разработаны технологические приемы определения некоего универсального параметра, с помощью которого можно оценить склонность исходного металла (прокат в состоянии поставки) и заготовок после каждой технологической операции к тем или иным видам коррозии. В качестве такого универсального параметра выбран стандартный параметр, а именно, степень сенсибилизации металла, из которого изготовлен СК.

Пригодность предлагаемой технологической процедуры и корректность использования степени сенсибилизации в качестве универсального критерия подтверждена аналитическими и экспериментальными исследованиями, которые выполнялись с использованием проверенных технических средств по методикам, разработанным в диссертационной работе.

Основные новые научные результаты работы заключаются в следующем.

В результате аналитических исследований показано, что технические и экономические возможности современных конструктивных мероприятий, мероприятий по защите судовых СК от коррозии с помощью механических, термических и радиационных технологий по обеспечению надежности судовых СК использованы практически полностью.

Доказано, что за повышение надежности судовых СК ответственна область явлений, связанных со специфическими коррозионными разрушениями металла (МКК, ПК, КР) и технологические приемы их подавления.

Установлено, что степень сенсибилизации металла может быть использована в качестве универсального показателя для объективной количественной оценки коррозионной стойкости СК, предназначенных для работы в составе трубопроводов судовых систем и систем другого назначения пресной холодной, горячей воды, пара и газоходов.

Аналитически показано, что средняя наработка на отказ СК составляет 99,28% от максимально возможной, а средний ресурс СК в 11 раз меньше стандартной базы испытаний циклической прочности материала сильфона СК.

Показано, что с увеличением содержания углерода в коррозионностойкой аустенитной хромоникелевой стали возрастает чувствительность к росту степени сенсибилизации на всех этапах изготовления СК. Степень сенсибилизации металла СК увеличивается и может достигать недопустимых значений из-за воздействия технологических и эксплуатационных факторов при изготовлении и во время эксплуатации СК. Наиболее опасной зоной СК с точки зрения коррозионных разрушений является вершина гофра сильфона, особенно зона термического влияния на расстоянии 0,3 - 2,5мм от линии сплавления. В этой зоне прежде всего возможно превышение допустимых значений степени сенсибилизации и потеря коррозионной стойкости.

Доказано, что стали типа Х18Н9 могут быть склонны к КР, которое носит межкристаллитный характер, даже при температуре близкой к комнатной. Эта склонность проявляется при наличии хлоридов в окружающей и транспортируемых средах.

Сформулированы дополнительные требования к марочному составу -кор-розионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение МКК, МККР и ПК

Основные практические результаты работы заключаются в следующем.

Достигнута цель работы - повысить надежность судовых СК, изготавливаемых из коррозионностойких сталей, путем сокращения возможного потока отказов. Цель достигнута технологическими методами.

Разработаны технологические рекомендации по использованию результатов исследований в производстве СК. Разработаны методики экспресс оценки состояния коррозионной стойкости металла сильфона и продления срока службы СК с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.

Осуществлено внедрение результатов исследований и разработок в проектирование и производство на предприятиях ФГУП "Компенсатор", ОАО "Метал-комп" и ООО "Торэкст". Экономический эффект образуется в сфере эксплуатации СК и может достигать значений порядка 60 тысяч долларов США в расчете на одного судовладельца в течение гарантированного ресурса СК.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV.

1. Сформулированы дополнительные требования к марочному составу коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение МКК, МККР и ПК. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса изготовления СК.

2. Разработана методика экспресс оценки состояния коррозионной стойкости и расчета остаточного срока службы по критерию коррозионной стойкости металла сильфона.

3. Разработана методика продления срока службы сильфонных компенсаторов с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.

4. Осуществлено внедрение в проектирование и производство на предприятиях ФГУП "Компенсатор" и ОАО"Металкомп".

5. Экономическая эффективность оценивается суммами до 60 тыс. долларов США в расчете на одного среднего судовладельца.

Заключение.

1. Сформулирована и достигнута цель работы - повысить надежность судовых СК, изготавливаемых из коррозионностойких сталей, путем сокращения возможного потока отказов технологическими методами.

2. Установлено, что средняя наработка на отказ СК составляет 99280 циклов, а средний ресурс СК составляет 905844 циклов, что в 11 раз меньше стандартной базы испытаний циклической прочности материала сильфона СК.

3. Показано, что технические и экономические возможности современных конструктивных мероприятий, мероприятий по защите судовых СК от электрохимической коррозии, механических, термических и радиационных технологий по обеспечению надежности судовых СК использованы полностью.

4. Доказано, что за надежность судовых СК ответственна область явлений, связанных со специфическими коррозионными разрушениями металла (МКК, ПК, КР) и технологические приемы их подавления.

5. Установлено, что степень сенсибилизации металла может быть использована в качестве универсального показателя для объективной количественной оценки стойкости к МКК и КР СК, предназначенных для работы в составе трубопроводов судовых систем и систем другого назначения пресной холодной, горячей воды, пара и газоходов.

6. Разработаны технологические рекомендации по использованию результатов исследований в производстве СК.

6.1 Показано, что с увеличением содержания углерода в коррозионностой-кой аустенитной хромоникелевой стали возрастает чувствительность к росту степени сенсибилизации на всех этапах изготовления СК. Эта закономерность проявляется во всех зонах СК.

6.2 Степень сенсибилизации металла СК увеличивается и может достигать недопустимых значений из-за воздействия технологических и эксплуатационных факторов при изготовлении и во время эксплуатации СК.

6.3 Наиболее опасной зоной СК с точки зрения коррозионных разрушений является вершина гофра сильфона, особенно зона термического влияния на расстоянии 0,3 - 2,5мм от линии сплавления. В этой зоне прежде всего возможно превышение допустимых значений степени сенсибилизации и потеря коррозионной стойкости.

7. Доказано, что стали типа Х18Н9 могут быть склонны к КР, которое носит межкристаллитный характер, даже при температуре, близкой к комнатной. Эта склонность проявляется при наличии хлоридов в окружающей и транспортируемых средах.

8. Сформулированы дополнительные требования к марочному составу коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение МКК, МККР и ПК

9. Разработаны и внедрены в технологический процесс методики:

- экспресс оценки состояния коррозионной стойкости и расчета остаточного срока службы по критерию коррозионной стойкости металла сильфона;

- продления срока службы сильфонных компенсаторов с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.экспресс оценки состояния коррозионной стойкости металла сильфона и оценки ресурса СК

10. Осуществлено внедрение в проектирование и производство на предприятиях ФГУП "Компенсатор" и ОАО"Металкомп". Экономический эффект образуется в сфере эксплуатации СК и может достигать значений порядка 60 тысяч долларов США в расчете на одного судовладельца в течение гарантированного ресурса СК.

1.Акользин П.А., Герасимов В.В. Коррозия конструкционных материалов ядерных и тепловых энергетических установок. М., Высшая школа, 1963, 234с.

2. Берштейн М.Л., Ковалева А.Д. Металловедение и термическая обработка металлов. 1960, №8, 25с.

3. Бесценная Н.А. Вопросы судостроения, серия Металловедение, 1979, вып. 28, с.45.

4. Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. Выбор метода оценки коррозионной стойкости сильфонных компенсаторов из аустенитной хромони-келевой стали. Защита металлов, 2001, Т37, №3, с.326-328.

5. Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. О предельной концентрации молибдена в питтингостойких аустенитных сталях. Защита металлов, 2001, Т37, №6, с.659-664.

6. Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. Циклическая и коррози-онно-механическая прочность многослойных сильфонов, выполненных из хромоникелевых сталей. Защита металлов, 2002, Т38, №3, с.301-309.

7. Бильчугов Ю.И., Макарова Н.Л., Назаров А.А. Неразрушающий метод контроля коррозионной стойкости многослойных сильфонов их хромоникелевых сталей. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. Пенза, 2002, с.264-265.

8. Боголюбский С.Д. и др. Тезисы докладов на Всесоюзном совещании "Пути повышения коррозионной стойкости и рационального использования коррозионностойких металлов в народном хозяйстве"(Октябрь 1978, ВДНХ СССР), М., Черметинформация, 1978.

9. Боголюбский С.Д. и др. Термодинамический анализ влияния хрома и углерода на межкристаллитную коррозию сталей с 20% никеля. Защита металлов. 1976, Т. 12, №4, с.373-380.

10. П.Богоявленский B.JI. Коррозия сталей на АЭС с водным теплоносителем. М., Энергоатомиздат, 1984, 168с.

11. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев, Наукова думка, 1977, 264с.

12. Вердина Л.Б., Макарова Н.Л., Назаров А.А. Вопросы судостроения, серия Металловедение. 1981, вып.32, с.66.

13. Н.Гегенова Н.Б., Муджир В.М., Княжева В.Н. Защита металлов. .1972, Т8, с.420-423.

14. Герасимов В.В., Герасимова Л.В. Коррозионное растрескивание нержавеющих сталей. М., Металлургия, 1976, 174с.

15. Герасимов В.В., Монахов А.С. Материалы ядерной техники. М., Энергоиздат, 1982, 287с.

16. Гольдштейн М.И. и др. Специальные стали. М., Металлургия, 1985,407с.

17. ГОСТ 6032. Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы испытания на стойкость против межкристаллитной коррозии. М., Издательство стандартов, 1990, 58с.

18. ГОСТ9.901.4 Металлы и сплавы. Испытание на коррозионное растрескивание образцов при одноосном растяжении. М., Издательство стандартов, 1990, 6с.

19. ГОСТ9.908. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. М., Издательство стандартов, 1986, 11с.

20. ГОСТ9.912. Металлы и сплавы коррозионностойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии. М., Издательство стандартов, 1990, 18с.

21. ГОСТ9.914. Стали коррозионностойкие аустенитные. Электрохимические методы определения стойкости против межкристаллитной коррозии. М., Издательство стандартов, 1990, 58с.

22. ГОСТ27.002. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М., Издательство стандартов, 1990, 37с.

23. Гуляев А.П. Металловедение. М., Металлургия, 1977, 645с.

24. Жигачева Н.И., Назаров А.А., Степанов Ю.В. Вопросы судостроения, серия Металловедение. 1981, Вып.32, с.82.26.3оленко Т.А. Защита металлов. 1975, Т21, №2, с.76-81.

25. Карцев А.И. О методах определения долговечности линзовых компенсаторов. Проблемы прочности. 1970, №2, с.81-86.

26. Колотыркин Я.М., Фрейман Л.И. Роль неметаллических включений в коррозионных процессах. Итоги науки. Сер. Коррозия и защита от коррозии: М., ВИНИТИ, 1978, Т6, с.5-21.

27. Контарович И.Е. Термическая обработка стали и чугуна. М., Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1950, 683с.

28. Лепорк К.К. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, ЦНИИТС, 2002.

29. Лепорк К.К., Спиридонов А.В. Освидетельствование и дефектация сильфонных компенсаторов в период ремонта кораблей. Судостроение, 1999, Выпуск 1, с.55-57.

30. Лепорк К.К., Спиридонов А.В., Тереньтьев О.Н. Повышение эксплуатационной надежности сильфонных компенсаторов. "Судостроение", 1995, Выпуск 1, с. 17-18.

31. Макарова Н.Л., Назаров А.А. Защита металлов. 1997, ТЗЗ, №5, с.489492.

32. Макарова Н.Л., Назаров А.А. Патент №RU2087551 cl от 29.11.93. 1997. Бюл. №23. с.5-7.

33. Макарова Н.Л., Назаров А.А. Электрохимический метод НК коррозионной стойкости сталей. В мире неразрушающего контроля. 1998, №2, с.20-21.

34. Максимова Г.Ф., Шрейдер А.В., Дьяков В.Г. Применение волнистых компенсаторов с гибким элементом из стали Х18Н10Т. Химическое и нефтяное машиностроение, 1972, №5, с. 19-21.

35. Назаров А.А. Вопросы судостроения. Сер. Металловедение. Металлургия, 1984, Вып.41, с.37-42.

36. Назаров А.А. Сб. статей. Сер. Материаловедение. Вып. 10. Металловедение. Металлургия, 1989.С54.

37. Назаров А.А. Склонность стали к межкристаллитной коррозии и современные методы ее оценки. СПб., ЦНИИ "РУМБ", 1991, 84с.

38. Петров А.А., Быков В.П., Шнель О.О. Неразрушающий контроль на Ленинградской АЭС. В мире неразрушающего контроля. 1999, №6, с. 19-21.

39. Погодин В.П., Богоявленский В.Л., Сентюрев В.П. Межкристаллитная коррозия и коррозионное растрескивание нержавеющих сталей в водных, средах. М., Атомиздат, 1970,421с.

40. РозенфельдИ.Д. Коррозия и защита металлов(локальные коррозионные процессы). М., Металлургия, 1970, 448с.

41. Серенсен С.В., Кочнев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. М., Машиностроение, 1975, 488с.

42. Сильфоны. Расчет и проектирование. Под ред. Андреевой Л.Е. М., Машиностроение, 1975, 156с.

43. Скорчелетти В.В. Коррозия металлов. Книга вторая.-М., Госхимиздат, 1952, с.689-691.

44. Сокол И.Я., Ульянин Е.А. и др. Структура и коррозия металлов и сплавов. Атлас. Справочное издание. М., Металлургия, 1989, 400с.

45. Справочник по коррозии и износу в ядерных реакторах с водяным охлаждением. Перев. с англ. Под ред. Де Поля М., Атомиздат, 1960, 148с.

46. Стандарты ассоциации изготовителей компенсаторов. Пятое издание. США, Нью-Йорк, 1980, 230с.

47. Тепловые электростанции, теплофикация и тепловые сети. Выпуск 3. Новые конструкции компенсаторов для тепловых сетей. М., 1987, 21с.

48. Томашов Н.Д. и др. Сборник"Производство и обработка стали и сплавов".М., Металлургиздат, 1958, 574с.

49. Томашов Н.Д., Доронин В.И. Защита металлов. 1975, Т11, с.290-295.

50. Томашов Н.Д., Трефилов В.И. Защита металлов. 1963, Т1, с. 168-172.

51. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы. М., Металлургия, 1986, 359с.

52. Ульянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы. Справочник. М., Металлургия, 1991,256с.

53. Хакл Л., Мюллер Т. Разработка мер защиты металлов от коррозии. Тез. доклад. СЭВ, 26-30 октября 1971, Прага, 1971.

54. Цинман А.И., Дектярева В.К. Защита металлов, 1970, Т.6, №4, с.272274.

55. Чигал В. Защита металлов. 1974, Т.10, с.279-283.

56. Чигал В. Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей. Ленинград, Химия, 1969, 231с.

57. Шварц Г.Л., Кристаль М.М. Коррозия химической аппаратуры. М., Машгиз, 1958, 43с.

58. Щепинов В.П., Щиканов А.Ю. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001, Т67, №9, с.54-57.

59. Эванс Ю. В сб. "Коррозионное растрескивание и хрупкость". Перев. с англ. М., Машгиз, 1961, 119с.

60. Эделяну С. Сб. "Коррозионное растрескивание и хрупкость". Перев. с англ. М., Машгиз, 1961, 119с.

61. ASTMG108. Standart metod for electrochemical reactivation(EPR) for detecting sensibilization of AISI 304 and 304L stainless steel. 1992.

62. Azar R., Streicher V. Corrosion. 1984, Vol.40, N8, p.393-397.

63. Bond A.P. Journ. Elec. Soc.1973, N 120, p.453.

64. Briant C.L. Corrosion. 1982, Vol.41, N9, p.596.

65. Brighman R. Corros. Sci. 1975, V.15, №4, p.67.

66. Brinham R.J., Tozer E.W. Localized Corrosion resistence of Mn-substitutedaustenitic stainless effect of molibdenum and chromium. Corrosion, 1976, V.32, №7, p.274-276.

67. Chiqal V., Hubackova. J. Corros. Sci. 1984, Vol.24, N9, p.512.

68. Chiqal V. Werkstoffe und korrosion. 1976, Bd.27, s. 131-137.

69. France W.D., Gree N.D. Corrosion. 1968, Vol.24, №9, p.403-407.

70. Fumio U., Teruaki K. Reseach Inst. Ishikawajama-Harima Co. Ldt. Tokio, 1983, Vol.3, №17,p.894.

71. Garner A. Weld J. 1983, V.62, № l,p.37.

72. Green S J., Pain P.N. Materials performance in nuclear pressurized water reactor steam ganerator. Nucl. Technology. 1981, V.55, №1, p. 10-17.

73. Henry I. Revue de metallurqie. 1963, Vol.57, №3, p.243-246.

74. Herbsleb G. Corros. Sci. 1980, V.20, №4, p.243.

75. Hitoshi U. Jap. Soc. Mater. Sci. 1987, Vol.36, №405, p.610.

76. JISG0580. Method of electrochemical potentiokinetic reactivation ratio measuarent for stainless steel. Japan Indastrial Standart G.986.

77. Latanision R.M., Staehle R.W. Fund. Asp. of SCC. Houston, Texas, NASE, 1969, p.214.

78. Lee J., Smith I. Corrosion. 1985, Vol.41, №2, p.76-81.81 .Maketura Т., Yamamoto K., Kaqawa N. Mater. Perform. 1985, V.6, №1,p.26.

79. Majidi A.B. Corrosion. 1984, Vol.40, №11, p.584-589. 83.Silence W.L. Alloy selection for FGD system. Proceding of NACE seminar. Colorado, 1981, V.2, p. 152.

80. Sugimoto K., Sawada Y. Corros. Sci. 1977, V.17, №4, p.434. 88.Szklarska-Smialovska S. The pitting of iron -chromium alloys In Proceed . Conf "Localized corrosion", NASE, Virdginia, 1971.

81. Theus G.J., Staehle R.W. SCC and HF of Iron Base Alloys. Houston, Texas, NASE, 1978, p.845.

82. Uhlig H.H. Trans . Amer. Inst. min. met. engrs. 1940, №140, p.92.

83. Yonqer R.N. Corr. Sci. 1963, Vol.57, №2, p.243-247.