.RU

Сравнительные испытания коррозионностойких крепежных изделий для водопроводной сети


СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ

Козлов М.Н., Меньщикова О.А., Доможаков Д.А.

МГУП «Мосводоканал», Москва, Россия

Горицкий В.М, Хромов Д.П.

Центральный НИПИ строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова, Москва, Россия


МГУП «Мосводоканал» проводит большую работу по внедрению современного оборудования и материалов на водопроводных сетях. При прокладке и реновации сетей используются трубопроводы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), срок службы которых составляет более 70 лет. Разработаны технические требования к запорно-регулирующей арматуре, устанавливающие гарантийные требования к этим изделиям 10 лет и срок эксплуатации 50 лет. Эти мероприятия должны обеспечить надежную работу водопроводной сети, снизить потери воды при транспортировке потребителю.

В условиях применения долговечной запорно-регулирующей арматуры и трубопроводов из ВЧШГ особое значение имеет выбор материалов крепежных изделий, обеспечивающих герметичность фланцевых и раструбных соединений в течение всего срока эксплуатации. Опыт применения крепежа из низкосортных углеродистых сталей показал, что срок службы пары болт – гайка не превышает 15 лет при самых благоприятных условиях. Как правило, в течении 5 лет эксплуатации крепежные изделия, установленные в камерах и колодцах требуют замены из-за коррозионных разрушений. Большая часть крепежа (по разным оценкам от 15 до 30%) выходит из строя в течении 2 лет эксплуатации. Причиной интенсивной коррозии является высокая влажность воздуха в местах его установки, высокое солесодержание за счет попадания противогололедных реагентов, наличие конденсата на крепеже, наружных стенках трубопроводов и арматуры даже в теплый период года. Все эти факторы приводят к тому, что поверхность крепежных изделий постоянно покрыта концентрированным солевым раствором с высоким содержанием растворенного кислорода.

Коррозия является проблемой не только для водопроводно-канализационного хозяйства г. Москвы. В промышленно развитых странах ущерб от коррозии составляет от 2 до 4% валового национального продукта. Экономические убытки от коррозии металлов огромны. По оценкам экспертов, годовые убытки от коррозии в США превышают $100 млрд., на территории стран СНГ они составляют $60–80 миллиардов в год. В России коррозия за год уничтожает 25–30% годового объема производства черных металлов. По данным Института физической химии РАН, каждая шестая домна в России работает впустую — весь выплавляемый металл превращается в ржавчину.

На борьбу с коррозией во всем мире расходуется $300 миллиардов в год. Разработка и практическое использование эффективных средств противокоррозионной защиты позволяют не только уменьшить потери металла, но и увеличить эксплуатационный период изделий из стали, а также уменьшить себестоимость и повысить экономическую эффективность производств, использующих современные материалы.

Для обеспечения долговечности крепежа в МГУП «Мосводоканал» проводятся исследования по выбору оптимальных материалов и методов их антикоррозионной защиты. Одним из перспективных материалов на первом этапе испытаний рассматривалась сталь 20Х13, показавшая хорошую стойкость к коррозии при использовании в запорно-регулирующей арматуре. Однако производственные испытания болтов из этого типа стали показали недостаточную прочность этого материала без специальной термообработки, что приводило к массовому выходу болтов из строя при закручивании. Также неудовлетворительным оказалось применение крепежа, покрытого цинком электрохимическим методом. Недостаточная толщина цинкового покрытия (до 10 мкм) приводила к его быстрому разрушению под действием коррозии, после чего износ крепежа становился аналогичным тому, который наблюдался на деталях без оцинкования.

В настоящее время на предприятии ведутся эксплуатационные испытания болтов и гаек из аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т (международное обозначение А2). Эксплуатация изделий из этой стали показала ее высокую коррозионную стойкость. Однако при ее массовом использовании стали наблюдаться случаи заедания резьбовых соединений на стадии приложения нагрузки (затяжке). Это создало большие проблемы перед эксплуатационными подразделениями при работе в камерах и колодцах. Заедание резьбового соединения крепежного изделия происходило за счет пластичного разрушения витков резьбы. При откручивании такого соединения происходило заклинивание гайки на участках разрушенной резьбы. Производство работ осложнялось тем, что жаропрочная нержавеющая сталь аустенитного класса 12Х18Н10Т плохо поддается механической и газовой резке, как правило, применяемой для удаления болта (гайки) в случае невозможности отвинчивания гаечным ключом. Высокая вязкость стали привела к повышенному износу ножовочных полотен при распиливании заклинившихся соединений.

Для изучения причин разрушения резьбы при закручивании совместно с ЗАО "ЦНИИПСК им.Н.М.Мельникова" были проведены исследования крепежных изделий из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, поставляемых в МГУП «Мосводоканал». Исследования включали проведение измерения твердости, испытаний на разрыв и определение коэффициента закручивания.

По величине разрушающей нагрузки (временного сопротивления) сталь нержавеющих болтов (относящихся к группе 21 по ГОСТ 1759.0) существенно превосходит нормативные значения и требования, предъявляемые ГОСТ 1759.4 (ISO 898) к сопоставляемым болтам класса прочности 5.8 из углеродистых сталей. Однако величина пробной нагрузки, определяемая пределом текучести, при которой в болтах начинается микропластическая деформация, для нержавеющей аустенитной стали примерно в 2 раза ниже, чем для углеродистой.

Коэффициент закручивания определяли с помощью динамометрического контрольного прибора ДКП-15 на болтокомплектах (болт + гайка) М16 и М20. Экспериментально определенный коэффициент закручивания К для болтокомплектов из стали 12Х18Н10Т колебался в интервале от 0,25 до 0,36 (рис.1). При этом увеличение момента закручивания не приводит к пропорциональному росту растягивающего усилия (рис.2), т.е. приложенное усилие тратится не на стягивание фланцевых соединений, а на преодоление трения в паре болт-гайка. Высокое трение вызывает повреждение поверхности, ведет к развитию процессов микросварки и в последствии - к заеданию резьбового соединения. Такое поведение резьбовых соединений из нержавеющей стали А2 обусловлено двумя основными факторами: отсутствием плотных окисных пленок на поверхности свинчиваемых деталей и низким пределом текучести рассматриваемой стали.





Рис. 1. Результаты определения коэффициента закручивания





Рис. 2. Зависимость растягивающего усилия от крутящего момента


Было отмечено также, что низкий предел текучести нержавеющих сталей типа А2 приводит к возможности легкого повреждения резьбы при транспортировании, хранении и сборке метизного крепежа. Возникающие дефекты способствуют увеличению трения и, соответственно, заеданию резьбы при закручивании.

За счет нанесения консистентной (графитовой) смазки в значительно степени удается уменьшить трение (К = 0,15 – 0,20) (рис.1) и исключить эффект заклинивания болтов.

В целях снижения затрат на крепежные изделия был проведен поиск более дешевых материалов, способных противостоять коррозии в условиях эксплуатации водопроводной сети. С этой целью были рассмотрены разнообразные методы антикоррозионной обработки крепежной продукции из углеродистых сталей: фосфатирование, оксидирование, кадмирование и различные способы цинкования (гальваническое, металлизационное, горячее и термодиффузионное). Изучение теоретических основ процессов нанесения покрытий, сравнение их достоинств и недостатков, позволило сделать вывод, что из всех видов антикоррозионной защиты только кадмирование и термодиффузионное цинкование (ТДЦ) наиболее подходят для защиты крепежных изделий, предназначенных для эксплуатации в камерах и колодцах водопроводной сети. Недостатком кадмирования является очень высокая токсичность производства, что привело к запрету на применение этого метода в развитых странах, в том числе в России.

Цинковое покрытие является наиболее оптимальным по защитным свойствам, стоимости и влиянию на окружающую среду. Этим обусловлен тот факт, что на защиту стали идет порядка 40% мирового производства цинка. Защитные свойства цинковых покрытий являются производными от толщины и степени сродства (адгезии) с защищаемым металлом. К методам получения покрытия достаточной толщины относятся горячее и термодиффузионное цинкование (ТДЦ).

При горячем цинковании возможно получение покрытий толщиной до 100 мкм и более. Однако, при нанесении цинка на резьбу для этого метода характерна неоднородность толщины слоя. Меньшая толщина возникает на гребнях резьбы и большая во впадинах. Для обеспечения свинчиваемости необходима дополнительная обработки резьбы на готовом изделии, при которой возможно повреждение защитного слоя. От этих недостатков свободен метод термодиффузионного цинкования. При отлаженном технологическом процессе толщина защитного покрытия ТДЦ определяется продолжительностью процесса термической диффузии и равномерна по всей поверхности изделия.

Термодиффузионное покрытие крепежных изделий обеспечивает неразрывную связь металла с покрытием из цинка. Нанесение покрытие ведется при температуре более 300 градусов. В этих условиях происходит не просто адгезия цинка к поверхности стали, как случае с горячим цинкованием, а диффузия цинка в сталь. В результате на поверхности образуются интерметаллиды (сплавы) цинка с железом. Соединение интерметаллидов со сталью равно прочности самой стали. Именно поэтому покрытие ТДЦ имеет высокую когезивную прочность. Термодиффузионный слой цинка точно повторяет контуры изделий, он однороден по толщине на всей поверхности и может быть нанесен толщиной от 5 до 110 мкм.

ТДЦ покрытие является анодом по отношению к черным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. При аналогичной толщине слоя, долговечность (коррозионная стойкость) покрытия, нанесенного термодиффузионным способом, в 3-5 раз выше, чем при гальваническом, и в 1,5-2 раза выше, чем при горячем цинковании изделий. Повышенная (по сравнению с гальваническим и металлизационным цинковым покрытием) микротвердость диффузионных цинковых покрытий обеспечивает им достаточно высокую сопротивляемость абразивному износу (возможность применения в изделиях, подвергаемых частой сборке-разборке). Преимущества термодиффузной технологии покрытий по сравнению с гальваническим способом состоит не только в ее превосходстве по коррозионной стойкости, но и в том, что она не вызывает необратимого водородного охрупчивания металла во время процесса нанесения. В связи с тем, что в слое ТДЦ содержится значительное количество интерметаллидов, обеспечивается большая стойкость покрытия по сравнению со слоем цинка такой же толщины, нанесенным методом горячего цинкования. Отсутствие пор в слое ТДЦ снижает скорость коррозии и позволяет ограничиться покрытием толщиной в 25 мкм.

ТДЦ используется для защиты от коррозии различных металлоизделий, эксплуатирующихся в жестких коррозионно-эрозионных условиях в гражданском и промышленном строительстве, в коксохимической и нефтедобывающей промышленности, судостроении и морском флоте - в первую очередь для защиты различных трубопроводных систем и технологических аппаратов, а также для защиты крепежных изделий в автомобилестроении. Широкое применение метод нашел за рубежом: в Бельгии, Израиле, Швеции, Англии, Нидерландах и Италии. В России широкое применение ТДЦ только начинается, разработана необходимая нормативная база (ГОСТ Р 9.316-2006 "Покрытия термодиффузионные цинковые"), в разных городах запущено в эксплуатацию производство ТДЦ.

Положительные свойства покрытия методом ТДЦ позволили рекомендовать его для проведения испытаний. Поскольку при оптимальной технологии ТДЦ сохраняются исходные механические свойства крепежных изделий, было проведено только определение коэффициента закручивания болтокомплектов в состоянии поставки. Экспериментально определенный коэффициент закручивания составил 0,15 … 0,20, что существенно ниже, чем для крепежа, изготовленного из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (К = 0,25 … 0,36).

Проведенные исследования позволили сделать вывод о перспективности применения в МГУП «Мосводоканал» крепежных изделий с ТДЦ покрытием. Следует отметить, что при изготовлении крепежных изделий с ТДЦ покрытием важно соблюдать допуски на геометрические размеры резьбы болта и гайки, обеспечивающие свинчиваемость изделий. Так в испытаниях изделий от разных производителей ТДЦ было зафиксировано, что в случае нарушения допусков при выборе исходных изделий и ошибок в нанесении необходимой толщины слоя происходило заклинивание гайки или появление избыточного зазора в резьбовом соединении. Был сделан вывод о необходимости строгого контроля качества закупаемых изделий, подвергаемых цинкованию, т.к. ТДЦ полностью повторяет абрис конструкции и сохраняет все имевшиеся дефекты металла. При оценке качества оцинкованной продукции особое внимание следует обращать на коррозионную стойкость покрытия, его адгезию, толщину и коэффициент закручивания. Сопрягаемые детали должны быть обработаны в тех же условиях и с теми же параметрами, для исключения образования гальванической пары.

В 2008 году исследования будут продолжены на опытной партии крепежных изделий весом 2,5 т, покрытых методом термодиффузионным цинкования. Предварительное технико-экономическое сравнение показало, что крепеж, обработанный методом ТДЦ, на 10% дороже анодированного крепежа и в 1,5 раза дороже крепежа из "черной" стали без покрытия. Прогнозируемый срок службы изделий с ТДЦ в 3-5 раза больше, чем из низкосортных углеродистых сталей. Стоимость нержавеющих металлоизделий из аустенитной стали в 3,7 раза превышает стоимость изделий с ТДЦ при сравнимых сроках службы. В случае положительных результатов испытаний опытной партии, замена крепежа из стали 12Х18Н10Т на крепеж из углеродистой стали с термодиффузионным цинковым покрытием позволит достигнуть экономического эффекта более 10 млн.рублей в год.

ВЫВОДЫ

При использовании крепежа из стали 12Х18Н10Т увеличение момента закручивания с определенной величины не приводит к пропорциональному росту растягивающего усилия. Приложенное усилие тратится не на стягивание фланцевых соединений, а на преодоление трения в паре болт-гайка. Высокое трение вызывает повреждение поверхности, ведет к развитию процессов микросварки и в последствии - к заеданию резьбового соединения. Такое поведение резьбовых соединений из нержавеющей стали 12Х18Н10Т обусловлено двумя основными факторами: отсутствием плотных окисных пленок на поверхности свинчиваемых деталей и низким пределом текучести рассматриваемой стали.

Низкий предел текучести нержавеющих сталей 12Х18Н10Т приводит к возможности легкого повреждения резьбы при транспортировании, хранении и сборке метизного крепежа. Возникающие дефекты способствуют увеличению трения и соответственно заеданию резьбы при закручивании.

При производстве работ на водопроводной сети с крепежом из стали 12Х18Н10Т необходимо применение консистентных графитосодержащих смазок.

Проведенные исследования позволили сделать вывод о перспективности применения на водопроводной сети крепежных изделий с ТДЦ покрытием, обладающих высокими прочностными и антикоррозионными свойствами.

sterilizaciya-gazovim-metodom-metodicheskie-ukazaniya-po-dezinfekcii-predsterilizacionnoj-ochistke-i-sterilizacii.html
sterkin-f-asker-zade-n-otkritie-emitenta1-.html
sterlitamakskij-pivomyodovarennij-zavod-prinadlezhit-kupcu-a-s-dezorevu-i-ego-proizvodstvennaya-moshnost-sostavlyaet-7518-vyoder-v-god.html
sterzhnevoj-sostavnoj-preobrazovatel-s-dvumya-nakladkami.html
sti-dalee-dou-otkrito-v-1973-godu-s-1998-goda-dou-poseshayut-deti-s-nevrologicheskimi-i-allergicheskimi-zabolevaniyami-vrozhdennaya-subkompensirovannaya-i-kompensir.html
stigmatiki-majkl-a-kremo.html
  • turn.bystrickaya.ru/ot-serdca-k-serdcu-gosudarstvo-reshilo-pomogat-negosudarstvennim-organizaciyam-svyazannim-s-razvitiem-grazhdanskogo.html
  • control.bystrickaya.ru/chajkovskij-p-i-albom-pes-perelozhenie-dlya-skripki-i-f-no.html
  • credit.bystrickaya.ru/paspor-t-sostoyaniya-i-razvitiya-malogo-i-srednego-predprinimatelstva-stranica-4.html
  • doklad.bystrickaya.ru/vasilyok-skaz-o-zolotoj-sosne-predislovie.html
  • write.bystrickaya.ru/espozito-prosit-za-priezd-v-moskvu-100-tisyach-dollarov-30-06-2010-27-01-201-2-glavnie-novosti-sporta-5.html
  • desk.bystrickaya.ru/permskaya-gosudarstvennaya-medicinskaya-akademiya-im-akademika-e-a-vagnera-roszdrava.html
  • tests.bystrickaya.ru/kosmos-vo-imya-budushego.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rasskazov-s-d-stranica-33.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/valerij-lejbin-slovar-spravochnik-po-psihoanalizu-izdatelstva-stranica-70.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/sklonenie-chlennih-polnih-form-prilagatelnih-uchebno-metodicheskij-kompleks-dpp-f-03-staroslavyanskij-yazik-specialnost.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/programma-mezhdunarodnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-5-6-iyunya-2006-goda-g-tyumen-organizatori.html
  • institut.bystrickaya.ru/stolica-i-provinciya-andrej-tayushev-andrej-belishev-pavel-trubinskij.html
  • literature.bystrickaya.ru/byudzhetnoe-planirovanie-chast-6.html
  • notebook.bystrickaya.ru/kankun-durban-konkretizaciya-i-formalizaciya-novoj-paradigmi-globalnih-dejstvij.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/statya-110-nalogovie-dohodi-stranica-10.html
  • education.bystrickaya.ru/36-slovosochetanie-sintaksicheskaya-svyaz-i-vidi-sintaksicheskih-svyazej.html
  • college.bystrickaya.ru/12-socialnaya-transformaciya-modernizacionnaya-ramka-sovet-po-nacionalnoj-strategiialternativi-rossijskoj-modernizacii.html
  • school.bystrickaya.ru/akciznoe-nalogooblozhenie-v-rf-chast-3.html
  • writing.bystrickaya.ru/luna-i-nlo-chast-4.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/rasskazov-azimova-predlozhil-vipustit-knigu-pod-nazvaniem-i-robot-stranica-11.html
  • kanikulyi.bystrickaya.ru/zanyatie-14-proektirovanie-valov-metodicheskoe-posobie-po-kursu-osnovi-inzhenernogo-proektirovaniya-dlya-studentov.html
  • essay.bystrickaya.ru/chast-ii-evolyuciya-simvolizma-nauki-religii-i-filosofii.html
  • bukva.bystrickaya.ru/ostrov-samos-rodina-pifagora.html
  • control.bystrickaya.ru/biblioteka-mirovoj-literaturi-vostochnaya-seriya-stranica-15.html
  • student.bystrickaya.ru/32-harakteristika-professionalnoj-deyatelnosti-vipusknika-oop-metodicheskie-rekomendacii-po-proektirovaniyu-osnovnih.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/proekt-kulturologii-l-uajta.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-2-elektronnaya-versiya-publikuetsya-s-ispravleniyami-i-dobavleniyami.html
  • letter.bystrickaya.ru/o-i-ananin-kurs-prepodavatel-temi-usoskin-v-m-matovnikov-m-yu-vernikov-a-v.html
  • studies.bystrickaya.ru/23-polozhenie-diaspori-v-xx-veke-polozhenie-diaspori-v-xx-veke-32-sovremennoe-sostoyanie-moskovskoj-indijskoj-diaspori-37.html
  • bukva.bystrickaya.ru/odno-iz-poslednih-proizvedenij-znamenitogo-amerikanskogo-pisatelya-ezhi-kosinski-1933-1991-psihologicheskij-triller-vpechatlyayushaya-rok-n-rollnaya-misteriya-v-k-stranica-12.html
  • esse.bystrickaya.ru/rd-3404122-83-metodicheskie-ukazaniya-normi-kachestva-setevoj-i-podpitochnoj-vodi-vodogrejnih-kotlov-organizaciya.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/specialnie-uchebnoe-posobie-po-discipline-ekonomika-i-menedzhment-promishlennogo-proizvodstva-prednaznacheno-dlya.html
  • lecture.bystrickaya.ru/azastan-respublikasini-shetelderdeg-mekemelern-azastan-respublikasini-azamattiinan-shiu-zhnndeg-zhattardi-resimdeu.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tabii-obektlerd-zara-karim-katinastai-atmosferalik-auani-zherd-azon-kabatin-sudi-topirakti-zher-kojnauin-zhanuarlar-men-smdkter-duniesn-sondaj-ak-klimatti-kosa-algandagi-zhiini-n-m.html
  • college.bystrickaya.ru/35prosmotr-rezultatov-vipolneniya-zadachi-instrukciya-po-ekspluatacii-elektronnih-klyuchej-123-prilozhenie-a-sistemnie-soobsheniya-125.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.