Межкристаллитная коррозия (щелочная хрупкость)

Этот вид коррозии проявляется в виде трещин, возникающих чаще всего на развальцованных участках парообразующих труб и в трубных досках. В зоне возникновения трещин деформация металла отсутствует. Поэтому такого вида разрушения условно называют хрупкостью. Механические свойства металла не меняются. Образующиеся трещины имеют древовидную разветвленную форму. Начальные участки трещин ответвлений проходят между кристаллами. В дельнейшем трещины могут проходить через зёрна кристаллов. Скорость развития трещин со временем возрастает, что может привести к аварии.

Щелочная хрупкость наблюдается при определенных условиях. Прежде всего необходима коррозионная среда, содержащая щелочь. Другое условие – местное увеличение концентрации щелочи до высоких значений, например, при упаривании парогенераторной воды в неплотностях вальцовочных соединений и сварных швов. Для развития коррозионного процесса металл должен находиться под действием растягивающих напряжений, близких к пределу текучести.

Механизм щелочной хрупкости можно представить следующим образом. Под действием высоких напряжений возникает микрогальванические коррозионные элементы: катодом становятся зерна кристаллов, анодом – граница между ними. Щелочной раствор разрушает границы зерен. Выделяющийся на катоде водород легко диффундирует в толщу металла. При этом он реагирует с углеродом, сульфидами и другими включениями, образуя газообразные продукты. Последние плохо диффундируют в металл и создают дополнительные разрывающие напряжения, которые способствуют углублению и расширению трещин.

Щелочная хрупкость является частным случаем электрохимической коррозии, развивающейся по границам зерен напряженного метала в концентрированном щелочном растворе (парогенераторной воде).

Борьба со щелочной хрупкостью ведется путем устранения причин её возникновения: высоких растягивающих напряжений, неплотностей и агрессивности парогенераторной воды. Агрессивность парогенераторной воды снижают введением фосфатов и нитратов при фосфатном или фосфатно-нитратном режиме внутрипарогенераторной обработки воды.

 

Подшламовая коррозия

В парогенераторы во время работы могут поступать продукты коррозии питательного тракта в виде окислов железа и меди. Эти соединения отлагаются на некоторых наиболее напряженных, в тепловом отношении, участках парообразующих труб. Под прикипевшим шламом происходит разрушение защитной окисной пленки, и возникают анодные участки.

Остальная поверхность труб, с равномерно распределенной накипью, становится катодом.

Анодная стадия процесса коррозии заключается в переходе металла в раствор

Fe→Fe²⁺+2е (4.2.4)

Катодная стадия процесса осуществляется при деполяризации катодных участков твёрдыми окислами трехвалетного железа

Fe₃О₄nH₂О+2е→2Fe(ОН)₃+ (n-3)H₂О+2ОН¯ (4.2.5)

В дальнейшем

Fe²⁺+2ОН^-→Fe(ОН)₂; (4.2.6)

Fe(ОН)₂+2Fe(ОН)₃→Fe₃О₄+4H₂О (4.2.7)

После накопления на анодных участках значительного количества окислов железа электрохимическая стадия процесса тормозится. Дальнейшее разрушение стали происходит вследствие её химического взаимодействия с водяным паром, образующимся под шламом в зоне перегрева металла трубы.

Повреждение металла труб при подшламовой коррозии имеют вид раковин с резко очерченными краями. Поэтому подшламовую коррозию иногда называют ракушечной.

Для предотвращения подшламовой коррозии содержание окислов железа и меди в питательной воде должно быть ограничено.

 

Пароводяная коррозия

В некоторых случаях в парогенераторах протекает так называемая пароводяная коррозия. Она наблюдается в трубах пароперегревателя, в парообразующих трубах при расслоении пароводяной смеси, а также под шламом.

Для протекания пароводяной коррозии температура стенки должна превышать 500 ⁰С, а температура пара 450⁰С.

В этих условиях сталь может достаточно энергично взаимодействовать с парами воды с образованием водорода

3Fe+4Н₂О→Fe₃О₄+4Н₂ (4.2.8)

При высоких температурах заметной становится диссоциация пара на кислород и водород

 

Н₂О→Н₂+О (4.2.9)

Образующийся водород взаимодействует с цементитом стали.

 

2Н₂+Fe₃С→3Fe+СН₄ (4.2.10)

Этот процесс называют обезуглероживанием. Обезуглероживание снижает твердость и прочность поверхностных слоёв стали.

Для предупреждения пароводяной коррозии стали необходимо обеспечить нормальную циркуляцию и отсутствие перегревов металла на всех режимах работы парогенератора.