Способ оценки стойкости сталей и сплавов к коррозии
METHOD FOR ASSESSING THE RESISTANCE OF STEELS AND ALLOYS TO CORROSION

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначено для контроля локальных зон повышенной коррозионной активности ферромагнитных материалов, изделий, оборудования и конструкций на этапе изготовления, строительства, монтажа, ремонта, реконструкции, эксплуатации и технического диагностирования при помощи комплекса магнитных параметров.
Известен способ определения скорости коррозии подземных сооружений, включающий размещение устройства для оценки скорости коррозии в коррозионной среде. Способ основан на возбуждении ультразвуковых колебаний в образце-свидетеле, прием отраженных от поврежденной коррозией поверхности образца-свидетеля эхо-сигналов, анализ эхо-сигналов, расчет толщины образца по времени прихода эхо-сигналов, определение скорости и вида коррозии по изменению значений текущей толщины образца-свидетеля относительно начальной [RU2536779C1, МПК G01N17/02, опубл. 27.12.2014. Способ определения скорости коррозии металлических сооружений и устройство для его реализации].
Недостатками данного способа являются:
− - значительные затраты времени на проведение контроля;
− - наличие контактных поверхностей, подвергающихся интенсивному износу;
− - высокая требовательность к качеству контакта датчиков с поверхностью;
Известен гравиметрический способ определения скорости коррозии, заключающийся в оценке изменения массы образца, подверженного коррозии [Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии. Справ. изд. / Под ред. A.M. Сухотина. - Л.: Химия, 1987. - С.6-12]. Также известен способ определения скорости коррозии по поляризационным кривым [Александров Ю.В. Коррозия газонефтепроводов. Электрохимические методы защиты / Ю.В. Александров. - СПб.: «Недра», 2011. - С.70-85], заключающийся в проведении потенциостатических измерений с использованием образцов металла с построением поляризационных кривых, скорость коррозии оценивается по углу наклона построенных кривых. Данные способы имеют существенное ограничение по месту применения и реализуются только в лабораторных условиях.
Известен способ определения стойкости труб из ферромагнитной стали к внутри котловой коррозии [SU 571658 A1, МПК6 F22B 37/10, F28F 19/00, G01N 17/00, опубл. 05.09.1977], состоящий в измерении коэрцитивной силы материала, значение которой при определенных условиях зависит от толщины металла, изменяющегося при коррозионном разрушении стали.
Недостатком известного способа следует отнести значительную методическую сложность процедуры подбора размеров полюсов для обеспечения необходимой зависимости коэрцитивной силы от толщины для конкретного материала.
Наиболее близким по технический сущности, принятым в качестве прототипа, является способ контроля избыточной коррозии стали по величине поля остаточной намагниченности [RU (11) 2 570 704(13) C1, МПК G01N 17/00, опубл. 10.12.2015].
Недостатком известного способа является влияние напряженно-деформированного состояния на величину магнитного поля создаваемого остаточной намагниченностью и необходимость проведения размагничивания испытуемого ферромагнетика.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа определения локальных зон повышенной коррозионной активности за счет применения комплексного параметра, основанного на спектральных составляющих, полученных из петель магнитного гистерезиса (кривой перемагничивания) ферромагнетика, что позволяет проводить испытания как в лабораторных, так и в полевых условиях при сохранении высокой оперативности и скорости проведения контроля коррозионных характеристик.
Результатом применения такого вида контроля является повышение оперативности и точности контроля коррозии ферромагнитных материалов, изделий, оборудования и конструкций.
Отличительными чертами способа является то, что полученные гармоники Фурье – спектра фактически несут информацию о всех точках петли магнитного гистерезиса, а следовательно, и структурных составляющих материала и его свойствах в отличие от стандартных методов, где используются только некоторые из этих точек для целей неразрушающего контроля: коэрцитивная сила, магнитная проницаемость, релаксационная коэрцитивная сила, дифференциальная магнитная проницаемость и др.
Способ заключается в том, что на контролируемом стальном изделии при помощи магнитного структуроскопа или иного устройства, или системы снимают динамические или квазистатические петли магнитного гистерезиса (кривые перемагничивания). В целях предупреждения возникновения помех, вносящих искажения в полученные результаты, следует учитывать: анизотропию свойств ферромагнитного материала; наличие вихревых токов, которые ограничивают глубину промагничивания и искажающие амплитуду и фазу выходного сигнала; ограничения глубины промагничивания изделия, связанные с конструктивными особенностями устройства.
Для обработки могут быть использованы как частные, так и полные петли магнитного гистерезиса (кривая перемагничивания). Для снятия петель магнитного гистерезиса (кривой перемагничивания) ток намагничивания и размагничивания, формируемый на приборе, может описываться некоторой пилообразной или синусоидальной функцией. Учитывая прямую пропорциональность между изменяющейся во времени величиной тока и напряженностью магнитного поля становится возможным сделать замену, представив напряженность магнитного поля в виде «псевдовременной» величины по формуле 1:
(1)
где  – время, с;
– напряженность магнитного поля, А/м;
– коэффициент перевода.
Симметрично отобразив нисходящую (верхнюю) или нисходящую (нижнюю) ветвь петли относительно вертикальной прямой, проходящей через точку . Таким образом, получается представление петли гистерезиса в виде функции  (фиг.1). Для такой функции может быть выполнено преобразование Фурье.
Для дискретных данных необходимо произвести обработку, учитывая возможность наличия различного шага дискретизации между соседними значения в массиве обрабатываемых данных. Для этого можно использовать метод численного интегрирования или другие математические методы, предназначенные для нахождения промежуточных значений. Например, формулы для расчёта коэффициентов ряда Фурье с учетом метода численного интегрирования примут следующий вид:
(2)
(3)
где – период функции;
– начальное значение аргумента;
– значение аргумента в анализируемой точке;
– число анализируемых точек;
– шаг дискретизации по аргументу.
Амплитуды гармоник определяются согласно формуле 4.
(4)
где  – коэффициент ряда Фурье, характеризующий косинусоидальные составляющие;
– коэффициент ряда Фурье, характеризующий синусоидальные составляющие.
Комплексный параметр может быть представлен как сумма, разность, произведение или отношение амплитудных составляющих или комбинацией данных процедур над амплитудами гармоник. Например, комплексный параметр P1 может определяется как:
(5)
где  – амплитуда первой гармоники;
– амплитуда третьей гармоники;
– амплитуда пятой гармоники.
По полученным в результате спектрального анализа гармоническим составляющим или различной их комбинации определяют скорость коррозии согласно уравнениям регрессии, полученным по ранее определенным зависимостям (фиг. 2, 3) изменения амплитуд гармонического спектра от скорости коррозии в определенной агрессивной середе. На фиг. 2а представлена зависимость величины амплитуды третьей гармоники от скорости коррозии для термообработанных образцов стали 45Х в 5% растворе соляной кислоты, на фиг. 2б зависимость амплитуды пятой гармоники от скорости коррозии для термообработанных образцов стали 45Х в 5% растворе серной кислоты. Зависимости комплексного параметра Р1 от скорости коррозии стали 09Г2С в 3% растворе соляной кислоты представлена на фиг. 3а. Фиг. 3б - зависимость комплексного параметра Р1 от скорости коррозии сталей различных марок в морской воде. Фиг. 3в - зависимость комплексного параметра Р1 от скорости коррозии сталей различных марок в 5% растворе серной кислоты
Регрессионные уравнения могут служить градуировочными кривыми, по котором можно определить насколько хорошо материал будет сопротивляться коррозии, предварительно определив гармонический спектр. По рассчитанной величине скорости коррозии судят о наличии зон повышенной активности изменения структуры материала, которая вызывает повышенную коррозию изделия в этой зоне.