1 стр. из 1

На сегодняшний день алюминий и его сплавы применяются для возведения навесных вентилируемых фасадов (НВФ) зданий. Учитывая активное развитие нового направления в строительстве, был проведен детальный анализ коррозионной стойкости алюминиевых сплавов на основе исследований ОАО «ВИЛС» в природных условиях и испытаний в лаборатории образцов и узлов систем НВФ MAVent, разработанных ООО «АМА ГРУПП». Для исследования использовались прессованные профили из сплава 6063 в естественно состаренном состоянии (Т — по отечественным стандартам, Т3, Т4 — по зарубежным) и искусственно состаренном состоянии (Т1 — по отечественным стандартам, Т6 — по зарубежным).

Испытания на расслаивающую коррозию

Расслаивающая коррозия (РСК) связана с развитием коррозионного процесса в направлении прокатки или прессования, в основном по границам зерен кристаллитов, имеющих продолговатую форму.

По опыту эксплуатации, длительным (до 50 лет) испытаниям в различных атмосферных условиях и результатам лабораторных испытаний по современным методикам, чувствительность к РСК у сплава типа 6063 в состояниях Т4 и Т6 отсутствует.

Тем не менее образцы профилей из сплава 6063 в состояниях Т4 и Т6, использующиеся в НВФ MAVent, были испытаны на РСК по двум методикам, используемым во всем мире. Первая была разработана в ОАО «ВИЛС» (ГОСТ 9.904.82, ISO11881). Испытания проводятся в растворе г/л HCl 13,5 и K2Cr2O7 20 при полном погружении в течение 7 суток. Вторая была разработана «АЛКОА», США (ASTMG34, ISO11881) c использованием раствора, предложенного ВИАМ для испытаний на коррозионное растрескивание. Испытания проводятся в растворе г/л NaCl 225, KNO3 50, HNO3 5,5 2 суток. В соответствии с полученными результатами исследований, проведенных по двум основным методикам, было установлено, что профили из сплава 6063 не чувствительны к РСК. Увеличение времени испытаний в два раза не изменило результатов.

В документе, выпущенном ИЦ «Эксперт-Корр-МИСиС», говорится о том, что сплавы типа АД31 чувствительны к РСК. Однако результаты отсутствуют. Приведена микрофотография (рисунок 1), надпись под которой свидетельствует, что она демонстрирует межкристаллитную коррозию.

Из надписи следует, что она показывает и межкристаллитную и расслаивающую коррозию, но на ней нет ни той, ни другой.

Диаметр питтинга, который виден на микрофотографии, при минимальном увеличении равен не более 0,2 мм, а при максимальном — 0,1 мм. Таким образом, речь идет о питтинговой коррозии, причем достаточно слабо выраженной.

Испытания на коррозионное растрескивание под напряжением

В качестве образцов были взяты два прессованных профиля в состоянии Т6. Круглые образцы испытывались при заданной растягивающей нагрузке в поперечном направлении на установке типа Сигнал, а плоские ДКО (двойной консольный образец) при предварительно выращенной в надрезе усталостной трещины длиной 10 мм.

Эти образцы испытывались при заданной деформации в поперечно-долевом направлении (т. е. трещина развивалась в долевом направлении, а напряжения действовали в поперечном). Оба типа образцов испытывались при переменном погружении в 3,5% раствор NaCl в течение 45 суток.

В соответствии с полученными результатами был сделан вывод, что сплав 6063Т6 не чувствителен к коррозионному растрескиванию (КР).

 Испытания в атмосферных условиях

Испытания проводились на 4-х атмосферных станциях и на палубе научно-исследовательского судна (НИС), курсирующего в течение четырех месяцев по Индийскому океану. На атмосферных станциях испытания проводились в течение 45 лет. Сплав 6063Т6 подвергался только питтинговой коррозии. Максимальная глубина ее была пропорциональна агрессивности станций и возрастала в порядке (мм): 3–0,14; Б–0,16; В–0,26; С–0,32.

Таким образом, в среднеагрессивной атмосфере глубина питтинговой коррозии возрастала не более чем в два раза по сравнению со слабоагрессивной.

Прогнозирование увеличения глубины питтинговой коррозии проводится по формуле:
h = K τ1/n,
где h — максимальная глубина питтинга, К — глубина питтинга за 1-й год, n — константа (в воде и атмосфере n ≈ 3).

Максимальное значение глубины для состояния Т6 на 25% выше, чем для состояния Т4. Но абсолютное значение (0,26 мм) достаточно мало и, как показали эксперименты, не влияет на механические свойства.

Из таблицы 3 видно, что в интервале толщин полуфабриката 2–4 мм коррозия как в состоянии Т4, так и в состоянии Т6 практически не изменяет механических свойств. Полученные цифровые значения находятся в пределах разброса значений, свойственного механическим испытаниям.

Исследования на гальваническую (контактную) коррозию сплава 6063Т6 были проведены на НИС в особо агрессивных условиях. Увеличение глубины питтинговой коррозии на сплаве 6063 Т6 в контакте с аустенитной сталью достигло 40%. При этом глубина питтингов на расстоянии 7 мм от места контакта составляла не более 0,4 мм и не оказывала существенного отрицательного влияния на соединения.

Следует отметить, что в ходе испытаний в натурных и лабораторных условиях в течение 45 лет не наблюдалось ни одного случая расслаивающей коррозии или коррозионного растрескивания сплава типа 6063. Эти виды коррозии отсутствовали даже в тех случаях, когда образцы закреплялись на корпусе НИС в напряженном и ненапряженном состоянии.

Питтинговая коррозия стали и алюминиевых сплавов

Десятилетиями ВИЛС отвечал за выбор алюминиевых сплавов и их коррозионную стойкость и был одним из основных участников при выпуске документов организациями Госcтроя в этом направлении, однако в последние годы эти функции присвоили себе организации, специализирующиеся на сталях. Появился тезис, что алюминиевые сплавы типа 6063Т6, в отличие от нержавеющих сталей, нельзя применять не только из-за их чувствительности к РСК и КР, но и к питтинговой коррозии. Для того чтобы разобраться в данном вопросе, сопоставим коррозионную стойкость сталей и алюминиевых сплавов.

Обычные углеродистые стали корродируют в атмосферных условиях при расположении электродного потенциала коррозии в активной области. При этом наблюдаются не только общее растворение, а слоистое развитие коррозии по типу РСК для высоколегированных алюминиевых сплавов. Поэтому сталь без защиты начинает разрушаться от коррозии сразу после монтажа, и достаточно интенсивно.

Лакокрасочные покрытия на малоуглеродной стали начинают разрушаться уже после 4–6 лет, а с подслоем цинка — через 10–12 лет. Оцинковка толщиной 200 мкм позволяет обеспечивать на стационарных строительных объектах срок службы до 20 лет. Оцинковка толщиной 20–40 мкм в промышленной атмосфере выходит из строя за 1–1,5 года.

В агрессивной промышленной атмосфере практически исключить зарождение и развитие коррозионного питтинга на аустенитной стали можно при легировании их молибденом. При содержании молибдена 2,6% по массе площадь поражения питтинговой коррозией составляет всего лишь около 0,01%.

У аустенитной стали без молибдена сопротивление питтинговой коррозии уменьшается на 2 порядка. Ферритная сталь по сравнению с аустенитной без молибдена при оценке питтинговой коррозии по площади поражения в 10 раз менее стойка, а при оценке по потерям массы — в 1,5 раза.

В промышленной атмосфере глубина питтингов на аустенитной стали меньше, чем на сплаве типа 6063, в морской атмо-сфере такая же или больше.
Таким образом, ферритные стали типа 08Х18Т1 и 08Х17Т не следует применять в конструкциях НВФ. Они значительно более чувствительны к питтинговой коррозии, чем аустенитная. На них значительно быстрее образуется обычная ржавчина. Данные типы стали не рекомендуются для сварки и для конструкций, работающих при температурах ниже -20 0С, в соответствии с ГОСТ 5632.

Как следует из предварительного анализа, в производственных условиях их часто не разделяют, и это, естественно, может наносить существенный вред конструкции в целом при выполнении сварных узлов.

Межкристаллитная коррозия и влияние напряжений

Как показали многочисленные лабораторные и длительные атмосферные испытания, в различных условиях у алюминиевого сплава типа 6063 отсутствует чувствительность к межкристаллитной коррозии. Имеют место две формы питтинга: транскристаллитная — преимущественно у сплавов в естественно состаренном состоянии, и межкристаллитная — в искусственно состаренном. Обе формы чаще развиваются в атмосферных условиях по тоннельному механизму, а не в виде формы, близкой к полусфере. По количественным характеристикам, глубине и числу питтингов они не различаются. Потери механических свойств у них невелики и одинаковы, а потери массы весьма незначительны.

Межкристаллитная коррозия становится опасной в тех случаях, когда сплав одновременно чувствителен и к коррозии под напряжением, и прежде всего к коррозионному растрескиванию. Нержавеющая аустенитная сталь 12Х18Н10Т, рекомендуемая для НВФ, в исходном состоянии не чувствительна к КР. В этой связи для нее, как и для сплавов типа 6063, из которых изготавливаются элементы систем MAVent, межкристаллитная коррозия не представляет опасности. После сварки у нержавеющей стали появляется чувствительность к КР. Это всегда должно учитываться в конструкциях, как, например, учитывается в установках по первичной переработке нефти. По-этому нецелесообразно изготавливать кронштейны для НВФ из стали 12Х18Н10Т. Проще, дешевле и безопаснее изготовить их из сплава 6063Т6.

Выводы

1. Многолетние испытания (45 лет) в различных климатических зонах показали, что прессованные профили из сплава 6063Т6, применяемые в системах MAVent, не чувствительны к расслаивающей коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, что обеспечивает надежную длительную (более 50 лет) эксплуатацию НФС без защитных покрытий (кроме покрытий на внешней облицовке).
2. Питтинговая коррозия, которая свойственна пассивирующимся сплавам, в том числе и аустенитной стали типа 12Х18Н10Т, у алюминиевого сплава 6063Т6 после 10 лет выдержки в наиболее агрессивной атмосфере достигает в отдельных редких точках до 0,3 мм. При дальнейшем увеличении выдержки до 45 лет и более развитие питтинговой коррозии в глубину практически полностью прекращается за счет электрохимического торможения (репассивации). Образовавшиеся коррозионные питтинги не влияют на механические свойства и работоспособность изделий.
3. Гальваническая (контактная) коррозия в сплавах типа 6063Т6 и в контакте с аустенитной сталью 12Х18Н10Т увеличивается не существенно: глубина отдельных питтингов возрастает на 30–40% в зоне до 7 мм от линии контакта. Это не сказывается на работоспособности изделий.
4. Прогнозы показывают, что НФС MAVent, выполненные из сплава типа 6063Т6 без защитного покрытия, с кляммерами и крепежом из стали 12Х18Н10Т обес-печат длительность эксплуатации НФС до 50–100 лет. НФС из стали 12Х18Н10Т не обеспечат долговечность более 25 лет из-за чувствительности сварных соединений этой стали к коррозионному растрескиванию.
5. Ферритные стали типа 08Х18Т1 не пригодны для НФС из-за низкой коррозионной стойкости и недопустимости для изделий, которые могут эксплуатироваться при температуре ниже -20 0С.
Из углеродистых сталей НФС не допустимо делать при любых системах защиты, поскольку необходимость в ремонте может возникнуть значительно раньше установленных сроков эксплуатации.

Группа компаний «АМА ГРУПП»
119361 г. Москва,
ул. Большая Очаковская, 10
Тел.: +7 (495) 437-98-61/63/64
Факс +7 (495) 437-9865
E-mail: ama@amagroup.ru
www.amagroup.ru

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!