ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ, 2007, том 43, № 6, с. 631-642
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ
УДК 669.715:620.193
КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ НАПРЯЖЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
© 2007 г. В. С. Синявский, В. Д. Калинин
ОАО "Всероссийский институт легких сплавов" 121596 Москва, ул. Горбунова, 2
E- mail: т/о@оаоу^ .ru Поступила в редакцию 22.09.2006 г.
Исследовано развитие различных видов локальной коррозии на реальных строительных напряженных конструкциях. Установлено, что сплав 1915Т естественно состаренный, использованный в них, имеет достаточно высокую коррозионную стойкость в различных атмосферных условиях. Он нечувствителен к коррозионному растрескиванию и расслаивающей коррозии, а глубина питтинговой коррозии как в основном металле, так и в сварных соединениях не превышает 0.21 мм после 20 лет испытаний. По прогнозам на основе математического анализа экспериментальных данных, даже на Главном выставочном павильоне, расположенном вблизи литейного цеха, максимальная глубина коррозии не должна превышать 0.5 мм после 50 лет эксплуатации. Искусственное старение после сварки снижает сопротивление коррозионному растрескиванию. По этой причине на здании Сочинского Концертного зала наблюдались множественные коррозионные трещины. Однако уменьшение действующих напряжений ниже уровня пороговых при коррозионном растрескивании прекращало дальнейшее развитие трещин. Изучено влияние агрессивных компонентов в атмосфере. Показано, что в наибольшей степени развитию питтинговой коррозии способствуют содержание хлоридов и кислотные выбросы производственных цехов. Выявлены различные факторы, ускоряющие и замедляющие развитие коррозии на алюминиевых напряженных строительных конструкциях.
PACS: 81.65.Kn, 81.40.Np
ВВЕДЕНИЕ
Алюминиевые сплавы широко применяются в строительных конструкциях для различного рода ограждающих систем (кровля, стены, перегородки, облицовка, каркасы, рамы, двери). В большей степени используются прессованные профили и панели в основном из сплава АД31 (6063 по стандартам США). Достаточно широко применяют и листовой материал из сплавов типа АМг0.5 (5005), АМг2 (5052).
Значительная часть этих конструкций защищена различными покрытиями, и в первую очередь анодированием (бесцветным и цветным) и окраской порошковыми материалами с целью придания определенного декоративного вида [1]. Для сварных нагруженных конструкций типа большепролетных перекрытий более пригодными оказались сплавы системы Al-Zn-Mg. В отечественной практике это как правило сплав 1915.
Коррозионная стойкость всех перечисленных сплавов достаточно полно изучена различными методами испытаний. В США и в нашей стране накоплен большой опыт длительных атмосферных испытаний (до 50 лет). На основе этих испы-
таний в ВИЛС разработан надежный метод прогнозирования их коррозионной стойкости.
Однако применение сплавов в строительных объектах осложняется рядом условий, которые в значительной мере могут отрицательно повлиять на безопасную службу конструкций. Это прежде всего - накопление электролита в застойных и щелевых зонах, наличие опасных контактов с другими металлами и материалами, возникновение при эксплуатации нагрузок различного происхождения (снеговых, ветровых, конструкционных напряжений и т.д.), воздействие экстремально агрессивных производств, расположенных рядом, и многие другие факторы, влияние которых не всегда можно учесть.
В напряженных конструкциях положение осложняется необходимостью учитывать структурные неоднородности, возникающие в результате сварки, и характер постоянно действующих нагрузок, поэтому результаты, полученные непосредственно на эксплуатирующихся сооружениях, и их сопоставление с экспериментальными данными, полученными на образцах, представляют особую ценность для предсказания безопасной работы таких строительных объектов.
Таблица 1. Химический состав сплавов, использованных в исследуемых строительных объектах
Объект исследования, стандарт Сплав, состояние Полуфабрикаты Содержание элементов мас. %
Zn Mg Мп Zr Сг Си Fe Si
ГВП 1915Т Прессован- 3.8 1.7 0.40 0.19 0.11 0.08 0.24 0.19
ные профи-
ли, трубы
ГВП АМг2П Листы 0.07 2.3 0.45 - - 0.07 0.3 0.20
АМУ 1915Т Прессован- 3.8 1.8 0.35 0.14 0.18 0.06 0.25 0.20
ные профили
СКЗ 1915Т1 Плиты 3.9 1.8 0.30 0.21 0.12 0.10 0.18 0.25
СКЗ 1915Т1 Прессован- 3.8 1.6 0.45 0.18 0.10 0.06 0.20 0.25
ные трубы
СКЗ 1915Т1 Прессован- 3.9 1.8 0.32 0.22 0.11 0.07 0.16 0.04
ные профили
СКЗ 1915Т1 Сварной шов 2.0-2.4 2.0-4.5 0.29-0.38 0.17-0.22 0.05-0.15 0.04-0.08 0.09-0.17 0.13-0.35
ОФ 1915Т Прессован- 3.8 1.8 0.35 0.20 0.10 0.05 0.25 0.20
ные профили
ЛД 1915Т Прессован- 3.7 1.8 0.40 0.20 0.09 0.09 0.30 0.25
ные профили
ЛД АМг2П Листы - 2.2 0.40 - - 0.06 0.29 0.20
ГОСТ 1915 Все виды 3.4-4.0 1.3-1.8 0.2-0.7 0.15-0.22 0.08-0.20 <0.10 <0.40 <0.30
4784-97
ГОСТ АМг2П Все виды <0.2 1.8-2.6 0.2-0.6 <0.05 <0.05 <0.10 <0.4 <0.4
47-84-97
ГОСТ 1557 Сварочная <0.1 4.5-5.5 0.2-0.6 0.2-0.35 0.07-0.15 <0.05 <0.3 <0.15
4784-97 проволока
Примечание. Здесь и далее в таблицах: Т - естественное старение, Т1 - искусственное старение, П - полунагартованное состояние.
Таблица 2. Механические свойства сплавов, использованных в исследуемых строительных объектах
Сплав Полуфабрикаты Состояние Предел прочности ов, кгс/мм2 Предел текучести 00.2, кгс/мм2 Относительное удлинение 5, %
поставки мини- типич- мини- типич- мини- типич-
мальный ный мальный ный мальное ное
1915 Прессованные Закалка, естественное старение (Т) 35 38 22 32 10 12
1915 Прессованные Закалка, (Т1) 37 40 30 35 8 10
1915 Катаные Т 32 34 21 25 11 12
1915 Катаные Т1 34 36 23 28 10 11
АМг2 Лист Полунагартован-ные (П) 24 25 15 21 6 8
ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Для наблюдения за поведением в эксплуатации было выбрано несколько объектов, расположенных в различных климатических зонах при разной степени агрессивности атмосферы.
Химический состав и механические свойства использованных в этих объектах сплавов приведены в табл. 1, 2. Из этих данных видно, что химические составы сплавов, использованных в различных полуфабрикатах и объектах, близки между собой, поэтому они не могли определять различия в коррози-
онном поведении исследуемых объектов. Большее влияние могли оказать различия в структуре полуфабрикатов, методах изготовления конструкций наличии в атмосфере агрессивных примесей.
Аргонно-дуговая сварка всех исследованных объектов производилась с присадкой проволоки из сплава 1557 типа АМг5 с добавкой циркония. Как видно из табл. 1, в сварном шве количество магния уменьшается по сравнению со сварочной проволокой, а количество цинка существенно возрастает. При таком сочетании основных легирующих элементов алюминиевые сплавы обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью. Понижение коррозионной стойкости возможно в зоне сплавления (зона взаимной термодиффузии). В этой зоне возрастает вероятность уменьшения сопротивления коррозионному растрескиванию в зависимости от применяемой технологии изготовления сварных конструкций.
В средней полосе основным объектом исследования был выбран Главный выставочный павильон ВИЛС (ГВП), собранный из большепролетных блоков (пролет 94 м), состоящих из несущих сварных элементов сплава 1915Т и предварительно напряженной листовой рулонной обшивки из сплава Амг2П [2]. Наблюдения проводились за всеми алюминиевыми элементами этого здания. Образцы отбирали от кровли, сделанной из рулонного листа сплава Амг2П (толщина 0.9 мм), в местах напряженных и с карниза, где напряжения отсутствовали.
Постоянно наблюдались фиксированные места большепролетных блоков, изготовленных из прессованных профилей сплава 1915Т: наиболее напряженные, особенно сварные соединения, на предмет появления признаков коррозионного растрескивания (КР), расслаивающей коррозии (РСК), межкри-сталлитной (МКК) и питтинговой коррозии (ПТ). Там, где было возможно, от полуфабрикатов (швеллеры, уголки, трубы) в различные периоды эксплуатации отбирались образцы для выявления кинетики развития коррозионных поражений.
Аналогичные исследования проводили на сплавах Амг2П и 1915Т на Ледовом дворце (ЛД) ВИЛС с пролетом 60 м, на опытной ферме (ОФ) с пролетом блока до 30 м (находилась на территории ВИЛС, вблизи атмосферной станции (АС), нижний пояс блока (до 0.5 м) был в контакте с песчано - солевой смесью). Проводилась также работа по наблюдению за антенно - мачтовыми устройствами (АМУ), находившимися в различных климатических районах. Основные исследования на этих устройствах проводили в приморской зоне южного Азербайджана. Объектом детальных исследований был Сочинский концертный зал (СКЗ). Все перечисленные конструкции, кроме СКЗ, сваривались из сплава 1915 в естественно состаренном состоянии (Т) и не обрабатывались после сварки. В СКЗ сварные перекрытия были выполнены из сплава
1915, искусственно состаренного после сварки по режиму 100°С, 24 ч + 150°С, 10 ч и защищены лакокрасочным покрытием, нанесенным по анодно-ок-сидной пленке.
Параллельно в работе исследовали образцы -свидетели тех же сплавов в виде стандартных пластин размером 150 х 100 мм (сплавы АМг2 и 1915) и образцов на КР размером 110 х 15 мм (сплав 1915).
Образцы на КР испытывались при трехточечном изгибе в скобах обычных и в сложнонапря-женном состоянии (изгиб с кручением) [3] при напряжениях 80, 120, 160 и 200 МПа. Были проведены различные режимы старения, в том числе искусственное старение 100°С, 24 ч + 175°С, 4 ч и нагревы при 70°С в течение 1000 ч.
Результаты сопоставляли с данными, полученным и на образцах в условиях разных коррозионных станций, в том числе на (АС) ВИЛС.
Во всех местах и объектах параллельно проводили анализ среды в соответствии с требованиями строительных норм и стандартов на содержание в воздухе в первую очередь 802 и хлоридов [1, 4, 5]. Коррозионное состояние элементов конструкций и образцов определялось прежде всего по внешнему виду на предмет появления трещин и признаков РСК. Более глубокое изучен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.