Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова
Досліджено хімічний склад, структуру, твердість, корозійну тривкість та електрохімічні властивості металу автентичних й відремонтованих конструктивних елементів водонапірних веж у містах Миколаєві і Черкасах та Аджигольського маяка, зведених на початку ХХ сторіччя за проектами В. Г. Шухова. Проаналі...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134149 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова / Г.М. Никифорчин, А.О. Кутний, О.З. Студент, Г.В. Кречковська, О.І. Звірко, І.М. Курнат // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 70-78. — Бібліогр.: 24 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859800591911354368 |
|---|---|
| author | Никифорчин, Г.М. Кутний, А.О. Студент, О.З. Кречковська, Г.В. Звірко, О.І. Курнат, І.М. |
| author_facet | Никифорчин, Г.М. Кутний, А.О. Студент, О.З. Кречковська, Г.В. Звірко, О.І. Курнат, І.М. |
| citation_txt | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова / Г.М. Никифорчин, А.О. Кутний, О.З. Студент, Г.В. Кречковська, О.І. Звірко, І.М. Курнат // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 70-78. — Бібліогр.: 24 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description | Досліджено хімічний склад, структуру, твердість, корозійну тривкість та електрохімічні властивості металу автентичних й відремонтованих конструктивних елементів водонапірних веж у містах Миколаєві і Черкасах та Аджигольського маяка, зведених на початку ХХ сторіччя за проектами В. Г. Шухова. Проаналізовано можливі причини руйнування ремонтних зварних з’єднань сталей, виготовлених за різними технологіями, та вплив складу корозивного середовища і температури випроб на корозійно-електрохімічні властивості автентичних сталей. Встановлено, що найнижча корозійна тривкість притаманна металу Аджигольського маяка, що, очевидно, пов’язано з тривалим наводнювальним впливом агресивнішого (хлоридовмісного) корозивного середовища.
Исследованы химический состав, структура, твердость и электрохимические свойства металла аутентичных и ремонтных конструкционных элементов водонапорных башен в Николаеве и Черкассах, а также Аджигольского маяка, возведенных в начале ХХ столетия за проектами В. Г. Шухова. Проанализированы возможные причини разрушений ремонтных сварных соединений сталей, изготовленных за разными технологиями, и влияние состава коррозионной среды и температуры испытаний на коррозионно-электрохимические свойства аутентичных сталей. Установлено, что наиболее низкая коррозионная стойкость свойственна металлу Аджигольського маяка, что, очевидно, связано с длительным наводороживающим влиянием более агрессивной (хлорсодержащей) коррозионной среды.
The chemical composition, structure, hardness, and electrochemical properties of the authentic and repair metal of structural elements of water towers in the cities of Mykolaiv and Cherkasy and also of Adziogol lighthouse, constructed in the early twentieth of the century according to V. G. Shukhov’s projects, are studied. The possible reasons of fracture of repair welded joints of steels manufactured by different technologies and the influence of corrosive environment composition and tests temperature on the corrosion-electrochemical properties of authentic steel are analyzed. It is found that the Adziogol lighthouse metal has the lowest corrosion resistance, which is attributed to long-term hydrogenation effect of the more aggressive (chloride) corrosive medium.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:12:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
70
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 624.074:620.18:620.193
СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ ТРИВАЛО ЕКСПЛУАТОВАНИХ
СТАЛЕЙ ГІПЕРБОЛОЇДНИХ СІТКОВИХ ВЕЖ ШУХОВА
Г. М. НИКИФОРЧИН 1, А. О. КУТНИЙ 2, О. З. СТУДЕНТ 1,
Г. В. КРЕЧКОВСЬКА 1, О. І. ЗВІРКО 1, І. М. КУРНАТ1
1 Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів;
2 Технічний університет Мюнхена, Німеччина
Досліджено хімічний склад, структуру, твердість, корозійну тривкість та електрохі-
мічні властивості металу автентичних й відремонтованих конструктивних елементів
водонапірних веж у містах Миколаєві і Черкасах та Аджигольського маяка, зведе-
них на початку ХХ сторіччя за проектами В. Г. Шухова. Проаналізовано можливі
причини руйнування ремонтних зварних з’єднань сталей, виготовлених за різними
технологіями, та вплив складу корозивного середовища і температури випроб на ко-
розійно-електрохімічні властивості автентичних сталей. Встановлено, що найнижча
корозійна тривкість притаманна металу Аджигольського маяка, що, очевидно, по-
в’язано з тривалим наводнювальним впливом агресивнішого (хлоридовмісного) ко-
розивного середовища.
Ключові слова: вежа Шухова, хімічний склад сталі, структура, твердість, коро-
зійна тривкість, електрохімічні характеристики.
Останнім часом особлива увага наукової громадськості спрямована на збере-
ження старовинних металевих конструкцій. Це передбачає діагностування тех-
нічного стану конструктивних елементів на наявність у них дефектів та власти-
востей металу, які погіршуються в часі експлуатації і можуть не відповідати ви-
могам до конструктивної міцності об’єкта. Зокрема, з цією метою досліджують
фізико-механічні властивості сталей мостів і шляхопроводів, збудованих ще у
ХVIII–XIX сторіччях [1–3], і на цій основі прогнозують їх залишковий ресурс.
В Україні особливу увагу привернули інженерні конструкції у вигляді гіпер-
болоїдних сіткових веж, збудованих на початку ХХ сторіччя за проектами інже-
нера В. Г. Шухова [4, 5]. За однакової витримувальної здатності їх металоємність
втричі менша порівняно з іншими тогочасними конструкціями. В основному, це
діючі маяки в гирлі Дніпра та водонапірні вежі, які хоча вже не використовують
у системі водопостачання, але важливо зберегти як пам’ятки індустріальної архі-
тектури.
Головними конструктивними елементами веж Шухова є кутники з маловуг-
лецевої сталі, вразливої до атмосферної корозії. Під час монтажних робіт окремі
елементи веж з’єднували винятково заклепками. Під час тривалої експлуатації
метал кутників і клепані з’єднання зазнали суттєвих корозійних ушкоджень, які
відрізнялися і за характером, і за інтенсивністю. Для забезпечення роботоздатно-
сті та підтримування належного технічного стану конструкцій здійснювали ре-
монтні роботи з використанням сучаснішого металу та тогочасної технології зва-
рювання. Це додатково ускладнило оцінювання міцності та довговічності звар-
них з’єднань автентичних сталей, до яких не висувалися вимоги щодо можливо-
сті їх зварювання, а також діагностування стану металу, яке вимагало окремого
Контактна особа: Г. М. НИКИФОРЧИН, e-mail: nykyfor@ipm.lviv.ua
71
підходу до кожної конструкції з урахуванням передісторії експлуатації та заходів
для її зміцнення та протикорозійного захисту.
На сьогодні вже існує певний досвід оцінювання технічного стану тривало
експлуатованих конструкційних сталей об’єктів відповідального призначення,
зокрема в енергетиці [6–8], авіації [9], хімічній [10], нафто- і газовидобувній га-
лузях та системах транспортування маркетингових вуглеводнів [11–13].
Нижче досліджено стан старовинних сталей сіткових веж Шухова за особли-
востями їх хімічного складу, структури, твердості та корозійної тривкості.
Об’єкт, матеріали та методи. Вивчали структуру і механічні властивості
металу водонапірної вежі Шухова в Миколаєві, а також корозійну тривкість ста-
лей водонапірної вежі в Черкасах та Аджигольського маяка. Конструктивно вежі
виготовлено з прямих кутників (рис. 1), які зафіксовано з допомогою серії гори-
зонтально розташованих кільцеподібних ободів, вигнутих зі сталевих смуг або
кутників. Під час військових дій вежу в Миколаєві підірвали. У 1944 р. її відно-
вили, замінивши частину пошкоджених елементів із допомогою зварювання. То-
му вирізняли автентичні елементи конструкції, з’єднані заклепками, та елементи,
додані під час ремонтних робіт, у тому числі з використанням тогочасної техно-
логії зварювання. Аналізували стан таких елементів конструкції (рис. 1b): несучі
кутники, позначені як 10в, 11з, 14в, 28в, кутник горизонтального хомута обода
нижнього ярусу в околі кутника 31в та метал зварного шва, який з’єднував несу-
чий кутник 44в з нижнім ободом вежі. Буквою “в” позначено кутники, прикріп-
лені до нижнього обода з внутрішнього, а “з” – з зовнішнього його боків. Метал
кутників 10в, 11з та 31в відповідав автентичному (вежу змонтовано в 1906 р.), а
14в і 28в – заміненому на повоєнний прокат під час реконструкції вежі. Крім то-
го, дослідили метал з кутників вежі в Черкасах та утримувальних елементів схо-
дів всередині Аджигольського маяка.
Хімічний склад мета-
лу оцінювали на оптично-
му іскровому атомно-емі-
сійному спектрометрі
SPECTROMAX LMF 0,5.
Вміст елементів у металі
кутників 11з, 14в та 31в
визначали як усереднене
значення двох замірів, а в
металі зварного шва – чо-
тирьох. Твердість за Брі-
нелем НВ вимірювали пе-
реносним універсальним
твердоміром NOVOTEST
(на принципі ультразвуко-
вого методу) як усередне-
не значення 50 замірів.
Для металографічних до-
сліджень використовували
оптичний мікроскоп Neofot-21.
Корозійну тривкість металу вежі в Черкасах та Аджигольського маяка порів-
нювали за швидкістю корозії, визначеною гравіметричним методом, та за їх елек-
трохімічними властивостями. Для електрохімічних випроб застосовували потен-
ціостат IPC-Pro, знімаючи поляризаційні потенціодинамічні криві (швидкість
розгортки потенціалу 1 mV/s, електрод порівняння – насичений хлоросрібляний,
допоміжний – платиновий). За корозивні середовища використали водні розчини
Рис. 1. Загальний вигляд (а) та схема розташування
металевих несучих кутників (b) водонапірної
вежі Шухова у Миколаєві.
Fig. 1. General view (a) and arrangement scheme of the
metal bearing angles (b) from the Shukhov
water tower in Mykolayiv.
72
NaCl: 0,3%-й, рівень мінералізації якого відповідає атмосферним опадам, та 3%-й,
який імітує морську воду (так враховували наближеність маяка до моря). Коро-
зійно-електрохімічні властивості металу оцінили за можливих в Україні у літній
період температур Т (291; 298 та 305 K). Базові електрохімічні характеристики
матеріалу (потенціал корозії Еst, густину струму корозії icorr, константи Тафеля
анодної та катодної реакцій bа, bс) визначали графічно-аналітичним методом. По-
ляризаційний опір Rp розраховували за рівнянням Стерна–Ґірі [14]: ∆E/∆i = Rp =
= K/icorr, де константа K = ba·bc / [2,3·(ba + bc)].
Результати та їх обговорення. В різних елементах вежі у Миколаєві вико-
ристано сталі, які істотно відрізняються за хімічним складом (табл. 1). Зокрема,
за вмістом вуглецю, кремнію та марганцю метал кутника 31в хомута обода ниж-
нього ярусу відповідає сучасній маловуглецевій сталі 3кп. Вищий вміст вуглецю
в металі кутників 11з та 14в (0,28 та 0,40 mass.%) – вже середньовуглецевим
сталям, зварювання яких
взагалі проблематичне. А
метал зварного шва кут-
ника 44в – маловуглеце-
вій сталі з завищеним вмі-
стом шкідливих домішок.
За твердістю та роз-
кидом її значень автен-
тичний та ремонтний ме-
тал також відрізнялися
(табл. 2 і рис. 2). Стабіль-
нішою виявилася твер-
дість металу ремонтних
кутників 14в і 28в, зна-
чення якої коливалися від
112 до 123, а середнє ста-
новило 117 і 118 HB від-
повідно. Твердість старовинного металу була істотно меншою, що, очевидно, зу-
мовлено нижчим вмістом у ньому вуглецю. Вона коливалася від 64 до 92, а се-
редня – від 71 до 83 НВ. Можливо, це наслідок 100-річної деградації металу, яка
може спричиняти розсіяну пошкодженість та знижувати його твердість [15, 16].
Рис. 2. Розподіл твердості HB металу
автентичного (чорні) та ремонтного
(сірі стовпчики) кутників.
Fig. 2. Distribution of hardness HB
of the metal from authentic (black)
and repair (gray bars) angles.
Металографічні дослідження вия-
вили низку структурних особливостей.
Мікроструктура автентичної сталі хо-
мута в околі кутника 31в ферит-перліт-
на з незначною кількістю (3…5%) дов-
гих, але вузьких зерен перліту (рис. 3а).
Зерна фериту глобулярні за формою, а
їх діаметр змінювався в широких межах
(від 35 до 90 µm). Значну кількість великих глобулярних включень ідентифікува-
ли в межах феритної матриці (рис. 3b). Оскільки сталь недостатньо розкиснена,
Таблиця 1. Хімічний склад металу елементів
вежі у Миколаєві, mass.%
Кутник C Mn Si Сu S P
11з 0,28 0,48 0,006 0,013 0,043 0,019
14в 0,40 0,62 0,230 0,108 0,030 0,028
31в 0,16 0,40 0,005 0,020 0,062 0,057
44в 0,18 0,26 0,047 0,060 0,041 0,014
Таблиця 2. Усереднені значення твердості HB
металу різних елементів вежі
№ кутика 31в 10в 11з 14в 28в 44в
Твердість 71 79 83 117 118 79
73
то це, найімовірніше, оксиди заліза FeO. Крім того, вздовж меж зерен фериту ви-
явили довгі виділення цементиту (рис. 3c, d), який як крихка фаза може знижува-
ти опір крихкому руйнуванню металу. Вважають, що нанорозмірні за товщиною
виділення цементиту можуть виникати внаслідок дифузійних процесів упродовж
тривалої експлуатації сталей за впливу кліматичних чинників (зокрема, темпера-
тури) [17]. У нашому випадку такі структурні особливості виявили вже не на
нано-, а на макрорівні, що, очевидно, зумовлено надто тривалою деградацією
старовинної сталі та воднем, як пришвидшувачем дифузійних процесів. Адже ві-
домо, що за атмосферної корозії можливе наводнювання сталі [18, 19], яке при-
швидшуватиме в ній дифузійний перерозподіл елементів [20, 21].
Рис. 3. Мікроструктура металу у поперечному перерізі хомута в околі кутника 31в.
Fig. 3. The microstructure of the metal in the cross-section of clamp
in the vicinity of a rolled angle 31v.
Зазначимо, що подібні структурні особливості виявлено і на сталях мостів,
збудованих 150 років тому [2], які експлуатувалися за впливу циклічних наванта-
жень та атмосферної корозії. Не виключено, що саме сумісна дія водню та знако-
змінних напружень виступає промотором дифузійних процесів у сталі з форму-
ванням зерномежового цементиту. Можливо, саме такі структурні особливості
спричиняють розшарування металу під впливом корозивного середовища [5].
Зрозуміло, що окрихчувальний ефект особливо відчутний за дії корозивно-навод-
нювального середовища (вода, застояна в корозійних виразках), що ослаблювати-
ме опір металу корозійному розтріскуванню та корозійній втомі.
Розшарування прокату можна по-
в’язати також з наявністю в металі
шкідливих неметалевих включень, які у
вигляді ланцюжків розташовуються
вздовж напряму вальцювання. Техно-
логія виготовлення сталевого прокату
кінця ХІХ сторіччя не забезпечувала
його чистоти за ними. Через електро-
хімічну гетерогенність структури такий
метал ставав особливо схильним до ко-
розії. Під час його електрохімічної вза-
ємодії з водним середовищем включен-
ня служать ефективними катодами, що
пришвидшує анодний процес розчинен-
ня металу [14]. Інтенсивність корозій-
них процесів на поверхні сталевих кутників визначає їх густина на поверхні.
Через локалізацію катодного процесу метал в околі міжфазних меж включень з
матрицею наводнюється. Цей водень може суттєво знижувати опір корозії сталі
[22] та активізувати міжкристалітну корозію, у тому числі і під дією внутрішніх
напружень, утворюваних у металі воднем, абсорбованим під час його тривалої
експлуатації [5]. Таке розтріскування зафіксували в нижній частині автентичних
несучих кутників з боку їх торців, де найдовше зберігалася волога (рис. 4). Воно
Рис. 4. Типові тріщини в нижній частині
автентичних кутників з боку їх торців.
Fig. 4. Typical cracks in the lower part
of the authentic rolled angles
from the side of their end faces.
74
також може спричинити волоконне розшарування прокату вздовж ланцюжків
включень.
У ремонтних кутниках 14в та 28в виявили типову для сучасних середньовуг-
лецевих сталей ферит-перлітну структуру з істотно меншими, ніж у старовин-
ному металі, і густиною, і розмірами включень. Площа корозійних уражень на їх
поверхні теж виявилася значно меншою, а слідів розшарування металу взагалі не
спостерігали.
Рис. 5. Тріщини на зовнішній поверхні
зварного з’єднання (а) та в поперечному
перерізі металу шва (b).
Fig. 5. Cracks on the external surface
of the welded joint (а) and in the cross-section
of the weld metal (b).
На поверхні зварного шва і в його
об’ємі виявили тріщини корозійно-меха-
нічного руйнування (рис. 5). Їх криволі-
нійна траєкторія формувалася внаслідок руйнування перетинок між найближчи-
ми порожнинами, що з’явилися навколо включень, непроварів тощо. Міжзерен-
ний характер руйнування дає можливість припустити, що вони виникли внаслі-
док корозійного розтріскування (під дією залишкових напружень від зварювання,
створених наводнюванням металу, експлуатаційних тощо). Причому руйнування
відбувалося по металу шва, якому властива значна структурна неоднорідність. У
поперечному перерізі зварного з’єднання виявили характерні зони (рис. 6а) зі
стовпчастою структурою, зумовленою спрямованістю кристалізації металу
(рис. 6b), та відманштетовою в околі лінії сплавлення через перегрівання металу
під час зварювання (рис. 6c).
Рис. 6. Макро- (а) і мікроструктура (b, с) характерних зон зварного шва
у поперечному перерізі.
Fig. 6. Macro- (a) and microstructures (b, c) of the typical zones
in the welded joint cross-section.
Виявили, що сталі з елементів вежі в Черкасах та маяка істотно відрізняють-
ся за корозійною тривкістю та електрохімічними характеристиками (табл. 3). За
температури 298 K сталь маяка кородує у ∼1,3 рази швидше в 0,3%-му розчині NaCl,
ніж сталь вежі. Зокрема, їх швидкості корозії становили 0,051 та 0,039 mm/year
відповідно. За десятибальною шкалою корозійної тривкості металів (згідно з
ГОСТ 13819-68) обидві сталі стійкі у цьому розчині і відповідають 5 і 4 балам
відповідно.
Потенціодинамічні поляризаційні дослідження у 0,3- та 3%-х розчинах NaCl
(рис. 7 і табл. 3) підтвердили нижчу корозійну тривкість сталі маяка порівняно зі
сталлю вежі у Черкасах. Під час занурення в корозивні середовища стаціонарний
75
потенціал сталі маяка негативніший, ніж сталі вежі (табл. 3). Впродовж експози-
ції стаціонарний потенціал обох сталей плавно зміщувався до від’ємніших зна-
чень та стабілізувався через 30…35 min. Проте навіть після стабілізації його зна-
чення для сталі маяка були нижчими за всіх досліджених температур. В обох се-
редовищах сталі кородували в активному стані (рис. 7). Однак анодні процеси на
сталі маяка інтенсивніші (рис. 7b). Корозію лімітує дифузія деполяризатора, про
що свідчать ділянки граничних дифузійних струмів на катодних вітках поляриза-
ційних кривих. Її інтенсивність зростає з підвищенням температури. Зокрема, з її
ростом (у порівняно вузькому діапазоні від 291 до 305 K) швидкість корозії обох
сталей істотно підвищується (відповідно на 60 і 65% для сталі вежі і маяка). З
урахуванням кліматичних умов півдня України це слід враховувати, прогнозую-
чи швидкість корозійного стоншення перерізу елементів гіперболоїдних конст-
рукцій.
Рис. 7. Потенціодинамічні поляризаційні криві сталей вежі у Черкасах (а) та Аджиголь-
ського маяка (b) у 3%-му розчині NaCl за температур 291 (1); 298 (2) і 305 (3) K.
Fig. 7. Potentiodynamic polarization curves of steels of the Cherkasy tower (a)
and the Adziogol lighthouse (b) in 3% NaCl at temperatures 291 (1); 298 (2) and 305 (3) K.
Таблиця 3. Електрохімічні характеристики сталей веж Шухова
в 0,3% (чисельник) та 3% (знаменник) водних розчинах NaCl
–Est, V, за експозиції τ, s –bc ba Об’єкт
дослі-
джень
Т,
K 0 15 1800 / 2100
icorr,
µА/cm2
V
Rp,
Ω⋅cm2
291 – / 0,439 – / 0,472 – / 0,535 – / 5,12 – / 0,041 – / 0,040 – / 1719,3
298 0,372 /
0,465
0,452 /
0,485
0,540 /
0,560
12,0 /
6,57
0,090 /
0,034
0,049 /
0,039
1149,5 /
1202,1
Сталь
вежі в
Черкасах
305 – / 0,483 – / 0,552 – / 0,580 – / 8,21 – / 0,033 – / 0,032 – / 860,4
291 – / 0,482 – / 0,573 – / 0,677 – / 10,5 – / 0,039 – / 0,040 – / 817,7
298 0,410 /
0,493
0,571 /
0,582
0,670 /
0,679
15,6 /
14,0
0,090 /
0,031
0,049 /
0,032
884,2 /
489,0
Сталь
маяка
305 – / 0,498 – / 0,598 – / 0,680 – / 17,3 – / 0,030 – / 0,030 – / 377,0
Поляризаційний опір Rp сталі маяка суттєво нижчий, ніж сталі вежі в Черка-
сах: у 3%-му розчині NaCl при 291 K у ∼2,1, а при 305 K – у 2,3–2,5 рази. Про
нижчу корозійну тривкість цієї сталі свідчать також вищі значення густини стру-
му корозії іcorr та нижчі коефіцієнтів Тафеля катодної (bc) та анодної (bа) ділянок
поляризаційних кривих у діапазоні 291…305 K (табл. 3). Це зумовлено, очевид-
76
но, тривалим контактуванням сталі маяка з високоагресивним середовищем (мор-
ське повітря) з високою вологістю та вмістом солей, у тому числі хлоридів. За
умов атмосферної корозії можливе її наводнювання [18, 19]. Зокрема, водень мо-
же проникати в метал внаслідок локальних змін рН та потенціалу поблизу коро-
дивної поверхні. Ці зміни виникають під час випаровування тонкої плівки води,
що змочує поверхню сталі. Отримані результати вказують на те, що на маяку бу-
ли сприятливі умови для наводнювання металу під час кородування. Разом з тим
відомо, що водень інтенсифікує перерозподіл елементів [23], тобто сприяє струк-
турній деградації сталей [24].
ВИСНОВКИ
Найстабільнішою з-поміж досліджених властивостей виявилася твердість
металу ремонтних кутників 1944 року виробництва, середнє значення якої стано-
вило 117 НВ, тоді як для автентичного металу вона коливалася від кутника до
кутника в межах 71…79 НВ. Крім того, зафіксували більший розкид її значень у
металі 1906 року проти ремонтного.
Загалом дослідженим матеріалам властива ферит-перлітна структура, яка
відрізнялася за вмістом перліту, розмірами зерен, кількістю та розмірами немета-
левих включень. У старовинній сталі перліту значно менше, ніж у ремонтній, що
визначається вмістом в них вуглецю. Неметалеві включення виявили в усіх ста-
лях, але в автентичних їх істотно більше і вони крупніші.
Зафіксували корозійне розтріскування металу шва і на його поверхні, і в по-
перечному перерізі, яке могло виникнути через недостатню розкисненість автен-
тичних сталей з багатьма нерівномірно розташованими включеннями, перетинки
між якими могли руйнуватися внаслідок корозійного розтріскування. Залишкові
напруження могли виникнути через значне деформування зварюваних елементів
для усунення зазору між ними.
Вуглецеві сталі сіткових конструкцій (водонапірна вежа Шухова у Черкасах
та Аджигольський маяк) слабо опиралися корозії у 0,3- та 3%-х водних розчинах
NaCl. Нижча корозійна тривкість сталі маяка порівняно зі сталлю вежі зумовле-
на, очевидно, тривалим впливом агресивнішого корозивного наводнювального
середовища. Зокрема, погіршилися її корозійно-електрохімічні характеристики –
стаціонарний потенціал, густина струму корозії та поляризаційний опір.
Результати виконаних досліджень металу сіткових веж Шухова є основою
для розроблення системи ефективного протикорозійного захисту із застосуван-
ням сучасних технологій інгібування корозії з подальшим використанням віднов-
лювальних захисних покривів, протекторного захисту тощо.
Робота виконана за фінансової підтримки Фонду фундаментальних дослі-
джень Державного агентства з питань науки, інновацій та інформатизації
України, проект № Ф39/28-2013.
РЕЗЮМЕ. Исследованы химический состав, структура, твердость и электрохимичес-
кие свойства металла аутентичных и ремонтных конструкционных элементов водонапор-
ных башен в Николаеве и Черкассах, а также Аджигольского маяка, возведенных в начале
ХХ столетия за проектами В. Г. Шухова. Проанализированы возможные причини разру-
шений ремонтных сварных соединений сталей, изготовленных за разными технологиями,
и влияние состава коррозионной среды и температуры испытаний на коррозионно-элек-
трохимические свойства аутентичных сталей. Установлено, что наиболее низкая коррози-
онная стойкость свойственна металлу Аджигольського маяка, что, очевидно, связано с
длительным наводороживающим влиянием более агрессивной (хлорсодержащей) корро-
зионной среды.
SUMMARY. The chemical composition, structure, hardness, and electrochemical properties
of the authentic and repair metal of structural elements of water towers in the cities of Mykolaiv
and Cherkasy and also of Adziogol lighthouse, constructed in the early twentieth of the century
77
according to V. G. Shukhov’s projects, are studied. The possible reasons of fracture of repair
welded joints of steels manufactured by different technologies and the influence of corrosive
environment composition and tests temperature on the corrosion-electrochemical properties of
authentic steel are analyzed. It is found that the Adziogol lighthouse metal has the lowest
corrosion resistance, which is attributed to long-term hydrogenation effect of the more aggressive
(chloride) corrosive medium.
1. Microstructures and selected properties of cast irons used for bridge structures at the late
18th and beginning of the 19 thе century / K. Granat, G. Pękalski, M. Pigiel, J. Rabiega // Ar-
chives of Foundry Engng. – 2010. – 10, № 1. – Р. 107–112.
2. Lesiuk G. and Szata M. Aspects of structural degradation in old bridge steels by means of
fatigue crack propagation // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2011. – 47, № 1. – С. 76–81.
(Lesiuk G. and Szata M. Aspects of structural degradation in steels of old bridges by means
of fatigue crack propagation // Materials Science. – 2011. – 47, № 1. – P. 82–88.)
3. Residual lifetime assessment of an ancient riveted steel road bridge / A. M. P. de Jesus,
M. A. V. Figueiredo, A. S. Ribeiro et al. // Strain. – 2011. – 47. – P. E402–E415.
4. Kutnyi A. and Beсker K. Raffinierter noch als der Eiffelturm // Deutsches Ingenieur Blatt.
– 2011. – 12. – S. 38–39.
5. Діагностування стану експлуатованих понад 100 років сіткових гіперболоїдних веж
В. Г. Шухова / Г. М. Никифорчин, А. О. Кутний, Т. Д. Кремінь, О. Т. Цирульник // Ма-
шинознавство. – 2013. – № 1–2. – C. 15–19.
6. Студент О. З., Свірська Л. М., Дзіоба І. Р. Вплив тривалої експлуатації сталі 12Х1МФ
з різних зон гину парогону ТЕС на її механічні характеристики // Фiз.-хiм. механiка
матерiалiв. – 2012. – 48, № 2. – С. 111–118.
(Student O. Z., Svirs’ka L. M., and Dzioba I. R. Influence of the long-term operation of
12Kh1M1F steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant
on its mechanical characteristics // Materials Science. – 2012. – 48, № 2. – P. 239–246.)
7. Деградація зварних з’єднань парогонів теплоелектростанцій у наводнювальному сере-
довищі / Г. М. Никифорчин, О. З. Студент, І. Р. Дзіоба та ін. // Там же. – 2004. – 40,
№ 6. – С. 105–110.
(Degradation of welded joints of steam pipelines of thermal electric power plants in hydro-
genating media / H. M. Nykyforchyn, O. Z. Student , I. R. Dzioba et al. // Materials Science.
– 2004. – 40, № 6. – P. 836–843.)
8. Осташ О. П., Вольдемаров О. В., Гладиш П. В. Циклічна тріщиностійкість сталей три-
вало експлуатованих згинів парогонів // Там же. – 2012. – 48, № 4. – С. 14–24.
(Ostash O. P., Vol’demarov O. V., and Hladysh P. V. Cyclic crack resistance of the steels of
bends of steam pipelines after long-term operation // Materials Science. – 2013. – 48, № 4.
– P. 427–437.)
9. Осташ О. П., Андрейко І. М., Головатюк Ю. В. Деградація матеріалів і втомна довго-
вічність тривало експлуатованих авіаконструкцій // Там же. – 2006. – 42, № 4. – С. 5–17.
(Ostash O. P., Andreiko I. M., and Holovatyuk Yu. V. Degradation of materials and fatigue
durability of aircraft constructions after long-term operation // Materials Science. – 2006.
– 42, № 4. – P. 427–429.)
10. Оцінка деградації сталей обладнання нафтопереробних і хімічних виробництв / О. Г. Ар-
хипов, О. В. Зінченко, Д. О. Ковальов, Р. Г. Заїка // Металеві конструкції. – 2009. – 15,
№ 2. – С. 115–122.
11. Крижанівський Є. І., Никифорчин Г. М. Корозійно-воднева деградація нафтових і газо-
вих трубопроводів та її запобігання: Наук.-техн. пос. у 3-х т. / Під ред. В. В. Панасюка.
– Т. 1: Основи оцінювання деградації трубопроводів. – Івано-Франківськ: Івано-
Франк. нац. техн. ун-т нафти і газу, 2011. – 457 с. – Т. 2: Деградація нафтопроводів та
резервуарів і її запобігання. – 2011. – 447 с. – Т. 3: Корозійно-воднева деградація
нафтових і газових трубопроводів та її запобігання. – 2012. – 432 с.
12. Красовский А. Я., Лохман И. В., Орыняк И. В. Стресс-коррозионные разрушения маги-
стральных трубопроводов // Проблемы прочности. – 2012. – № 2. – С. 23–43.
78
13. Деградація властивостей металу зварного з’єднання експлуатованого магістрального
газопроводу / О. Т. Цирульник, В. А. Волошин, Д. Ю. Петрина та ін. // Фiз.-хiм. меха-
нiка матерiалiв. – 2010. – 46, № 5. – С. 55–58.
(Degradation of properties of the metal of welded joints in operating gas mains / O. T. Tsy-
rul’nyk, V. A. Voloshyn, D. Yu. Petryna et al. // Materials Science. – 2011. – 46, № 5.
– P. 628–632.)
14. Коррозия: Справ. / Под ред. Л. Л. Шрайера: Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1981. 7– 632 с.
15. Никифорчин Г. М., Студент О. З., Марков А. Д. Аномальний прояв високотемператур-
ної деградації металу шва зварного з’єднання ощаднолегованої сталі // Фiз.-хiм. меха-
нiка матерiалiв. – 2007. – 43, № 1. – С. 73–79.
(Nykyforchyn H. M., Student O. Z., and Markov A. D. Abnormal behavior of high-tempera-
ture degradation of the weld metal of low-alloy steel welded joints // Materials Science.
– 2007. – 43, № 1. – P. 77–84.)
16. Крижанівський Є. І., Никифорчин Г. М. Особливості корозійно-водневої деградації
сталей нафтогазопроводів і резервуарів зберігання нафти // Там же. – 2011. – 47, № 2.
– С. 11–20.
(Kryzhanivs’kyi E. І. and Nykyforchyn H. M. Specific features of hydrogen-induced corro-
sion degradation of steels of gas and oil pipelines and oil storage reservoirs // Materials
Science. – 2011. – 47, № 2. – P. 127–138.)
17. Нечаев Ю. С. Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разруше-
ния металлических материалов водородной энергетики и магистральных газопроводов
// Успехи физ. наук. – 2008. – № 7. – С. 709–726.
18. Omura T., Kudo T., and Fujimoto S. Environmental factors affecting hydrogen entry into
high strength steel due to atmospheric corrosion // Mat. Trans. – 2006. – 47, № 12.
– P. 2956–2962.
19. Hydrogen entry into steel during atmospheric corrosion process / T. Tsuru, Ya. Huang,
Md. R. Ali, and A. Nishikata // Corr. Sci. – 2005. – 47, № 10. – P. 2431–2440.
20. Ускорение процессов самодиффузии в металлах под влиянием растворенного водоро-
да / В. М. Сидоренко, В. В. Федоров, Я. В. Барабаш, В. И. Похмурский // Физ.-хим. ме-
ханика материалов. – 1977. – 13, № 6. – С. 27–30.
(Acceleration of self-diffusion processes in metals under the influence of dissolved hydrogen
/ V. M. Sidorenko, V. V. Fedorov, L. V. Barabash, V. I. Pokhmurskii // Materials Science.
– 1977. – 13, № 6. – P. 607–610.)
21. Goltsov V. A. Fundamentals of hydrogen treatment of materials and its classification // Int. J.
of Hydrogen Energy. – 1997. – № 2/3. – P. 119–124.
22. Захарчук В. Г., Цирульник О. Т., Никифорчин Г. М. Електрохімічні та корозійні власти-
вості наводнених сталей 45 і 12Х18Н10Т // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2005. – 41,
№ 4. – С. 66–76.
(Zakharchuk V. H., Tsyrul’nyk O. T., and Nykyforchyn H. M. Electrochemical and Corrosion
Properties of Hydrogenated 45 and 12KH18N10T Steels // Materials Science. – 2005. – 41,
№ 4. – P. 508–519.)
23. Воднева деградація тривало експлуатованих сталей магістральних газопроводів
/ О. Т. Цирульник, Г. М. Никифорчин, Д. Ю. Петрина та ін. // Там же. – 2007. – 43, №
5. – С. 97–104.
(Hydrogen degradation of steels in gas mains after long period of operation / O. T. Tsyrul-
nyk, H. M. Nykyforchyn, Yu. D. Petryna et al. // Materials Science. – 2007. – 43, № 5.
– P. 708–717.)
24. Оцінювання впливу зупинок технологічного процесу на зміну технічного стану металу
головних парогонів ТЕС / Г. М. Никифорчин, О. З. Студент, Г. В. Кречковська,
А. Д. Марков // Там же. – 2010. – 46, № 2. – С. 42–54.
(Evaluation of the influence of shutdowns of a technological process on changes in the in-
service state of the metal of main steam pipelines of thermal power plants / H. M. Nykyfor-
chyn, O. Z. Student, H. V. Krechkovs’ka, A. D. Markov // Materials Science. – 2010. – 46,
№ 2. – P. 177–189.)
Одержано 09.04.2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134149 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0430-6252 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:12:51Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Никифорчин, Г.М. Кутний, А.О. Студент, О.З. Кречковська, Г.В. Звірко, О.І. Курнат, І.М. 2018-06-12T15:36:09Z 2018-06-12T15:36:09Z 2013 Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова / Г.М. Никифорчин, А.О. Кутний, О.З. Студент, Г.В. Кречковська, О.І. Звірко, І.М. Курнат // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 70-78. — Бібліогр.: 24 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134149 624.074:620.18:620.193 Досліджено хімічний склад, структуру, твердість, корозійну тривкість та електрохімічні властивості металу автентичних й відремонтованих конструктивних елементів водонапірних веж у містах Миколаєві і Черкасах та Аджигольського маяка, зведених на початку ХХ сторіччя за проектами В. Г. Шухова. Проаналізовано можливі причини руйнування ремонтних зварних з’єднань сталей, виготовлених за різними технологіями, та вплив складу корозивного середовища і температури випроб на корозійно-електрохімічні властивості автентичних сталей. Встановлено, що найнижча корозійна тривкість притаманна металу Аджигольського маяка, що, очевидно, пов’язано з тривалим наводнювальним впливом агресивнішого (хлоридовмісного) корозивного середовища. Исследованы химический состав, структура, твердость и электрохимические свойства металла аутентичных и ремонтных конструкционных элементов водонапорных башен в Николаеве и Черкассах, а также Аджигольского маяка, возведенных в начале ХХ столетия за проектами В. Г. Шухова. Проанализированы возможные причини разрушений ремонтных сварных соединений сталей, изготовленных за разными технологиями, и влияние состава коррозионной среды и температуры испытаний на коррозионно-электрохимические свойства аутентичных сталей. Установлено, что наиболее низкая коррозионная стойкость свойственна металлу Аджигольського маяка, что, очевидно, связано с длительным наводороживающим влиянием более агрессивной (хлорсодержащей) коррозионной среды. The chemical composition, structure, hardness, and electrochemical properties of the authentic and repair metal of structural elements of water towers in the cities of Mykolaiv and Cherkasy and also of Adziogol lighthouse, constructed in the early twentieth of the century according to V. G. Shukhov’s projects, are studied. The possible reasons of fracture of repair welded joints of steels manufactured by different technologies and the influence of corrosive environment composition and tests temperature on the corrosion-electrochemical properties of authentic steel are analyzed. It is found that the Adziogol lighthouse metal has the lowest corrosion resistance, which is attributed to long-term hydrogenation effect of the more aggressive (chloride) corrosive medium. Робота виконана за фінансової підтримки Фонду фундаментальних досліджень Державного агентства з питань науки, інновацій та інформатизації України, проект № Ф39/28-2013. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова Структура и свойства длительно эксплуатированных сталей гиперболоидных сетчатых башен Шухова Structure and properties of long-term operated steels of hyperboloid mesh Shukhov’s towers Article published earlier |
| spellingShingle | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова Никифорчин, Г.М. Кутний, А.О. Студент, О.З. Кречковська, Г.В. Звірко, О.І. Курнат, І.М. |
| title | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова |
| title_alt | Структура и свойства длительно эксплуатированных сталей гиперболоидных сетчатых башен Шухова Structure and properties of long-term operated steels of hyperboloid mesh Shukhov’s towers |
| title_full | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова |
| title_fullStr | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова |
| title_full_unstemmed | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова |
| title_short | Структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж Шухова |
| title_sort | структура і властивості тривало експлуатованих сталей гіперболоїдних сіткових веж шухова |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134149 |
| work_keys_str_mv | AT nikiforčingm strukturaívlastivostítrivaloekspluatovanihstaleigíperboloídnihsítkovihvežšuhova AT kutniiao strukturaívlastivostítrivaloekspluatovanihstaleigíperboloídnihsítkovihvežšuhova AT studentoz strukturaívlastivostítrivaloekspluatovanihstaleigíperboloídnihsítkovihvežšuhova AT krečkovsʹkagv strukturaívlastivostítrivaloekspluatovanihstaleigíperboloídnihsítkovihvežšuhova AT zvírkooí strukturaívlastivostítrivaloekspluatovanihstaleigíperboloídnihsítkovihvežšuhova AT kurnatím strukturaívlastivostítrivaloekspluatovanihstaleigíperboloídnihsítkovihvežšuhova AT nikiforčingm strukturaisvoistvadlitelʹnoékspluatirovannyhstaleigiperboloidnyhsetčatyhbašenšuhova AT kutniiao strukturaisvoistvadlitelʹnoékspluatirovannyhstaleigiperboloidnyhsetčatyhbašenšuhova AT studentoz strukturaisvoistvadlitelʹnoékspluatirovannyhstaleigiperboloidnyhsetčatyhbašenšuhova AT krečkovsʹkagv strukturaisvoistvadlitelʹnoékspluatirovannyhstaleigiperboloidnyhsetčatyhbašenšuhova AT zvírkooí strukturaisvoistvadlitelʹnoékspluatirovannyhstaleigiperboloidnyhsetčatyhbašenšuhova AT kurnatím strukturaisvoistvadlitelʹnoékspluatirovannyhstaleigiperboloidnyhsetčatyhbašenšuhova AT nikiforčingm structureandpropertiesoflongtermoperatedsteelsofhyperboloidmeshshukhovstowers AT kutniiao structureandpropertiesoflongtermoperatedsteelsofhyperboloidmeshshukhovstowers AT studentoz structureandpropertiesoflongtermoperatedsteelsofhyperboloidmeshshukhovstowers AT krečkovsʹkagv structureandpropertiesoflongtermoperatedsteelsofhyperboloidmeshshukhovstowers AT zvírkooí structureandpropertiesoflongtermoperatedsteelsofhyperboloidmeshshukhovstowers AT kurnatím structureandpropertiesoflongtermoperatedsteelsofhyperboloidmeshshukhovstowers |