ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Черные металлы
Все углеродистые и низколегированные стали, а также чугуны всех марок имеют низкую коррозионную устойчивость и должны применяться с надежным антикоррозионным покрытием.
Для тропических условий эксплуатации могут найти применение марки всех черных металлов.
Для электрооборудования исполнения ТМ черные металлы должны также удовлетворять требованиям Правил Регистра СССР.
У многих черных металлов при пониженных температурах ухудшаются механические показатели, поэтому при выборе этих металлов для электрооборудования исполнения ХЛ следует использовать опыт эксплуатации. Стали марок Ст. 3 а Ст. 5 разрешается применять в изделиях категории П. В изделиях категорий А и Н для деталей, которые в процессе эксплуатации не подвергаются ударным нагрузкам, допускается применение сталей ВСт3сп и ВСт5.
Термическая обработка сталей повышает, как правило, механические характеристики.
Для детален, изготовляемых из стального литья в изделиях исполнения ХЛ категорий А и Н, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться ударным воздействиям, следует применять конструкционную сталь марки ЗОЛ после тройной нормализации.
Для деталей, изготовляемых из проката и поковок, в изделиях исполнения ХЛ рекомендуется применять углеродистые или высококачественные конструкционные стали марок 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 20Г, 40Г в состоянии нормализации или улучшения и сталь 45 в состоянии улучшения, легированные конструкционные стали марок 30Х, 40Х, 30ХМ, 30ХМА, 40ХНМА, 50ХФА, 20ХН, 12ХНЗА, I2X2H4A, 20ХНЗА, 30ХНЗА, 20Х2Н4А, 25Х2ГНТА, 30ХГСА, 30ХГСНА в состоянии улучшения, легированную конструкционную сталь 20Х в состоянии поставки или улучшения.
Некоторые виды листовой сортовой и фасонной сталей для изделий исполнения ХЛ могут быть применены без дополнительной термической обработки. К ним относятся: углеродистая сталь обыкновенного качества по ГОСТ 380т60, 9543-60 и 6713-53; сталь низколегированная конструкционная по ГОСТ 5058-57, 5520-62 и отдельным техническим условиям, а также сталь углеродистая качественная, поставляемая в виде ленты и листа по ГОСТ 1050-60.
Для изготовления ответственных элементов и конструкций следует применять наиболее надежные при прочих равных условиях низколегированные стали повышенной прочности с гарантированными значениями удельной ударной вязкости при отрицательных температурах. Такие стали поставляются в виде листов в нормализованном и улучшенном состояниях по ГОСТ 5520-62: марки 10Г2С1 (мк), 16ГС (3н),
09Г2С (М), по ГОСТ 5058-57 и ТУ: марки 09Г2, 15хСНД, 10хСНД, 14Г2 и по ряду технических условий: марки 15хСНД, СХЛ-4 (10хСНД).
В том случае если ответственные элементы и конструкции изделий исполнения ХЛ изготовляются из листового металла толщиной не более 5 мм или если эти элементы и конструкции в процессе эксплуатации испытывают сжимающие напряжения, а также если детали неответственны и мало нагружены, рекомендуется применять малоуглеродистые стали марок М16С по ГОСТ 6713-53 и ВСт-3 (спокойная) по ГОСТ 380-60 и 9543-60. Кипящие стали 08КП—20КП следует применять лишь в том случае, когда они предназначаются для изготовления деталей, получаемых глубокой или весьма глубокой вытяжкой.
Не рекомендуется для изделий, предназначенных для эксплуатации в холодном климате, применение сталей, содержащих в качестве легирующих элементов одновременно хром, марганец и титан или хром, марганец и бор (группа 3 по ГОСТ 4543-61). Не следует также применять автоматные стали по ГОСТ 1414-54.
В случае применения в конструкциях изделий исполнения ХЛ стальных труб следует использовать бесшовные трубы по ГОСТ 8731-58 из малоуглеродистой стали 10Г2 в термически обработанном состоянии. Можно применять также стальные электросварные трубы по ГОСТ 10705 группы «А» из стали марок 08 и 10, а в отдельных случаях из стали ВСт3 (спокойной).
Из электросварных труб большого диаметра (720 и 1 020 мм) рекомендуется применение труб из стали марки 14ХГС или 10Г2С1.
Из нержавеющих сталей в качестве конструкционных в тропических и морских тропических условиях рекомендуется применять хромистые стали с содержанием хрома более 13% и хромоникелевые.
Введение определенного количества никеля в хромистую сталь переводит ее в аустенитное состояние, что обеспечивает меньшую склонность к росту зерна и более высокую коррозионную стойкость. Поэтому нержавеющие стали марок 1Х18Н9, 2Х18Н9, 1Х18Н9Т, где. кроме 18% хрома, содержится 9% никеля, можно применять в изделиях исполнений Т и ТМ без специальной защиты от коррозии. Без специальной защиты от коррозии можно применять также марки сталей с содержанием хрома более 18% (Х18), а также 7Х19Т, ИПМ-1, ИПМ-2, Х18Н12М2Т, Х18Н12МЗ.
Хромистые стали с содержанием хрома 12—14% не подвергаются коррозии во влажной атмосфере и в пресной воде, однако в морской воде, как показали многочисленные наблюдения [Л. 41], они подвергаются местному разъеданию; поэтому стали марок 1X13, 2X13, 3X13, Х13Н4Г9 рекомендуется электрополировать, чтобы шероховатость их поверхности была не ниже класса 8 по ГОСТ 2789-59. Для изделий исполнения ХЛ рекомендуется применение аустенитных хромо-никелевых сталей X17H13M3T, ОХ17Н16МЗТ, ОХ18НЮ, Х18Н9, ОХ18НЮТ, Х18Н9Т. ОХ18Н11,
ОХ18Н12Т, Х18Н12Т, Х18Н10Т,
ОХ18Н12Б в состоянии поставки.
Цветные металлы
Цветные металлы (медь, алюминий и их сплавы, свинцово- оловянистые припои и т. п.) для изделий, предназначенных для эксплуатации в холодном климате, могут, применяться так же, как и для изделий, предназначенных для эксплуатации в умеренном климате. Поэтому ниже речь пойдет только о применении цветных металлов в изделиях тропического и морского тропического исполнений. Следует оговориться, что для изделий исполнения ХЛ не рекомендуется применение чистого олова, хотя в морской воде олово является самым стойким из всех применяемых металлов (Л. 42].
Медь и ее сплавы в общем обладают в тропических и морских тропических условиях удовлетворительной коррозионной стойкостью. Как правило, медь и ее сплавы в указанных условиях покрываются, оксидной пленкой, тускнеют, иногда зеленеют, однако продукты коррозии не распространяются глубоко. Скорость коррозии чистой меди (с содержанием меди 99% и более) в промышленной атмосфере составляет до 40, а в приморской 4— 10 мкм/год (Л. 43 и 44]. Стойкость бронзы такая же, как и стойкость меди, а у некоторых сортов даже лучше. Бескислородная медь марки МБ более стойка, чем медь других марок {Л. 45].
Латуни. Стойкость к коррозии латуни, как правило, ниже стойкости меди. Достаточно коррозионно устойчивыми латунями в тропических условиях считаются латуни с содержанием меди более 61,5% (если не введены дополнительные легирующие добавки). При таком содержании меди структура латуни представляет собой однородный твердый раствор с довольно большой КОРРОЗИОННОЙ стойкостью. Во влажной атмосфере может появиться опасность расцинкования латуни, содержащей мало меди, т. е. коррозия цинковых компонентов. Еще более усугубляются эти явления в морской атмосфере.
Коррозия латуни в морской воде незначительна и составляет примерно 0,2—2,4 г/м2·сутки, с повышением температуры коррозия резко усиливается. У сплавов с содержанием меди более 65% коррозия незначительна, а с меньшим содержанием меди — велика и доходит в морской воде до 5 г/м2· сутки [Л. 42].
При введении в латунь таких легирующих элементов, как алюминий, марганец, никель, железо и некоторых других, улучшаются литейные свойства. При этом повышается прочность и несколько снижается пластичность. Введение в латунь марганца и свинца значительно повышает ее коррозионную стойкость при воздействии морской воды [Л. 41].
При изготовлении электрооборудования тропического и морского тропического исполнений следует применять латуни следующих марок: ЛА-67-2, ЛК-80-3, ЛКС-80-3-3, ЛО-62-1, ЛМц58-2, ЛАН-59-3-2, ЛС-59-1, ЛО-70-1 и ЛМцЖ52-4-1. * А — алюминий; К — кремний; С — свинец: О — олово; Мц — марганец; Н — никель; Ж — железо. Цифры: первая — содержание меди и последующие—легирующие элементы в процентах; остальное — цинк.
Латунь ЛК-80-3 может найти широкое применение для изготовления судовой герметичной аппаратуры; свинцовистая латунь ЛС-59-1 (мунц) обладает хорошей обрабатываемостью и поэтому может найти широкое применение для изготовления крепежных деталей; латуни ЛА-67-2, ЛАН-59-3-2, ЛМд58-2, ЛМцЖ52-4-1 обладают улучшенными литейными свойствами по сравнению с остальными марками латуней; латунь ЛМц58-2 также может применяться для деталей, работающих на трение.
Свинцовые латуни хорошо обрабатываются резанием, обладают повышенными антифрикционными свойствами и применяются для деталей, работающих на трение.
Латуни в контакте с железом, алюминием и цинком применять не следует, так как тогда последние быстро разрушаются.
Наиболее распространенными формами коррозии латуни являются обесцинкование и коррозионное, или так называемое «сезонное», растрескивание. При обесцинкования вначале происходит растворение латуни. В дальнейшем медь в результате обменной реакции с латунью осаждается из раствора в виде губчатой медной пленки. Эта пленка, создавая пару с латунью, ускоряет коррозионный процесс. Быстрее оцинковываются латуни с повышенным содержанием цинка (Л59, Л62). Латуни Л68, Л65 и Л62 наиболее чувствительны к коррозионному растрескиванию [Л. 46]. Поэтому эти латуни не рекомендуется применять в тропических условиях (латунь ЛО-62 допускается ограниченно).
* О — олово; Ф — фосфор; Ц — цинк; С — свинец, Л — никель. Цифры означают содержание легирующих элементов а процентах: остальное — медь.
Введение в бронзу 5—10 % цинка приводит к улучшению литейных свойств и повышению стойкости оловянистой бронзы против износа.
Добавление свинца в количестве до 5% облегчает обработку сплава резанием, а добавление свыше 5% свинца резко повышает антикоррозионные свойства его.
Фосфор в составе бронзы повышает антифрикционные механические и литейные свойства оловянистых бронз. Для изготовления токопроводящих пружин и пружинящих контактов применяется, в частности, бронза БрОФ 6,5-0,15.
Бронза, имеющая в своем составе никель, БрОЦСН-3-7-5-1 применяется для литья сложной и тонкостенной арматуры, работающей в средах жидких топлив всех видов, морской воде и паре.
Бронзы оловянистые применяются главным образом для литья, но бедные оловом (4—8%) обрабатываются давлением и выпускаются в виде листов, прутков, труб, проволоки. Чем больше олова содержится в бронзе, тем ниже ее пластические свойства (снижается относительное удлинение), но тем легче бронза плавится и тем меньше коэффициент трения.
Для подшипников используются бронзы с содержанием олова 6— 16% (БрОЦС-6-6-3).
В морском тропическом климате могут найти применение также бронзы Бр05; БрОЮ; БрОЦ 10-2; БрОФ 4-0,25 и БрОЦН 6-3-6.
Бронзы БрОФ 6,5-0,4, БрОФ 4-0,25, БрОЦ-4-3 и БрОЦС 4-4-2,5 обрабатываются давлением, применяются для антифрикционных деталей и пружин; из БрОЦ 4-3 можно изготавливать арматуру.
Бронза БрОЦС 4-4-2,5 хорошо обрабатывается резанием, обрабатывается давлением лишь в холодном состоянии; она широко применяется в качестве прокладок в подшипниках и втулках, а также как антифрикционный материал.
Из литейных бронз БрОЦСН 3-7-5-1 применяется для арматуры, работающей в условиях морской воды, а БрОЦС 6-6-3 — для изготовления антифрикционных деталей.
При применении оловянистых бронз следует учитывать, что при температуре выше 200° С механические свойства их резко ухудшаются.
Оловянистые бронзы в морской воде более стойки, чем медь и латуни [Л. 46].
Свинец в больших количествах снижает, а никель довольно резко повышает коррозионную стойкость оловянистых бронз в морской воде.
Олово является одним из наиболее дорогих и дефицитных цветных металлов, поэтому наряду с оловянистыми бронзами применяют сплавы меди с другими металлами — алюминием, железом и пр.
В электрооборудовании тропического и морского тропического исполнений рекомендуется применять следующие марки безоловянистых коррозионно устойчивых бронз: БрБ2; БрБ2,5; БрА5; БрАЖМц 10-3-1,5; БрАЖ9-4; БрАМц9-2 и БрКМц3-1 *.
Алюминиевые бронзы наиболее стойки в морской воде по сравнению с другими медными сплавами. Скорость их коррозии в 3 раза меньше скорости коррозии латуней и в 10 раз оловянистых бронз [Л. 42].
Благодаря высокой коррозионной стойкости алюминиевые бронзы нашли применение при изготовлении судовых гребных винтов.
Широкое применение для изготовления пружин может найти алюминиево-никелевый сплав, так называемая куниаль Б, марки МНА-6-1,5.
Безоловянистые бронзы несколько уступают оловянистым по антифрикционным свойствам, но, как правило, имеют более высокие механические свойства.
Добавки марганца и железа в алюминиевые бронзы повышают механические свойства бронз и обеспечивают их применение как для фасонного литья, так и для обработки давлением.
* Б — бериллий; А — алюминий; Ж — железо; Мц — марганец; К — кремний.
Процесс пайки и лужения алюминиевых бронз довольно сложен. Кремнистая бронза обладает хорошими литейными свойствами, а при содержании 3—4% кремния — и высокой пластичностью. Добавки марганца повышают коррозионную стойкость бронзы.
Из цветных сплавов наилучшими механическими свойствами обладает бериллиевая бронза БрБ2. Она представляет собой хороший материал для изготовления пружин, очень коррозионно стойка, однако она дорога, поэтому применение ее следует по возможности ограничить только особо ответственными случаями.
Бериллиевая бронза БрБ2,5 коррозионно устойчива в морской воде; скорость коррозии ее в морской воде при 20° С составляет 0,01 мм/год. Из нее могут изготовляться пружины и пружинящие детали, в частности плоские пружины, мембраны и т. п.
Необходимо учитывать, что в напряженном состоянии при действии влажного аммиака и воздуха бериллиевые бронзы подвергаются коррозионному растрескиванию.
Алюминиевые бронзы превосходят по коррозионной устойчивости сплавы меди с цинком и оловом.
Бронза БрА5 отличается высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состояниях.
Бронза БрАЖ9-4 в основном используется для отливки массивных деталей в землю.
Бронза БрАЖМц10-3-1,5 хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии. Она применяется для фасонного литья (являясь более качественным сплавом, чем оловянистые бронзы), а также для изготовления различного рода ответственных деталей (втулки, шестерни, подшипники).
Бронза БрАЖН10-4-4 является сплавом высокой прочности за счет никеля, обладает антикоррозионными и антифрикционными свойствами. Сплав применяется для изготовления литых деталей высокой прочности.
Бронза БрАМц-9-2 находит широкое применение в судовом машиностроении и может применяться для изготовления деталей электрооборудования. Этот сплав обладает высокими механическими и антикоррозионными свойствами.
Бронзу БрКМц3-1 можно широко применять взамен оловянистых бронз для изготовления пружин, а также для антифрикционных деталей, бронзу БрАЖ9-4— в качестве подшипникового материала.
Допускается применение перечисленных латуней и бронз без покрытия, в том случае если к изделиям из них не предъявляются требования по декоративности.
Алюминий и алюминиевые сплавы. Ввиду того что алюминий и его сплавы являются не коррозионно стойкими в контакте с морской водой и в агрессивной среде перерабатывающих заводов промысловых судов, особенно в тропических условиях, применение алюминия и его сплавов для корпусов электрических машин, аппаратов, арматуры и светильников исполнения ТМ при эксплуатации их на открытой палубе и в перерабатывающих цехах не рекомендуется и регламентируется Правилами Регистра. Стойкость к коррозии алюминия и его сплавов зависит от чистоты его. Скорость коррозии состава, содержащего 99,5% алюминия, примерно в 80 раз меньше скорости коррозии состава, содержащего 98% алюминия [Л. 43 и 47]. Особенно сильно ускоряют коррозию алюминия примеси меди, железа и цинка. Это в первую очередь относится к литейным кремнистым сплавам— силуминам. В связи с этим допускается применение этих алюминиевых сплавов с содержанием примесей меди и цинка до 0,3% и железа до 0,8%. В деформируемых сплавах, легированных марганцем и магнием, содержание меди может быть выше. Содержание магния, однако, в таких сплавах допустимо не свыше 5%. В противном случае как в литейных, так и в деформируемых сплавах возникает опасность межкристаллитной коррозии, ведущей к разрушению материала.
Особенно сильно алюминий корродирует при наличии хлоридов, а также в контакте с другими материалами. Коррозия имеет характер точек глубиной до 0,02 мм, продукты коррозии имеют белый цвет. Если скорость коррозии алюминия в чистой сухой атмосфере составляет до 1 мкм/год, а в промышленной 1—9 мкм/год, то на побережье моря она достигает 12 мкм/год [Л. 43, 44 и 47].
Для морского тропического исполнения изделий из, чистого алюминия он применяется только марок АВ-00, А00, АО и А1 (т. е с содержанием примесей не более, чем в А1).
Из литейных алюминиевых сплавов по ГОСТ 2685-53 для изделий исполнений Т и ТМ следует применять сплавы марок АЛ4, АЛ8 и АЛ9 для литья в землю, в кокиль и под давлением, а марки АЛ 13 — только для литья в землю. В виде исключения допускается применение сплава марки АЛ2 с содержанием меди не более 0,3%, если обеспечена защита деталей надежным лакокрасочным покрытием. Сплав АЛ2 в течение многих лет применяется для отливки установочной водозащищенной электроаппаратуры, однако он очень нестоек к воздействию морской воды. Сплав АЛ4 также находит широкое применение в судостроении. Из АЛ8 — сплава алюминия с магнием (магналий), содержащего 5—11% магния, следует изготавливать детали, несущие значительные ударные нагрузки, детали арматуры, приборов и т. п. Сплав обладает хорошей сопротивляемостью коррозии.
Сплавы алюминия с медью (например, АЛ7, АЛ 12) обладают низкой коррозионной стойкостью и поэтому не могут применяться в тропических и морских тропических условиях.
Из деформируемых алюминиевых сплавов следует применять сплавы марок Д1, Д16, Д6, АК-6, а также В95 и АВ. Сравнительно хорошую коррозионную стойкость имеют сплавы с содержанием до 3% магния (АМг), а также алюминиево-марганцевый сплав АМn.
Во всех случаях необходимо применять сплавы первичной плавки.
Наиболее распространенную группу этих алюминиевых сплавов составляют дуралюмины, представляющие собой сплавы алюминия с медью, |Магнием, марганцем, кремнием, железом.
Сплавы типа дуралюмина обладают малой коррозионной стойкостью. Наиболее распространенным способом защиты дуралюмина от коррозии является плакирование его чистым алюминием.
Нормальный дуралюмин Д1 применяется в виде плакированных листов, полос, прутков, труб и фасонных профилей.
Дуралюмин повышенной прочности марки Д6 выпускается в виде прутков, профилей и труб.
Дуралюмин марки Д16 с высоким содержанием магния обладает высокой прочностью; он выпускается в виде листов, профилей, труб и проволоки.
Дуралюмин для штамповки и ковки фасонных изделий марки АК6 отличается пластичностью в горячем состоянии и повышенными механическими свойствами. Для изготовления деталей, подвергающихся воздействию морской воды, сплав АК6 без защиты не может быть применен даже в средних географических широтах ввиду низкой коррозионной стойкости его [Л. 48]. Применение сплава АК-6 должно быть максимально ограничено. Значительно более высокой прочностью, чем у сплава Д16, обладает сплав В95, содержащий в качестве основных присадок, кроме меди и магния, еще и цинк.
При изготовлении литых деталей из алюминия и его сплавов следует принимать меры для повышения плотности отливок, поскольку коррозионная стойкость литейных алюминиевых сплавов зависит не только от химического состава, но и от плотности отливок.
Во всех случаях все виды изделий из алюминия и его сплавов должны быть защищены от коррозии. В качестве антикоррозионной защиты следует применять анодирование (анодное оксидирование) в серной (для Д16, В95, АМц, АВ, АМГ) или хромовой (для литейных сплавов) кислоте с наполнением хромпиком (см. ниже). При этом на поверхности алюминия образуется плотная непроводящая пленка окиси алюминия, имеющая хорошее сцепление с металлом и значительную твердость (твердость достигает твердости хромовой пленки). Отслаивания пленки не наблюдается при повышении температуры до 400° С. Коррозионная стойкость чистого анодированного алюминия довольно высока, а деталей из алюминиевых сплавов и особенно из алюминиевого литья—ниже. Толщина слоя окиси составляет 5— 10 мкм. Для литых алюминиевых деталей анодирование можно производить при сравнительно небольшой пористости, а именно до 15 пор на 1 сm2, при сравнительно небольших размерах пор (диаметром 0,3— 0,5 мм не более 20%). При большей пористости литья в порах может задерживаться электролит, который вызовет коррозию покрытия изнутри. В этих случаях рекомендуется производить вакуумную пропитку деталей бакелитовым лаком с последующей запечкой, затем снимать глянец и только после этого наносить лакокрасочное покрытие.
Во всех случаях после анодирования или вакуумной пропитки в бакелитовом лаке детали из алюминия должны быть окрашены. При этом категорически запрещается в качестве грунта применять свинцовый сурик.
При применении алюминия и его сплавов как проводникового материала для короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей защита алюминия и его сплавов достигается только окраской, без дополнительного оксидирования.
Титан, цинк, магний и их сплавы. Титан и его сплавы, содержащие более 85—90% титана, обладают очень высокой коррозионной стойкостью. На поверхности изделий из титана образуется тонкая прочная инертная окисная пленка, которая отличается более высокой устойчивостью, чем пассивные пленки на других металлах, не разрушающаяся даже в царской водке. Стойкость к коррозий в морской воде у титана и его сплавов значительно выше, чем у нержавеющей стали.
Из титановых сплавов рекомендуется применение BTI-1, ВТ1-0, ВТ5-1, ВТ6, ОТ4, ОТ4-1, ВТ4, ВТ5, ВТ8, ВТ14, детали из которых не требуют специальной защиты от коррозии.
Цинк и его сплавы в тропических и морских тропических условиях обладают плохой коррозионной стойкостью, если на изделиях из них возможны конденсация влаги и воздействие морского тумана. Поэтому применение цинка и его оплавов допустимо только в сухих помещениях внутри судна, а также в виде исключения в изделиях исполнения ТС.
Магний и его сплавы корродируют в сильной степени (опасна межкристаллитная коррозия), поэтому применение их в условиях тропиков недопустимо.
