Страница 6: ДСТУ-Н Б EN 1993-1-4:20ХХ. Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-4. Загальні положення. Додаткові правила для неіржавіючої сталі (59847)

Додаток А

(довідковий)

Довговічність

Annex A

[informative]

Durability

А.1 Вступ

A.1 Introduction

(1) Принципова відмінність між застосуванням нержавіючих сталей та вуглецевих сталей в тому, що:

(1) The principal difference between using stainless steels and using carbon steels is that:

– для вуглецевих сталей захист від впливу навколишнього середовища і, як
наслідок, очікуваний термін служби можна розглядати окремо від
проектування конструкцій;

– for carbon steels, protection from
environmental effects, and hence life
expectancy, can be dealt with separately from structural design;

– для нержавіючих сталей очікуваний термін служби визначається не наступними захисними обробками, а початковим вибором матеріалів, процесом проектування та процесом виробництва, а також тим чи підходять вони для умов навколишнього середовища.

– for stainless steels, life expectancy is not determined by subsequent protective treatments, but by the initial selection of materials, the design process and the fabrication procedures, and by their suitability for the environmental conditions.

(2) Для того щоб зробити обґрунтований вибір відповідної марки нержавіючої сталі для конкретного застосування або правильно застосувати існуючі посібники з усталеної практики уникнення корозії, необхідно мати певне розуміння механізмів корозії в нержавіючій сталі.

(2) To make an informed selection of an appropriate grade of stainless steel for a particular application, or to correctly apply the available guidance on good detailing practice in order to avoid corrosion, it is important to have some appreciation of the mechanisms of corrosion in stainless steel.

(3) Всі звичайні конструкційні метали під дією сухого повітря утворюють поверхневу оксидну плівку. Окис, що формується на більшості вуглецевих сталей, легко руйнується і за присутності вологи вже не відновлюється. Таким чином між сталлю, вологою і киснем може відбуватися хімічна реакція з утворенням іржі. За винятком атмосферостійкої сталі, ця іржа не є захисною і не заважає процесу корозії.

(3) All common structural metals form surface oxide films when exposed to dry air. The oxide formed on most carbon steels is readily broken down, and in the presence of moisture it is not repaired. Thus, a chemical reaction can take place between the steel, the moisture and oxygen to form rust. Except in weathering steels, this rust is not protective and does not impede the corrosion process.

(4) Нержавіюча сталь також окислюється. Сформований оксид має високий вміст хрому і є стабільним, не пористим та міцно прилягає до металу. Однак, на відміну від оксидів, сформованих на вуглецевих сталях, якщо він розбивається (наприклад, при подряпинах або порізі), то він здатний негайно самовідновитися при наявності повітря або окислюючого середовища. Оксид також дуже стійкий до хімічних впливів. З цих причин він називається «пасивною плівкою». Хоча ця плівка дуже тонка (близько 5·10^-6 мм), вона забезпечує нержавіючій сталі характеристики високої корозіної стійкості, запобігаючи реакції сталі з атмосферою.

(4) An oxide is also formed on stainless steel. This is chromium-rich and is stable,
non-porous and tightly adherent to the metal. However, unlike that formed on carbon steels, if it is broken down (such as by scratching or cutting), it is capable of immediate self-repair in the presence of air or an oxidising environment. It is also highly resistant to chemical attack. For these reasons it is known as a “passive film”. Although this film is very thin (about 5х10^-6 mm), it gives stainless steel high corrosion-resistance properties, by preventing the steel from reacting with the atmosphere.

(5) Поведінка пасивної плівки залежить від складу сталі, обробки її поверхні і корозійної природи навколишнього середовища. Стабільність плівки збільшується по мірі збільшення вмісту хрому. Більшість нержавіючих сталей, які використовуються в будівництві, містять близько 18% хрому і 10% нікелю. Деякі нержавіючі сталі також містять молібден для подальшого збільшення опору корозії.

(5) The behaviour of the passive film depends on the composition of the steel, its surface treatment and the corrosive nature of its environment. The stability of the film increases as the chromium content increases. Most stainless steels that are used in construction contain around 18% chromium and 10% nickel. Some stainless steels also contain molybdenum to further enhance their corrosion resistance.

(6) Ця концепція утворення пасивної плівки важлива, оскільки будь-які умови, які запобігають утворенню плівки або викликають її руйнування, також призведуть до втрати стійкості до корозії. Корозія нержавіючої сталі відбувається тоді, коли пасивна плівка пошкоджується, і їй не вдається відновитися.

(6) This concept of passive film formation is important, because any conditions that prevent the formation of the film, or cause it to break down, will also lead to loss of corrosion resistance. Corrosion of stainless steel therefore occurs if the passive film is damaged and is not allowed to re-form.

(7) Нержавіючі сталі в цілому мають високу ступінь опору корозії і задовільно виконують свої функції в більшості середовищ. Межа опору корозії для певної нержавіючої сталі залежить від легуючих компонентів, а це означає, що при впливі корозійного середовища реакції кожної марки злегка відрізняються. Тому необхідно з обережністю вибирати найбільш прийнятну марку нержавіючої сталі для певного застосування.

(7) Stainless steels are generally very resistant to corrosion and they will perform satisfactorily in most environments. The limit of corrosion resistance for a given stainless steel depends on its alloying elements, which means that each grade has a slightly different response when exposed to a corrosive environment. Care is therefore needed to select the most appropriate grade of stainless steel for a given application.

(8) Можливі причини того, що певна марка нержавіючої сталі не в змозі виправдати очікування щодо опору корозії, наступні:

(8) Possible reasons for a particular grade of stainless metal failing to live up to expectations regarding corrosion resistance include:

а) неправильна оцінка навколишнього середовища або схильність до впливу неочікуваних умов (такі, як
несподіване забруднення іонами
хлориду);

a) incorrect assessment of the environment, or exposure to unexpected conditions (such as unsuspected contamination by chloride ions);

b) виникнення стану, що не передбачений початковою оцінкою, а також
способом, яким оброблялася нержавіюча сталь.

b) introduction of a state not envisaged in the initial assessment, by the way in which the stainless steel has been worked or treated.

(9) Хоча нержавіючі сталі можуть піддаватися зміні кольору і появі плям (часто через забруднення вуглецевої сталі), вони дуже довговічні в будівлях. В агресивному промисловому і морському середовищі випробування не показали ніякого зменшення опору компонента, навіть там де відбувалася невелика втрата ваги. Тим не менш, утворення плям іржі на зовнішніх поверхнях можуть як і раніше розглядатися користувачем як відмова. Досвід показує, що будь-які серйозні корозійні проблеми найбільш ймовірно виникають протягом перших двох або трьох років експлуатації.

(9) Although stainless steels can be subject to discolouration and staining (often due to carbon steel contamination), they are extremely durable in buildings. In aggressive industrial and marine environments, tests have shown no indication of reduction in component resistance even where a small amount of weight loss had occurred. However, unsightly rust staining on external surfaces might still be regarded as a failure by the user. Experience indicates that any serious corrosion problem is most likely to show up in the first two or three years of service.

(10) В окремих агресивних середовищах деякі марки нержавіючої сталі будуть схильні до локалізованих впливів. Шість можливих типів корозії описані в А.2, але в будівлях ймовірно тільки виникнення точкової корозії, щілинної корозії й біметалевої корозії.

(10) In certain aggressive environments some grades of stainless steel will be susceptible to localized attack. Six possible types of corrosion are described in A.2, but only pitting, crevice corrosion and bimetallic corrosion are likely to occur in buildings.

А.2 Типи корозії

A.2 Types of corrosion

А.2.1 Точкова корозія

A.2.1 Pitting

(1) Точкова корозія - це локалізована форма корозії, яка може виникнути в результаті впливу специфічних зовнішніх умов, найбільш помітна при впливі середовищ, що містять іони хлориду. Точкова корозія виникає через те, що іони хлориду проникають через пасивну плівку в слабких місцях. Так утворюється локальний елемент з областю проникнення в якості анода і навколишньою пасивною плівкою в якості катоду. Оскільки площа анода мала, а площа катода велика, щільність струму стає дуже високою, так само як і швидкість корозії на поверхні анода.

(1) Pitting is a localized form of corrosion that can occur as a result of exposure to specific environments, most notably those containing chloride ions. Pitting occurs because chloride ions penetrate the passive film in weak spots. This forms a local element, with the penetrated area as the anode and the surrounding passive film as the cathode. Since the anode area is small and the cathode area is large, the current density becomes very high and therefore so does the corrosion rate on the surface of the anode.

(2) В більшості конструктивних застосувань поверхнева точкова корозія ймовірно буде незначною і прийнятною, оскільки зменшення перерізу компонента буде незначним. Однак, кородовані продукти можуть зіпсувати архітектурні характеристики. Більш жорсткі вимоги до точкової корозії можуть застосуватися наприклад в жолобах, трубах і забруднених конструкціях. Якщо є відомий ризик, необхідно обрати відповідну марку нержавіючої сталі, зазвичай вона буде мати більш високий склад сплаву, що містить молібденові добавки.

(2) In most structural applications, superficial pitting is likely to be low and acceptable because the reduction in the section of the component will be negligible. However, corrosion products can stain architectural features. A less tolerant view of pitting should be adopted for services such as ducts, piping and containment structures. If there is a known hazard, a suitable grade of stainless steel should be selected; usually this will have a higher alloy composition containing molybdenum additions.

А.2.2 Щілинна корозія

A.2.2 Crevice corrosion

(1) Щілинна корозія – це локалізована форма впливу, яка викликана диференціалом в рівнях кисню між щілиною і областю, що піддається впливу. Вона, ймовірно, не буде проблемою, за винятком нерухомих розчинів, де може виникнути скупчення хлоридів. Серйозність щілинної корозії у великій мірі залежить від геометрії щілини, чим більш вузька і глибока щілина, тим більш інтенсивна корозія.

(1) Crevice corrosion is a localized form of attack that is initiated by the differentials in oxygen levels between the creviced and exposed regions. It is not likely to be a problem except in stagnant solutions where a build-up of chlorides can occur. The severity of crevice corrosion is very dependent on the geometry of the crevice; the narrower and deeper the crevice, the more severe the corrosion.

(2) Щілини зазвичай утворюються між гайками та шайбами або навколо різьби шурупа або стержня болта. Щілини також можуть утворюватися в не повністю проварених зварних швах і під осадом на поверхні сталі. В принципі точкова і щілинна корозії є аналогічними явищами, але вплив починається більш легко в щілині, ніж на вільній поверхні.

(2) Crevices typically occur between nuts and washers or around the thread of a screw or the shank of a bolt. Crevices can also occur in welds that fail to penetrate and under deposits on the steel surface. In principle, pitting and crevice corrosion are similar phenomena, but the attacks start more easily in a crevice than on a free surface.

А.2.3 Біметалева корозія

A.2.3 Bimetallic corrosion

(1) Біметалева корозія схильна до виникнення, коли різні метали знаходяться в електричному контакті в будь-якому електроліті, включаючи дощову воду, конденсат і т. д. Якщо між ними проходить електричний струм, менш благородний метал (анод) кородує з більшою швидкістю, ніж це б відбувалося, якби метали не контактували.

(1) Bimetallic corrosion is liable to occur when dissimilar metals are in electrical contact in any electrolyte, including rainwater, condensation etc. If an electrical current flows between the two, the less noble metal (the anode) corrodes at a faster rate than would have occurred if the metals were not in contact.

(2) Швидкість корозії також залежить від відносної площі контакту металів, температури і складу електроліту. Зокрема, чим більша площа катода по відношенню до площі анода, тим більша швидкість роз'їдання. Несприятливі співвідношення площ зазвичай виникають в кріпленнях і з’єднаннях.

(2) The rate of corrosion also depends on the relative areas of the metals in contact, the temperature and the composition of the electrolyte. In particular, the larger the area of the cathode in relation to that of the anode, the greater the rate of attack. Adverse area ratios are likely to occur for fasteners and at joints.

(3) Необхідно уникати використання болтів з вуглецевої сталі в елементах з нержавіючої сталі, оскільки співвідношення площі нержавіючої сталі до вуглецевої сталі велике, болти будуть піддані агресивному роз'їданню. І навпаки, швидкість роз'їдання елемента з вуглецевої сталі болтом з нержавіючої сталі значно нижча. Зазвичай допомагає застосування попереднього досвіду в аналогічних середовищах, оскільки різні метали часто можуть бути безпечно з'єднані, без негативних ефектів в умовах епізодичної конденсації або вологості, особливо коли провідність електроліту низька.

(3) The use of carbon steel bolts should be avoided in stainless steel members, because the ratio of the area of the stainless steel to the carbon steel is large and the bolts will be subject to aggressive attack. Conversely, the rate of attack of a carbon steel member by a stainless steel bolt is much slower. It is usually helpful to draw on previous experience in similar environments, because dissimilar metals can often be coupled safely, with no adverse effects under conditions of occasional condensation or dampness, especially when the conductivity of the electrolyte is low.

(4) Прогнозування таких результатів є нелегким, оскільки швидкість корозії визначається рядом складних питань. Використання таблиці потенціалів ігнорує присутність оксидних плівок на поверхні, вплив співвідношення площ і відмінності в хімічному складі електроліту. В результаті застосування цих таблиць без урахування даних факторів може дати помилкові результати. Тому вони повинні використовуватися з обережністю і тільки для початкової оцінки.

(4) The prediction of these effects is difficult because the corrosion rate is determined by a number of complex issues. The use of potential tables ignores the presence of surface oxide films and the effects of area ratios and differences in the chemistry of the electrolyte. As a result, uninformed use of these tables can produce erroneous results. They should therefore be used with care and only for initial assessment.

(5) Аустенітні нержавіючі сталі часто утворюють катод в біметалевій парі, і тому вони не страждають від корозії. Винятком з цього правила є пара з міддю, використання якої в цілому слід уникати, окрім випадку м'яких умов. Контакт між аустенітною нержавіючою сталлю і алюмінієм або цинком може в результаті привести до додаткової корозії останніх двох металів. Малоймовірно, що це буде мати важливе конструкційне значення, але сіро-білий пил, що з'являється в результаті може бути визнаним непривабливим.

(5) Austenitic stainless steels often form the cathode in a bimetallic couple and therefore do not suffer corrosion. An exception to this is the couple with copper, which should generally be avoided except under benign conditions. Contact between austenitic stainless steels and aluminium or zinc can result in some additional corrosion of the latter two metals. This is unlikely to be significant structurally, but the resulting
grey-white powder might be deemed unsightly.

(6) Біметалева корозія може бути попереджена при виключенні води з деталі (наприклад, фарбуванням або ізолюванням з'єднання) або, що краще, електричною ізоляцією металів один від одного (наприклад, фарбуванням контактних поверхонь різних металів). Ізоляція навколо з'єднань на болтах може бути досягнута за рахунок непровідних пластикових або гумових прокладок і нейлонових або тефлонових шайб і вкладок. Така система вимагає часу для її організації на місці. Більш того, зазвичай неможливо забезпечити необхідний рівень перевірки на місці, щоб переконатися, що всі шайби й втулки були встановлені належним чином.

(6) Bimetallic corrosion may be prevented by excluding water from the detail (for example by painting or taping over the assembled joint) or, preferably, by electrically isolating the metals from each other (for example by painting the contact surfaces of the dissimilar metals). Isolation around bolted connections can be achieved by
non-conductive plastic or rubber gaskets and nylon or teflon washers and bushes. This system is a timeconsuming detail to make on site. Moreover it is not usually practicable to provide the necessary level of site inspection to check that all the washers and sleeves have been installed properly.