CC BY
54
УДК 620.193/.197:656.2
ЖИТАРЬ Б.Е., к.х.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) САМОЙЛОВ В.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
К вопросу о применении способов защиты металлов и металлоконструкций от коррозии на железнодорожном транспорте
Zhitar B.E., Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor (DRTI) Samoylov V.V., Senior Lecturer (DRTI)
On the application of methods for protecting metals and metal structures from corrosion in railway transport
Введение
Коррозионные процессы на железнодорожном транспорте
происходят как с элементами конструкций, такими как рельсы, скрепления, металлические части зданий, оборудование, мосты и элементы коммуникаций, так и с железнодорожным подвижным
составом (локомотивы, вагоны различного назначения, путевые машины).
Интенсивно протекает коррозия металлических поверхностей элементов верхнего строения железнодорожного пути и подвижного состава - так как они подвергаются неблагоприятному воздействию окружающей среды наиболее активно, и включают в свою конструкцию большое количество элементов, слабо защищённых от неблагоприятных условий. Усиливает воздействие среды то, что преодоление больших расстояний между точками назначения поездами происходит в короткие сроки; причем они пересекают различные климатические зоны, оказываясь подверженными
периодическому влиянию сменяющихся погодных условий.
Анализ последних исследований и публикаций
Коррозионной активностью
обладают и перевозимые грузы, которые оказывают механическое и химическое воздействие на применяемые для их транспортировки ёмкости (полувагоны, цистерны, хоппер-дозаторы и др.). Что касается коррозионных процессов, связанных с особенностями
транспортировки и разгрузки, то здесь стоит учитывать вибрацию от движения железнодорожных составов, механическое трение сыпучих веществ, не идеальность технологии наполнения-разгрузки
ёмкостей, то есть все возможные цикличные и статические напряжения -всё это приводит к преждевременному разрушению элементов железнодорожных конструкций и механизмов [1].
Очень велики потери от коррозии металла (прямые и косвенные) на железнодорожном транспорте. Если говорить о сооружениях из металла (прежде всего - это металлические мосты) и металлоконструкциях зданий и сооружений, то, например, в Украине в 90-х гг., когда вопросам защиты от коррозии уделяли мало внимания, каждый год выводилось из эксплуатации
до 15% от изготовленных за тот же период металлоконструкций. Ведь только в металлических мостах «работает» более 240 тыс. т стали [2]. Мост представляет собой одно из самых дорогих и трудоемких в изготовлении инженерных сооружений на железных дорогах (наряду с тоннелем).
Также, несмотря на принимаемые меры, значительны и «коррозионные» потери металла в элементах верхнего строения пути, потери от простоя поврежденных технических средств и другие, что обуславливает
необходимость их защиты и актуальность данных исследований.
Стойкость металла к коррозионно-механическим воздействиям
обуславливается качеством
применяемого металла, агрессивностью среды, особенностями конструкции технических средств и техникой её использования, а также
подготовленностью металлических поверхностей к условиям
эксплуатации, то есть
антикоррозионной защитой.
Существует много способов защиты стальных конструкций от коррозии, которые по условиям работы разбиты на две основные группы: конструкции, работающие в атмосферных условиях, и - находящиеся в грунте (заглубленные сооружения) [2].
Для защиты металлоконструкций от коррозии используют универсальный способ - снижение агрессивности среды, кроме того от атмосферной коррозии используют защитные покрытия, а от грунтовой - изоляцию другими различными покрытиями (лаки и краски не пригодны для защиты подземных сооружений из-за механических повреждений защитных слоев при контакте с грунтом; срок службы таких покрытий в этих
условиях невелик), а также мероприятия электрохимической защиты.
Цель работы
Целью настоящего исследования является анализ некоторых способов защиты от атмосферной коррозии металлов и металлоконструкций на железнодорожном транспорте.
Предложенный анализ позволяет выявить наряду с дополнительными показателями и имеющиеся недостатки, что позволит повысить эффективность принимаемых мер.
Для анализа были выбраны несколько наиболее часто применяемых способов защиты от коррозии: способ легирования, нанесение лакокрасочных материалов (ЛКМ) и полимерных пленок на поверхность металла (барьерная защита), комплексное с защитными покрытиями применение модификаторов ржавчины и ингибирование [2], [5], [6]. Анализируемые способы защиты от коррозии отличаются по механизму воздействия, по составу основных реагентов и характеру протекания процессов.
Основная часть
Изучение условий окружающей среды, оказывающих влияние на работу металла в железнодорожных
металлоконструкциях различного
назначения, позволяет выявить несколько направлений применения защит от атмосферной коррозии на
железнодорожном транспорте:
- защита металлических элементов ВСП от коррозии и от агрессивного действия просыпающихся химически активных грузов;
- защита (внутренней поверхности) емкостей для транспортирования грузов от коррозии и от агрессивного действия
перевозимых химически активных грузов;
- защита других видов железнодорожного подвижного состава, путевых машин, механизированного инструмента и другие;
- защита металлоконструкций мостов.
Необходимость защиты металла вызвана тем, что само железо особенно сильно подвергается коррозии, так как его поверхность обладает высокой реакционной способностью и имеет гетерогенное строение (неоднородность структуры).
Требуют обсуждения существующие способы защиты от коррозии, так как наряду с достоинствами они имеют и недостатки, которые ограничивают и усложняют их применение.
Так уже на этапе подбора и подготовки материала - при изготовлении металлоконструкций -коррозионную стойкость металла можно повысить его легированием.
Способ легирования (присадка к железу N1, Сг, Со и других металлов) -дает возможность получить различные нержавеющие стали, однако и они подвержены поверхностной коррозии, как правило - с малой скоростью.
К тому же легированный металл выходит дорогим из-за дефицитных добавок, потому он неприемлем для массово изготавливаемых конструкций (металлические мосты, рельсы и элементы скреплений и т.д.).
Способ пригоден для усиления защиты отдельных наиболее дорогих, ответственных стальных конструкций и изделий - при технико-экономической обоснованности эффективности его применения.
Применение защитных покрытий (пленок) дает возможность приостановить процессы коррозии. Для создания такой барьерной защиты пленки наносятся на
поверхность металла с помощью лакокрасочных материалов (ЛКМ), лаков, красок, эмали или других металлов. Окалину и ржавчину при этом необходимо удалить с поверхности покрываемого металла для
предотвращения уменьшения адгезии покрытия с поверхностью.
Данный процесс требует отдельных затрат времени и ресурсов, причем покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит лишь препятствием для нее. Поэтому большое значение имеет качество покрытия, то есть его пористость, равномерность, толщина слоя и прочность сцепления (адгезия) с поверхностью металла. В результате приходится устраивать покрытие в несколько слоев.
Именно таким «традиционным» методом в большинстве случаев осуществляется обработка наружных поверхностей металлических мостов, большинства видов вагонов, других единиц подвижного состава, путевых машин и механизированного
инструмента и т.д.
В частности, в Украине в 2000-х гг. был рекомендован способ защиты металлоконструкций мостов - покрытие защитными лакокрасочными составами, и была разработана инструкция ЦП-0142 по окраске эксплуатируемых железнодорожных мостов [3]. Для защиты металлоконструкций мостов от коррозии с учетом климатических условий окружающей среды (тип климата) рекомендованы определенные лакокрасочные покрытия и грунтовки (вариант покрытия ЛКМ в два слоя), указаны ориентировочные сроки их службы. Также и в России: утвержденные в 2002 г. действующие ТУ на окраску металлических конструкций
железнодорожных мостов,
предусматривают подготовку (очистку
поверхности от краски, ржавчины и т.п.) и нанесение слоев защитного покрытия [4].
Исследования выявили намного более практичный способ - применение для приготовления защитных пленок модификатора ржавчины порошкового лигнинового (МРПЛ) [5]. Модификатор вводится в ЛКМ и наносится на разрушенное старое лакокрасочное покрытие без предварительной очистки и снятия ржавчины.
Можно отметить достоинства способа: применение МРПЛ позволяет увеличить в 3...5 раз стойкость лакокрасочных покрытий, а срок годности такой лакокрасочной композиции - неограничен. Данный способ стоит рекомендовать для защиты поверхностей уже эксплуатируемых технических средств на железнодорожном транспорте, которые при их работе подвержены увлажнению и атмосферной коррозии.
Кроме пленок на основе ЛКМ для защиты металлов от коррозии, можно применять полимерные пленки. Так в строительстве применяются пленки из поливинилфторида (ПВФ) - для антикоррозионной отделки наружных и внутренних стен зданий, промышленных сооружений. Особенно выгодно применять их для внутренних стен зданий вокзалов и др., т.к. они невосприимчивы к загрязнениям, легко моются водой и не выцветают [6].
В России проводятся исследования комплексных антикоррозионных
однослойных двухкомпонентных
покрытий. В отдельных областях применения на железнодорожном транспорте уже ведется работа по их внедрению. Так для долговременной защиты от коррозии объектов железных дорог (конструкций вокзалов, металлоконструкций железнодорожных мостов, опор контактной электросети,
локомотивных депо и других объектов, а также подвижного состава) предлагается покрытие для грунтования и окрашивания металлических наружных поверхностей всех видов подвижного состава железнодорожного транспорта и внутренних поверхностей кузовов грузовых вагонов, подвагонного оборудования, всех видов подвижного состава, а также других конструкций из стали (кроме мостов), эксплуатируемых в атмосферных условиях (долговечность покрытия из двухкомпонентной эмали -до 12 лет) [1].
Для грунтования и окрашивания металлических поверхностей из углеродистой стали (внутренних поверхностей кузовов грузовых вагонов (вагонов-цементовозов, вагонов-
минераловозов, контейнеров и резервуаров), подверженных
агрессивному воздействию сыпучих химических продуктов, - разработаны покрытия долговечностью до 10 лет. То есть новые ЛКМ-покрытия применимы на железнодорожном транспорте для длительной защиты металлоизделий от атмосферной коррозии.
Также одним из эффективных способов защиты от коррозии в различных агрессивных средах является применение ингибиторов.
Ингибиторы - это вещества, способные в малых количествах замедлять или останавливать химические процессы. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла тонкую защитную пленку вследствие поверхностной адсорбции.
В зависимости от природы металла и среды применяют различные ингибиторы: нитрит натрия, хромат и дихромат калия, фосфаты натрия, некоторые высокомолекулярные
органические соединения и др. Защитное действие этих веществ обусловлено тем, что их молекулы или
ионы адсорбируются на поверхности металла и каталитически снижают скорость коррозии, а некоторые из них (например, хроматы и дихроматы) -переводят металл в пассивное состояние. Это необходимо учитывать при выборе способа защиты металлов от коррозии.
Анализ показывает, что выбор того или иного способа защиты от коррозии прежде всего зависит от условий, в которых функционируют технические средства и сооружения (его
можно представить в виде алгоритма). Необходимо также учитывать конструктивные свойства металлоизделий, обеспечение их функциональных свойств. Все эти факторы должны найти отражение в технико-экономическом обосновании и расчете экономического эффекта для выбранного способа защиты от коррозии. Именно на основании этих результатов должно приниматься окончательное решение о выборе способа защиты от коррозии.
Алгоритм выбора способа антикоррозионной защиты металлоконструкции
Объект защиты Функциональное назначение Оценка условии эксплуатации анализ Обоснование способа по ТЭП
Таблица 1
Качественная оценка применяемых защит от коррозии металла
Показатель Способ защиты от коррозии
легирование обычные ЛКМ ЛКМ+МРПЛ ингибитор
Количество слоев покрытия + 0 (добавка в металл) 2-3 слоя + 1 слой + 1 (пленка на поверхности)
Необходимость подготовки поверхности + нет есть + нет да
Наличие удорожающего фактора для покрытия дефицитная добавка нанесение в несколько слоев + +
Характеристика долговечности покрытия + - замедляет коррозию недолговечны + долговечны + - замедляет коррозию
Для предварительного сравнения используем качественную интегральную оценку применяемых для защиты от коррозии металлических поверхностей способов (см. табл. 1). Условно отметим (+) - достоинства и (-) - недостатки способов.
Проведенное сравнение важных эксплуатационных показателей для различных способов защиты
поверхности металла от коррозии выявило преимущество при
использовании ЛКМ с модификаторами ржавчины. Однако наличие
положительных качеств и у других способов требует рассмотрения также возможности применения (совмещения) нескольких способов борьбы с коррозией.
Выводы
Выполнен системный анализ некоторых способов защиты металлов и металлоконструкций от коррозии на железнодорожном транспорте.
Показано, что при выборе способа защиты от коррозии необходимо учитывать условия применения, технологичность, стоимость исходных материалов, экономичность, надежность и долговечность защиты.
Обсуждаются проблемы
антикоррозионной защиты металлов в области получения защитных пленок с применением ЛКМ.
Как наиболее эффективная антикоррозионная защита металла и металлоконструкций, рекомендуются двухкомпонентные однослойные
лакокрасочные покрытия.
Необходимо исследование
возможностей и экономической эффективности применения полимерных пленок и ингибиторов для борьбы с коррозией на железнодорожном транспорте.
Список литературы:
1. Коррозия на объектах железнодорожного транспорта: [Электронный ресурс] : RaumProfie. Промышленные лакокрасочные покрытия: сайт. - Электрон. дан. -Режим доступа : https://www. raum-profie .ru/proj ects/obekty-zheleznodorozh nogo-transporta/obekty-zheleznodorozhn ogo-transporta/. - Загл. с экрана.
2. Плугин А.М. Восстановление и защита промышленных зданий и сооружений на железнодорожном транспорте : учебное пособие : в 2 частях / А.М. Плугин [и др.]. - Х.: ХарГАЖТ, 2001. - Ч. 1. - 137 с.; Ч. 2. -74 с.
3. Правила окраски железнодорожных эксплуатируемых мостов : (цП-0142) / А.М. Плугин [и др.]. - К.: Министерство транспорта и связи Украины. - Х.: УкрГАЖТ, 2006. -176 с.
4. Технологические указания окраски металлических мостов : (ЦПИ-6/32) [Электронный ресурс] : Консорциум «Кодекс». Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации: сайт. - Электрон. дан. - Режим доступа: http//docs.cntd.ru/document/ 1200037613. -Загл. с экрана.
5. Житарь Б.Е. Применение лигнинового преобразователя ржавчины для защиты металлов от коррозии / Б.Е. Житарь, В.В. Самойлов // Сб. науч. трудов ДОНИЖТ, 2019. - № 52. - С. 5761.
6. Заплишнин В.Н. Применение полимеров лигнина и его производных / В.Н. Заплишнин [и др.] // Пластмассы. -№ 1. - 1992. - С. 56-61.
Аннотации:
В статье приводятся результаты анализа некоторых способов защиты от атмосферной коррозии металлов и металлоконструкций, сооружений и технических средств на железнодорожном транспорте.
Рассмотрены достоинства и недостатки способов защиты и даны предложения по их применению.
Ключевые слова: антикоррозионная защита, легирование, лакокрасочные материалы и покрытия, модификаторы ржавчины, ингибиторы коррозии.
The article presents the results of the analysis of some methods of protection against atmospheric corrosion of metals and metal structures and technical means on railway transport.
The advantages and disadvantages of protection methods are considered and proposals for their application are given.
Keywords: anti-corrosion protection, alloying, paints and varnishes and coatings, rust modifiers, corrosion inhibitors.
