Способ испытаний упаковочной единицы, содержащей металлический прокат, имеющий сложение в виде рулона и пачки, на стойкость к коррозии такого металлического проката Российский патент 2025 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, в частности к испытаниям упакованного металлического проката, предназначенного для длительной перевозки, в том числе морским путем, характеризующейся воздействием неблагоприятных внешних факторов.

Упакованный металлический прокат представляет собой упаковочную единицу - изделие, создаваемое в результате соединения продукции с упаковкой (ГОСТ 17527-2003 «Упаковка. Термины и определения»).

В зависимости от вида металлического проката, а именно: рулон листового проката или рулон проволоки, объемная пачка полос или пластин, для упаковки такого металлического проката применяются упаковочные средства и материалы, обладающие защитными свойствами, например, коррозионностойкие и/или влагостойкие. Однако, наличие неблагоприятных факторов в виде циклического изменения температуры, особенно при повышенной влажности окружающей среды в процессе длительной перевозке, оказывает неблагоприятное воздействие на металл, вызывающее проявление коррозии на поверхности металлического проката, что обусловливает снижение его товарного вида.

Таким образом, в данной области техники происходит поиск решений, способных обеспечить достоверное представление о защитных свойствах упаковки, содержащей продукцию прокатного производства, от воздействия влаги на металлический прокат в условиях изменения температурного режима при длительной перевозке, в том числе морским путем.

Из уровня техники известны технические решения, связанные с оценкой коррозионной стойкости и влагостойкости образцов металла. Например, из патентного документа SU 871043 (опубл. 07.10.1981) известен способ коррозионных испытаний, заключающийся в том, что испытуемый интегративный образец металла представляет собой имитирующие продукт соединенные образцы, образующие неподвижный замкнутый контур, при этом периодически в контур подают агрессивную среду и пропускают ее по контуру с заданной скоростью с помощью насоса.

Практическое применение коррозионных испытаний по указанному способу не дает представления о воздействии агрессивных условий внешней среды на сложенный слоями металлический прокат в статусе упаковочной единицы, находящейся в условиях длительной перевозки.

Из патента RU 2553412 (опубл. 10.06.2015) известен способ оценки стойкости образцов проката к межкристаллитной коррозии сталей и сплавов. В данном способе образцы подвергают испытаниям в рабочем растворе, имеющем заданную температуру, также задают продолжительность выдержки, при этом часть образцов подвергают провоцирующему нагреву, а часть образцов подвергают испытаниям в состоянии поставки без провоцирующего нагрева.

Данный способ проблематично применять для исследования поведения металла в рулоне или в пачке листов/полос ввиду того, что в условиях длительной перевозки при воздействии неблагоприятных факторов коррозия образуется в том числе и на плотно соприкасающихся поверхностях упакованного металлического проката. Следовательно, известный способ не может быть использован для прогнозирования качества металлического проката, находящегося в условиях длительной перевозки в качестве упаковочной единицы.

Из патентного документа CN 113340800 (опубл. 03.09.2021) известен способ испытания коррозионной стойкости углеродистой стали. Способ включает испытание образца углеродистой стали в условиях высокой температуры и высокой влажности, при этом испытание предусматривает чередование воздействия на образцы углеродистой стали соляным туманом в течение 34-38 часов путем его распыления и операции высыхания при температуре 48°C - 53°C в течение 10-14 часов. Количество циклов не менее 6. Способ обеспечивает возможность оценки влияния различных количеств осажденных хлорид-ионов, температур, чередования сухого и влажного состояния, на коррозионную стойкость углеродистой стали.

Применение данного способа сопряжено с некоторыми недостатками. В частности, испытание образца стали в условиях, приближенных к длительному нахождению в условиях морской среды, не может обеспечивать достоверность результатов при воздействии на металлической прокат в упаковке.

Из патентного описания RU 2024097 (опубл. 30.11.1994) известен способ испытаний защищенности электронно-оптического преобразователя (ЭОП), имеющего волоконно-оптические пластины, характеризующийся тем, что на ЭОП, находящийся в упаковке изготовителя, помещают в испытательную камеру и воздействуют повышенной влажностью воздуха 98% при температуре +40 градусов Цельсия для определения работоспособности ЭОП после хранения данного изделия. Воздействие влаги проявляется при определенных значениях температуры и влажности, при этом влага растворяет включения в порах волоконно-оптических пластин и благодаря этому проникает внутрь модуля ЭОП, вызывая его неработоспособность.

Способ по патенту №2024097 выбран в качестве ближайшего аналога.

Известный способ обеспечивает достоверность сведений о состоянии ЭОП испытаний при хранении в условиях воздействия влагой. Недостатком такого способа является неинформативность при потенциальном определении состояния качества объекта иного назначения, представляющего собой массивное слоистое тело, каким является металлический прокат в статусе упаковочной единицы, находящейся в условиях циклического изменения температуры и влажности, вызывающей проявления коррозии на поверхности металла, имеющего сложение в форме рулонов или объемных пачек, которое обусловливает прилегание поверхностей листового проката, также соприкосновение поверхностей смотанной в рулоны проволоки.

Таким образом, способ по патенту RU 2024097 имеет ограниченное применение.

Исходя из вышесказанного, техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается:

- в необходимости создания условий испытаний упаковочной единицы, содержащей металлический прокат, которые обеспечивают циклическое изменение влажности и температуры, характерных для длительной перевозки, в том числе морским путем, с учетом особенностей сложения металлического проката, предусматривающего плотное прилегание поверхностей слоев непосредственно металлического проката;

- в сохранении фактора ускоренности испытаний по сравнению с испытаниями в условиях имитации неблагоприятных факторов, характерных для длительной перевозки, в том числе морским путем.

Технический результат состоит в проверке защитных свойств упаковки от воздействия вызывающей коррозию влаги на металлический прокат, имеющий сложение в виде рулонов или пачек, при циклических изменениях температуры и влажности, и, как следствие, в определении состояния товарного вида такого металлического проката, предназначенного для доставки потребителю в упаковке.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Способ испытаний упаковочной единицы на стойкость упакованного продукта к воздействию влаги характеризуется воздействием температуры и влажности.

Продукт, предназначенный для упаковывания, представляет собой металлический прокат, имеющий сложение в форме рулона или пачки, предусматривающее плотное прилегание поверхностей слоев непосредственно металлического проката.

Упаковочную единицу помещают в объем камеры и воздействуют повышенной влажностью и температурой.

При этом в предлагаемом изобретении:

- упаковочная единица содержится в замкнутом объеме;

- в качестве агента, обеспечивающего повышенную влажность при изменении температуры, используют горячий водяной пар;

- испытания проводят циклами, состоящими из двух этапов;

- на первом этапе горячий водяной пар подают в замкнутый объем, содержащий упаковочную единицу;

- на первом этапе подают водяной пар в течение 4-12 часов;

- причем целесообразно, чтобы температура горячего водяного пара составляла не менее 80°С;

- на втором этапе подачу горячего водяного пара прекращают и осуществляют естественное охлаждение, обеспечивающее появление конденсата;

- при этом целесообразно на втором этапе естественное охлаждение осуществлять в течение 4-12 часов;

- также предпочтительно осуществлять не менее четырех циклов;

- по окончании циклических испытаний металлический прокат извлекают из замкнутого объема, распаковывают и выполняют осмотр металлического проката для обнаружения проявлений коррозии на его поверхности.

Раскрытие сущности изобретения

Создание условий для испытания упаковочной единицы, обеспечивающих образование конденсата, влияющего на проявление коррозии на поверхности металлического проката, обусловлено использованием агента в виде горячего водяного пара при условии циклического воздействия.

Наличие замкнутого объема с содержащейся в нем упаковочной единицей является предпосылкой для создания условий, эквивалентных условиям перевозки упаковочной единицы в закрытом транспортном контейнере, в том числе морским путем. Так, в закрытой полости транспортного контейнера создается микроклимат, усиливающий неблагоприятные условия ввиду того, что в контейнере отсутствуют средства вентиляции или иные средства для нормализации среды внутри контейнера.

Фактор цикличности испытаний, предусматривающий выполнение в каждом цикле два последовательных этапа, создает условия для образования конденсата, влияющего на проявления коррозии на поверхности металлического проката, упакованного слоями с плотным прилеганием поверхностей в силу преимущественно стянутого состояния металлического проката в рулоне или пачке.

На первом этапе подача горячего пара в замкнутый объем с находящейся в нем упаковочной единицей обеспечивает возникновение паров воды, оказывающих воздействие на упаковочную единицу, а при отключении подачи пара на втором этапе в данном замкнутом объеме происходит выдержка упаковочной единицы при ее естественном охлаждении при (неизбежном) снижении температуры внутри замкнутого объема. Следствием разницы температур подаваемого на первом этапе горячего водяного пара и остывающего в замкнутом объеме водяного пара является образование конденсата.

Таким образом, выполнение первого цикла испытаний приводит к образованию конденсата в замкнутом объеме, содержащем упаковочную единицу. Следовательно, металлический прокат в упаковке в течение только первого цикла испытывает воздействие неблагоприятных факторов, вызывающих проявления коррозии. Исходя из этого, выполнение не менее четырех циклов испытаний обусловливает создание экстремальных условий, эквивалентных условиям длительной перевозки с учетом изменения климатических условий, а также цикличности смены дня и ночи, характеризующихся резким изменением температур.

Верхний уровень по количеству циклов не регламентирован, но, основываясь на проведенных по предлагаемому способу испытаниях (см. таблицу 1 в данном описании), выявлено достижение сходимости результатов испытаний с получаемыми при воздействии на упаковочную единицу агрессивными условиями, возникающими при длительной перевозке в контейнерах морским путем. Так, результаты, полученные для 6-8 циклов, свидетельствуют о том, что проведение более 10 циклов испытаний нецелесообразно из-за избыточности созданных экстремальных условий испытаний, не реализующихся даже при длительной перевозке в контейнерах морским путем.

Граничные условия по времени проведения первого и второго этапов в течение 4-12 часов обусловлены аналогичными причинами - длительность этапов менее 4 часов не приводит к воссозданию условий длительной перевозки в контейнерах морским путем. Время первого или второго этапов более 12 часов нецелесообразно с точки зрения воссоздания реальных условий длительной перевозки, т.к. не приводит к требуемым результатам.

Принимая во внимание предпочтительный интервал времени от 4 до 12 часов как для подачи горячего водяного пара, воздействующего на упаковочную единицу в замкнутом объеме, так и для выдержки в замкнутом объеме упаковочной единицы, охлаждаемой естественным путем, - продолжительность одного цикла составляет не более 24 часов. Следовательно, время испытаний при минимальном числе циклов (4 цикла) имеет продолжительность 96 часов, т.е. 4 дня, что свидетельствует о достаточно коротком сроке испытаний по сравнению с испытаниями в условиях, имитирующих перевозку, имеющую длительность до 2-6 месяцев, кроме того, предусматривающую получение отзывов о состоянии товарного вида металлического проката у потребителя.

На основании вышесказанного установлено, что проявления коррозии на поверхности металлического проката обусловлены цикличным изменением влажности и температуры, имеющей воздействие на содержащуюся в замкнутом объеме упаковочную единицу. Вид металлического проката, имеющего сложение в рулон или пачку, т.е. в массивное тело рулона или пачки, обусловливает прилегание друг к другу поверхностей слоев такого проката, между которыми проникает горячий водяной пар, начиная от кромки рулона/пачки вглубь, с последующим образованием и накоплением конденсата.

Данный процесс происходит следующим образом. В течение цикла при охлаждении упаковочной единицы на втором этапе образуется конденсат, вступающий в реакцию с металлическим прокатом, в результате которого образуются участки проявления коррозии. В последующем цикле при подаче горячего пара происходит нагревание массивного тела металлического проката, следствием которого является испарение конденсата. Такое испарение не исключает наличие конденсата, оставшегося между слоями упакованного металлического проката и не успевшего прореагировать с металлом, но при очередном цикле нагревания оставшийся конденсат также переходит в парообразное состояние.

Таким образом, при циклических испытаниях происходит накопление конденсата между слоями упакованного металлического проката и очаги коррозии разрастаются.

Выполняемый после циклических испытаний осмотр металлического проката, освобожденного от упаковки, позволяет выявить очаги коррозии на его поверхности. При этом информация о состоянии поверхности металлического проката, в том числе процент поражения данной поверхности коррозией, отражает надежность упаковки с точки зрения обеспечения ее защитных функций, предотвращающих воздействие неблагоприятных факторов в условиях длительной перевозки.

В целях совершенствования защитных свойств упаковки представление о состоянии металлического проката после его испытаний в качестве упаковочной единицы обусловливает принятие решения или о сохранении упаковки, или о замене/усилении имеющейся упаковки с использованием изолирующих и защитных элементов из полимерных антикоррозийных и металлических материалов, антикоррозийной бумаги, ингибиторов и поглотителей влаги, а также материалов для фиксации упаковочных материалов (согласно ГОСТ 17527-2020).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Упаковочная единица, предназначенная для испытаний, представляет собой двуединый объект, например, смотанный в рулон металлический прокат, охватываемый гибким металлическим листом как по цилиндрической поверхности, так и по торцевой, кроме того, в указанной упаковке металлический прокат защищен ингибиторной бумагой.

Пачка листов или пачка пластин металлического проката может быть упакована аналогичным образом.

Для испытаний упакованного металлического проката используют камеру, выполненную с возможностью создания замкнутого объема. Конструкция камеры предусматривает наличие нижнего патрубка для подачи пара и верхнего патрубка для выхода избыточного пара. Кроме того, камера оснащена общедоступными средствами контроля температуры и влажности.

Рулон или пачку металлического проката в статусе упаковочной единицы размещают в полости камеры, затем полость закрывают, создавая замкнутый объем.

Непосредственно испытания проводят следующим образом.

Осуществляют четыре цикла, состоящие из двух последовательных этапов.

На первом этапе через патрубок подают горячий водяной пар, имеющий давление 1,232 кг/см², температуру 105°С в течение интервала 4-12 часов. При этом относительная влажность в испытательной камере не менее 90%.

При выборе периода подачи горячего пара, например, в течение 12 часов, по окончании данного периода времени первый этап завершают, переходя ко второму этапу, который характеризуется отключением подачи пара. Затем на втором этапе в течение 12 часов выдерживают упаковочную единицу для ее охлаждения естественным образом.

Выдержка упаковочной единицы в замкнутом объеме камеры без доступа горячего пара может происходить, например, до температуры не более 25°С.

Выбор длительности подачи пара, оказывающего воздействие на упаковочную единицу на первом этапе, и длительности ее естественного охлаждения на втором этапе производится опытным путем в зависимости от вида металлического проката и используемых упаковочных материалов.

После завершения циклических испытаний упакованный рулон извлекают из камеры, распаковывают и осматривают металлический прокат.

Таким образом, о защитных свойствах упаковки судят по результатам испытаний упакованного металлического проката. Положительный результат испытаний - в случае отсутствия проявления коррозии в виде пятен, потемнений, очагов коррозии - свидетельствует о надежной упаковке металлического проката, обеспечивающей товарный вид металлического проката, а отрицательный результат предусматривает принятие решений о замене упаковки или совершенствовании имеющейся упаковки с соблюдением положений соответствующих норм и правил в данной области.

Для подтверждения указанного вывода изготовили листовой прокат в виде рулона, а именно рулон трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием.

Выплавляли сталь с химическим составом, мас. %: С 0,018-0,035, Мn 0,1-0,4, Si 3,00-3,50, Al 0,01-0,035, N2 0,08-0,015, Сu 0,4-0,6, остальное - железо и неизбежные примеси. Полученные слябы нагревали с последующей горячей прокаткой до получения горячекатаной полосы в толщине 2,5 мм. Полосы прошли травление и затем на стане холодной прокатки прокатывались на толщину 0,70 мм. После прокатки полосы подверглись нагреву в индукционной печи перед обезуглероживанием. Скорость полосы варьировалась, чтобы обеспечить разный режим нагрева и охлаждения. Затем каждая полоса прошла обезуглероживающий отжиг во влажной азото-водородной атмосфере при постоянной температуре 840°С. Дальнейший передел включал вторую холодную прокатку на толщину 0,27 мм, нанесение магнезиального покрытия. высокотемпературный отжиг металлопроката (термообработку стали в рулонах) в колпаковых печах. После термообработки в рулоне с полос удалили остатки оксида магния и нанесли электроизоляционное покрытие, провели выпрямляющий отжиг, аттестацию с выявлением дефектов и финальную обработку на агрегатах продольной резки с подрезкой торцов рулона. Далее продукцию упаковали в упаковку из набора изолирующих и защитных элементов из полимерных антикоррозийных и металлических материалов, антикоррозийной бумаги, ингибиторов и поглотителей влаги и материалов для фиксации упаковочных материалов.

Примеры циклических испытаний рулона трансформаторной стали, характеристика, результаты применения предлагаемого способа приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты испытаний упаковочной единицы, содержащей металлический прокат, на стойкость к воздействию неблагоприятных факторов, вызывающих коррозию, отзывы потребителей

№ Способ оценки Кол-во циклов Оценка после испытаний, отзывы потребителей Суммарная длительность одного этапов цикла испытаний 1 2 3 7 1 Испытание по методике прототипа по патенту RU 2024097 Рулон помещали в камеру и воздействовали повышенной влажностью 98% и температурой 40°С, при однократном воздействии получены результаты: внешний вид отличный: металл и покрытие без дефектов.
После отправки потребителю упаковочной единицы в контейнерах морским путем получен отрицательный отзыв. Наличие коррозии, доля металла, подверженного повреждениям, не менее 15% рулона. 2 Первый этап 3 ч, второй этап 3 ч 2 Внешний вид после испытания отличный: металл и покрытие без дефектов.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии не менее чем на 15% рулона. 3 Первый этап 3 ч, второй этап 3 ч 4 Внешний вид после испытания отличный: металл и покрытие без дефектов.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии на 15% рулона. 3 Первый этап 4 ч, второй этап 4 ч 4 Внешний вид после испытания удовлетворительный: металл и покрытие без коррозии. Отмечено слабое потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Доля поврежденного металла до 5%.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии не менее чем 15% рулона. 4 Первый этап 6 ч, второй этап 6 ч 4 Внешний вид после испытания удовлетворительный: металл и покрытие без коррозии. Отмечено потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Доля поврежденного металла до 7%.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии не менее чем на 15% рулона. 5 Первый этап 6 ч, второй этап 6 ч 8 Внешний вид после испытания неудовлетворительный: на металле следы коррозии. Отмечено потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Доля поврежденного металла до 10%.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии на 15% рулона. 6 Первый этап 8 ч, второй этап 8 ч 6 Внешний вид после испытания неудовлетворительный: на металле следы коррозии. Отмечено потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Доля поврежденного металла до 13%.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии на 15% рулона. 7 Первый этап 12 ч, второй этап 12 ч 6 Внешний вид после испытания неудовлетворительный: на металле следы коррозии. Отмечено потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Доля поврежденного металла до 15%.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии на 15% рулона. 8 Первый этап 12 ч, второй этап 12 ч 10 Внешний вид после испытания неудовлетворительный: на металле следы коррозии. Отмечено потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Реакция на наличие свободной кислоты в покрытии в местах потемнения. Доля поврежденного металла до 25%.
Повреждения превышают заявленные потребителями.
Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии на 15% рулона. 8 Первый этап 16 ч, второй этап 16 ч 8 Внешний вид после испытания неудовлетворительный: на металле следы коррозии. Отмечено потемнение покрытия со стороны кромок рулона. Доля поврежденного металла до 10-15%. Данные совпадают с данными при длительности этапов равных 6-12 ч. Отрицательный отзыв от потребителя с длинным сроком поставки морским путем в контейнерах. Наличие коррозии на 15% рулона.

Как показывают приведенные результаты, предлагаемый способ испытаний упаковочной единицы, содержащей металлический прокат, имеющий сложение в виде рулонов или пачек, моделирует реальные условия длительной перевозки, в том числе морским путем, характеризующейся изменением влажности и температуры. Данный вывод связан с циклическим воздействием на упаковочную единицу горячего водяного пара при образовании конденсата, способного вызывать очаги коррозии между слоями уложенного в рулоны или пачки металлического проката.

Таким образом, предлагаемый способ с учетом особенностей сложения металлического проката, предусматривающего плотное прилегание поверхностей слоев непосредственно металлического проката, приводит к возможности проверить защитные свойства упаковки и определить качество поверхности металлического проката с точки зрения проявления коррозии, при этом испытания характеризуются фактором ускоренности по сравнению с созданием условий, имитирующих длительную перевозку.

Изобретение относится к коррозионным испытаниям упакованного металлического проката. Способ испытаний упаковочной единицы, содержащей металлический прокат, имеющий сложение в виде рулонов и пачек, на стойкость к коррозии металлического проката характеризуется тем, что данный способ осуществляют циклами в два этапа, на первом этапе в замкнутый объем, содержащий упаковочную единицу, подают горячий водяной пар, на втором этапе прекращают подачу горячего водяного пара и затем на данном этапе осуществляют естественное охлаждение упаковочной единицы, обеспечивающее образование конденсата. Техническим результатом является проверка защитных свойств упаковки от воздействия влаги, вызывающей коррозию металлического проката при циклических изменениях температуры и влажности, а также прогнозирование состояния товарного вида металлического проката после его доставки потребителю в упаковке. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ испытаний упаковочной единицы, содержащей металлический прокат, имеющий сложение в виде рулонов и пачек, на стойкость к коррозии металлического проката, характеризующийся тем, что данный способ осуществляют циклами в два этапа, на первом этапе в замкнутый объем, содержащий упаковочную единицу, подают горячий водяной пар, на втором этапе прекращают подачу горячего водяного пара и затем на данном этапе осуществляют естественное охлаждение упаковочной единицы, обеспечивающее образование конденсата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе горячий пар подают в течение 4-12 часов, на втором этапе естественное охлаждение осуществляют в течение 4-12 часов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют не менее четырех циклов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают горячий пар при его температуре не менее 80°С.