VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Одним из последствий эксплуатационных воздействий на конструкционные низколегированные стали (строительные, трубные, арматурные) является деградация механических свойств в результате локального и общего обезуглероживания. Этот эффект фиксировали в окрестности развивающихся несплошностей (микротрещин) в ходе испытаний на длительную прочность в водородсодержащих средах [1-4]. Информация о механизмах обезуглероживания в ходе деструктивных воздействий (силового или коррозионного в присутствии водорода) либо отсутствует, либо крайне противоречива. Не ясны причины указанного явления, механизмы, ведущие к исчерпанию содержания углерода в областях развивающихся несплошностей. Не вполне понятно, какой именно процесс является превалирующим: рост внутренних напряжений при внешнем нагружении или химическое взаимодействие углерода с водородом.

Целью данного исследования было уточнение механизмов локализованного и общего обезуглероживания конструкционных низкоуглеродистых сталей типа 18ГС, 35ГС, 23Х2Г2Т, Ст5, Ст3 в ходе силового воздействия, а также электролитического насыщения в водородсодержащих средах.

Исходная структура упрочнённых сталей – бейнит. После деформации и наводороживания анализировали стадийность распределение микротрещин. Стойкость сталей против коррозионного растрескивания под напряжением изучали в ходе анодной и катодной поляризации в кислотном электролите. Влияние водородного воздействия оценивали временем до разрушения τ при напряжении σ_a, равном доле предела прочности. Локализованное обезуглероживание и влияние водорода исследовали методами внутреннего трения (ВТ), УЗ дефектоскопии, микроструктурные изменения фиксировали при помощи качественного и количественного металлографических анализов.

Анализировали стадийность изменения параметров неупругих эффектов ВТ, измеренных в инфразвуковом, звуковом и ультразвуковом диапазонах. Неупругие эффекты использовали как избирательные инструменты анализа субструктуры. [4-6].

При испытаниях на длительную прочность электролитически насыщенных водородом сталей выявили существенную роль водорода в создании у концентраторов областей с локально высоким уровнем напряжений, стимулирующих развитие микротрещин и пор. Следствием этого являлось развивающееся обезуглероживание перенапряжённых микрообъёмов. В результате в исходной бейнитной структуре на некотором расстоянии от поверхности формируются ферритные участки, прилегающие к концентраторам (трещинам, порам, включениям).

Описанный характер обезуглероживания может иметь место вследствие газификации при взаимодействии углерода с водородом с образованием углеводородов. На границах зерен и в микропорах углеводород насыщается до предельного состояния CH₄ (метан). Его распад возможен за счёт хемосорбции на поверхностях микропор и трещин.

Литература

1. Кришталл М.М., Ясникова И.С., Еремичев А.А., Караванова А.А. Эффект обратимости структуры и свойств при наводороживании углеродистой стали и механизм влияния водорода на формирование гальваноцинкового покрытия//МиТОМ.-2007.-№ 10 (628).-С. 36-42.

2. Арчаков Ю.И., Ершова О.Б., Михайлова Н.А. Кинетика процесса водородной коррозии конструкционной стали 09Г2С//Защита металлов.-1990.-Т.26.-№6.-С. 1002-1005.

3. Чуканов А.Н., Левин Д.М., Яковенко А.А. Использование и перспективы метода внутреннего трения в оценке деградации и деструкции железо - углеродистых сплавов // Известия РАН. Серия Физическая.-2011.- Т.75- № 10, С.1423-1427.

4. Чуканов А.Н., Яковенко А.А. Влияние поверхностной активности углерода на микроструктуру и эффекты неупругости в сплавах Fe-C//Конденсированные среды и межфазные границы.-2012.-Т.14.-№2.-С. 256-261.

5. Чуканов А.Н., Яковенко А.А. Роль водорода в деградации и деструкции малоуглеродистых сталей//Известия Тульского государственного университета. Естественные науки.- 2012.-Вып.1.-С. 211-219.

6. Овчинников И.Г., Хвалько Т.А. Работоспособность конструкций в условиях высокотемпературной водородной коррозии. Саратов: Сарат. Гос. техн. ун-т, 2003. 176 с.

7. Бубнов С.А., И.И. Овчинников, А.А. Бубнов Исследование разрушения и кинетики обезуглероживания толстостенной трубы в условиях водородной коррозии//Вестник Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2012. №2(27). -С. 178-182.

Код для цитирования: Скопировать