Влияние диффузионно-подвижного и связанного водорода на водородную хрупкость стали

В нефтегазовой промышленности часто возникают аварийные ситуации, обусловленные разрушением трубопроводов в результате наводороживания и коррозии. Коррозионный процесс и наводороживание металла приводят к тому, что при некотором критическом соотношении толщины металла и его прочности в результате внутреннего давления транспортируемого по газопроводу газа в стенке трубы образуются сквозные отверстия. Несмотря на широкие исследования, многие вопросы, связанные с этой проблемой, требуют дальнейших исследований. Это касается, в частности, вопросов кинетики хрупкого разрушения металла стенок трубопровода и роли диффузионно-подвижного (активного) и молизованного (связанного) водорода в этом процессе. Путем электрохимического насыщения водородом цилиндрических образцов из стали установлено совпадение зоны проникновения электролитического водорода и области зарождения трещины отрыва. Другими словами, зону приповерхностного распределения водорода можно считать локальной областью реализации микроскола при испытании на сопротивление отрыву. Это позволяет исследовать кинетику и концентрационные зависимости хрупкого разрушения стали под влиянием как диффузионно-подвижного, так и молизованного водорода, т.е. в условиях обратимой и необратимой водородной хрупкости. С помощью установленного размерного эффекта проникновения электрохимически внедренного водорода в цилиндрические стальные образцы разного диаметра изучена водородная хрупкость стали при контроле локальной концентрации водорода в приповерхностном слое. В результате проведенных кинетических исследований впервые получены зависимости сопротивления отрыву (микросколу) от концентрации диффузионно-подвижного и молизованного водорода в зоне микроскола. На основе электронно-фрактографического исследования изломов образцов стали 18ХГМФ показано, что в соответствии со стадийностью развития хрупкости изменяется и морфология излома. Исходное вязкое разрушение сменяется типично хрупким отрывом при обратимой хрупкости. В дальнейшем, по мере развития необратимой хрупкости, наблюдается смешанное разрушение. Полученная трехстадийная зависимость изменения сопротивления отрыву с учетом состояний водорода подтверждает различную физическую природу процессов на различных стадиях водородной хрупкости и объясняет известное разделение водородной хрупкости на обратимую и необратимую влиянием диффузионно-подвижного и связанного водорода соответственно.

1. Полторацкий Л. М., Громов В. Е., Чинокалов В. Я. Водород в сталях и сплавах (современное состояние вопроса). — Новокузнецк: СибГИУ, 2008. — 162 с.

2. Панченко О. В. К вопросу о методах определения диффузионного водорода / Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. № 9. С. 57 - 61.

3. Савченков Э. А., Шашкова Л. В. Размерный эффект электрохимического проникновения водорода в стальные цилиндрические образцы / Известия РАН. Металлы. 1997. № 3. С. 169 - 174.

4. Шашкова Л. В. О методическом подходе к изучению кинетики водородного охрупчивания сталей / Международный научно-исследовательский журнал. 2012. № 5(5). Ч. 1. С. 30 - 36.

5. Богодухов С. И., Козик Е. С. Материаловедение. — Старый Оскол: ТНТ, 2014. — 536 с.

6. Богодухов С. И., Гарипов В. С., Козик Е. С., Солосина Е. В. Термическая обработка твердого сплава Т14К8 / Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 12. С. 41.

7. Guo Zhixing, Xiong Ji, Yang Mei, Jiang Cijin / J. Alloys and compounds. 2008. №1-2.E 157.

8. Горелик С. С., Расторгуев Л. H., Скаков Ю. А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. — М.: МИСиС, 2002. — 360 с.

9. Богодухов С. И., Гарипов В. С., Свиденко Е. В. Анализ физических и механических свойств твердых сплавов после упрочняющей обработки / Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 5. С. 35 - 39.

10. Александрова Л. И., Лошак М. Г., Горбачева Т. Б., Вираксина А. В. Рентгенографическое исследование термообработанных твердых сплавов WC — Co / Промышленное машиностроение. 1986. № 5. С. 93 - 98.

11. Смирнова А. В., Кокорин Г. А. Электронная микроскопия в металловедении: справ. изд. — М.: Металлургия, 1985. — 192 с.

12. Бондаренко В. А., Богодухов С. И. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов: учебник. — М.: Машиностроение, 2000. — 144 с.

13. Шмыков А. А. Справочник термиста. Изд. 2-е. — М.: Книга по требованию, 2012. — 290 с.

14. Рыбин Ю. И. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов. — СПб.: Наука, 2004. — 644 с.

15. Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Иванов А. Н., Расторгуев Л. Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. — М.: Металлургия, 1982. — 632 с.