Деградации стали 20 при катодной поляризации и при водородном охрупчивании экранных труб парового котла в процессе эксплуатации

Исследовали свойства новых труб, труб, искусственно насыщенных водородом, и экранных труб котлов после длительной эксплуатации. Все трубы изготовлены из стали 20 по одним техническим условиям и подвергнуты идентичным режимам термообработки. Процесс охрупчивания оценивали по изменениям микроструктурного строения и механических свойств стали, выявляли механизм водородной атаки на исследуемые объекты. У искусственно насыщенных труб обнаружено отсутствие обезуглероживания, характерного для естественно насыщенных труб, и снижения предела временного сопротивления. Отмечен различный характер растрескивания труб: траснкристаллитный при искусственном насыщении водородом и интеркристаллитный — при естественном насыщении. При этом характеры изломов (с площадками водородной хрупкости) и средние концентрации накопленного водорода у искусственно наводороженных и наводороженных в процессе эксплуатации труб были идентичны. Зафиксированы существенные различия физико-механических свойств всех трех видов труб, что делает невозможным перенос результатов, полученных на модельных образцах, искусственно насыщенными водородом, на реально эксплуатируемые объекты.

1. Dick I. B. Experiences with hydrogen embrittlement in the Consolidated Edison System / Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1964. Vol. 86. N 3. P. 327 – 340. DOI: 10.1115/1.3677598

2. Partridge E. P. Hydrogen damage in power boilers / Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1964. Vol. 86. N 3. P. 311 – 320. DOI: 10.1115/1.3677593

3. During E. D. D., ed. Corrosion atlas: a collection of illustrated case histories. — Elsevier, 2018. — 687 p.

4. Djukic M. B., Zeravcic V. S., Bakic G. M., et al. Hydrogen damage of steels: a case study and hydrogen embrittlement model / Engineering Failure Analysis. 2015. N 58. P. 485 – 498. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2015.05.017

5. Djukic M., Bakic G., Sijacki-Zeravcic V., et al. Hydrogen embrittlement of industrial components: prediction, prevention and models / Corrosion. 2016. Vol. 72. N 7. P. 943 – 961. DOI: 10.5006/1958

6. Chernov I. P., Cherdancev Yu. P., Lider A. M., Gagarin G. V. Physical properties of hydrogen-saturated metals and alloys: specialized physics workshop. — Tomsk: Izd. Tomsk. politekhn. univ., 2009. — 250 p. [in Russian].

7. Archakov Yu. I. Hydrogen corrosion of steel. — Moscow: Metallurgiya, 1985. — 192 p. [in Russian].

8. Lee A. C., Parakh A., Sleugh A., et al. Detection of voids in hydrogen embrittled iron using transmission X-ray microscopy / International journal of hydrogen energy. 2023. N 48. P. 1968 – 1978. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.10.059

9. Denisov E. A., Kompaniets T. N., Murzinova M. A., Yukhimchuk A. A., Jr. Accumulation and transport of hydrogen in ferritic-martensitic steel RUSFER-EK-181 / Technical Physics. 2013. Vol. 83. N 6. P. 38 – 44 [in Russian].

10. Shashkova L. V., Manakov N. A., Kozik E. S., Svidenko E. V. The effect of diffusion-mobile and combined hydrogen on hydrogen brittleness of steel / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. N 8. P. 59 – 66 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-8-59-66

11. Suranov G. I., Latyshev A. A., Karmanova O. M., Vasil’ev V. V. Study of the Process of Cathode Hydrogenation of the Samples and Composition of Evolved Gas. / Indust. Lab. Mater. Diagn. 2015. Vol. 81. N 2. P. 20 – 24 [in Russian].

12. Mirzoev A. A., Mirzaev D. A., Rakitin M. S. Effect of impurities on the dissolution of hydrogen in bcc iron / Vestn. YuUrGU. Ser. Matem. Mekh. Fiz. 2011. Vol. 10. N 4. P. 77 – 83 [in Russian]. DOI: 10.14529/met160405

13. Mirzaev D. A., Okishev K. Yu., Shaburov A. D. Interaction of hydrogen with substitutional impurities in alpha iron / Vestn. MGTU im. G. I. Nosova. 2011. N 1. P. 39 – 42 [in Russian].

14. Beloglazov S. M. Hydrogenation of steel during electrochemical processes. — Leningrad: Izd. Leningrad. univ., 1975. — 412 p. [in Russian].

15. Mirzaev D. A., Yakovleva I. L., Tereshhenko N. A., et al. Possibilities of trapping hydrogen atoms in steels at ferrite/cementite interfaces. 2. Adsorption theory / Vestn. YuUrGU. Ser. Metallurg. 2014. Vol. 14. N 3. P. 30 – 39 [in Russian].

16. Vainman A. B., Melekhov R. K., Smiyan O. D. Hydrogen embrittlement of high-pressure boiler elements. — Kiev: Naukova dumka, 1991. — 272 p. [in Russian].

17. Karpenko G. V., Kripyakevich R. I. The influence of hydrogen on the properties of steel. — Moscow: Metallurgizdat, 1962. — 201 p. [in Russian].

18. Kwon D. I., Asaro R. J. Hydrogen-assisted ductile fracture in spheroidized 1518 steel / Acta Metallurgica et Materialia. 1990. Vol. 38 (8). P. 1595 – 1606. DOI: 10.1016/0956-7151(90)90127-3

19. Yakovlev Yu. A., Polyanskiy V. A., Sedova Yu. S., Belyaev A. K. Models of the influence of hydrogen on the mechanical properties of metals and alloys / Vestn. Perm. nats. issl. politekhn. univ. Mekh. 2020. N 3. P. 136 – 160 [in Russian]. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.3.13

20. Andronov D. Y., et al. Application of multichannel diffusion model to analysis of hydrogen measurements in solid / International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. N 1. P. 699 – 710. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.10.126

21. Belyaev A. K., Kudinova N. R., Polyanskiy V. A., Yakovlev Yu. A. Description of deformation and destruction of materials containing hydrogen using a rheological model / St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics. 2015. Vol. 3. N 225. P. 134 – 149 [in Russian]. DOI: 10.5862/jpm.225.14

22. Bueno A. H. S., Moreira E. D., Gomes J. A. C. P. Evaluation of stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement in an API grade steel / Engineering Failure Analysis. 2014. Vol. 36. P. 423 – 431. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.11.012

23. Sedova Yu. S., Bessonov N. M., Polyanskiy V. A. Influence of the hydrogen skin effect on the nature of destruction of steel samples / St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics. 2022. Vol. 15. N 3. P. 169 – 184 [in Russian]. DOI: 10.18721/jpm15313

24. Merson D. L., Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., et al. Correlation of the mechanic parameters of steel 35G2 with hydrogen content and parameters of acoustic emission / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2008. Vol. 74. N 2. P. 57 – 60 [in Russian].

25. Polyanskiy A. M., Popov-Diumin D. B., Polyanskiy V. A. Determination of hydrogen binding energy in various materials by means of absolute measurements of its concentration in solid probe / Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. — Dordrecht: Springer Netherlands, 2007. P. 681 – 692. DOI: 10.1007/978-1-4020-5514-0_85

26. Polyanskiy V. A. The influence of hydrogen with different binding energies on the structure and strength of materials. Doctoral Thesis. — St. Petersburg, 2010. — 325 p. [in Russian].

27. Kolachev B. A. Hydrogen embrittlement of metals. — Moscow: Metallurgiya, 1985. — 216 p. [in Russian].

28. Drexler A., et al. Critical verification of the effective diffusion concept / International journal of hydrogen energy. 2023. Vol. 48. N 20. P. 7499 – 7514. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.11.105

29. Gorchakov L. N., Dobrotvorskiy A. M., Romanova L. M., Val’kovskaya S. A. The influence of hydrogen pressure on the mechanism of hydrogen corrosion of carbon steel / Khim. Tekhn. 2016. N 1. P. 46 – 49 [in Russian].

30. Hirth J. P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel / Metallurgical Transactions A. 1980. Vol. 11. P. 861 – 890. DOI: 10.1007/bf02654700