ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ТОКА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО НАВОДОРОЖИВАНИЯ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ ДИФФУЗИОННО-ПОДВИЖНОГО ВОДОРОДА В НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ МАРКИ S235JR

  • Евгений Дмитриевич Мерсон Тольяттинский государственный университет
  • Виталий Александрович Полуянов Тольяттинский государственный университет
  • Дмитрий Львович Мерсон Тольяттинский государственный университет
  • Алексей Юрьевич Виноградов Тольяттинский государственный университет
Ключевые слова: концентрация водорода, электролитическое наводороживание, блистеринг, газовый анализ

Аннотация

Водородная хрупкость (ВХ) металлов и сплавов является серьезной проблемой для многих отраслей промышленности. В связи с этим данное явление интенсивно исследуется на протяжении более 100 последних лет. Несмотря на это, многие его особенности остаются необъясненными и сегодня, что зачастую затрудняет использование тех или иных материалов в условиях, благоприятных для развития ВХ. Данная работа посвящена одному из малоизученных методических аспектов изучения ВХ – проблеме контроля концентрации водорода в стали путем электролитического наводороживания. Последнее широко используется для насыщения металлов водородом в лабораторных условиях. Однако до настоящего момента не установлена однозначная зависимость концентрации диффузионно-подвижного водорода в стали от плотности катодного тока при электролитическом наводороживании. Поэтому интерпретация результатов, как правило, следующих после наводороживания механических испытаний, затруднена.

С использованием газового анализа в работе исследовано изменение концентрации диффузионно-подвижного водорода в низкоуглеродистой стали марки S235JR, а также степени повреждений ее поверхности и микроструктуры в широком диапазоне плотностей катодного тока (от 20 до 600 мА/см2) электролитического наводороживания. Установлено, что зависимость концентрации водорода в стали от плотности тока имеет гораздо более сложный вид, чем считалось ранее. Показано, что степень повреждений поверхности стали, представленных в виде блистеров, зависит от концентрации в ней водорода. Обнаружено существенное сходство между зависимостью концентрации водорода в стали от плотности тока электролитического наводороживания и зависимостью концентрации водорода в гидридообразующих металлах от давления газа при термическом наводороживании. Предложено объяснение особенностей установленной зависимости с учетом накопления повреждений микроструктуры стали.

Биографии авторов

Евгений Дмитриевич Мерсон, Тольяттинский государственный университет
аспирант
Виталий Александрович Полуянов, Тольяттинский государственный университет
аспирант
Дмитрий Львович Мерсон, Тольяттинский государственный университет
доктор физико-математических наук, профессор
Алексей Юрьевич Виноградов, Тольяттинский государственный университет
кандидат физико-математических наук

Литература

Johnson W.D. On Some Remarkable Changes Produced in Iron and Steel by the Action of Hydrogen and Acids // Proc. R. Soc. London. 1875. Vol. 23. P. 168–179.
Карпенко Г.В., Крипякевич Р.И. Влияние водорода на свойства стали. М.: Металлургиздат, 1962. 196 с.
Мороз Л.С., Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1967. 255 с.
Белоглазов С.М. Наводороживание стали при электрохимических процессах. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. 412 с.
Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. 216 с.
Максимчук В.П., Половников С.П. Водородное растрескивание высокопрочных сталей после нанесения гальвано-химических покрытий. М.: Энергоатомиздат, 2002. 320 с.
Шрейдер А.В. Водород в металлах. М.: Знание, 1979. 64 с.
Bernstein I.M. The role of hydrogen in the embrittlement of iron and steel // Mater. Sci. Eng. 1970. Vol. 6. № 1. P. 1–19.
Oriani R.A. Hydrogen Embrittlement of Steels // Annu. Rev. Mater. Sci. 1978. Vol. 8. № 1. P. 327–357.
Hirth J. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel // Metall. Mater. Trans. A. 1980. Vol. 11. № 6. P. 861–890.
Lynch S.P. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corros. Rev. 2012. Vol. 30. № 3-4. P. 63–133.
Robertson I.M. et al. Hydrogen Embrittlement Understood // Metall. Mater. Trans. A. 2015. Vol. 46. № 6. P. 2323–2341.
Lee J.L., Lee J.Y. A theoretical model on the generation of the hydrogen induced defects during cathodic charging // Scr. Metall. 1985. Vol. 19. № 1. P. 341–346.
Lee J.L., Lee J.Y. The effect of lattice defects induced by cathodic hydrogen charging on the apparent diffusivity of hydrogen in pure iron // J. Mater. Sci. 1987. Vol. 22. № 11. P. 3939–3948.
Choo W. Effect of cathodic charging current density on the apparent hydrogen diffusivity through pure iron // J. Mater. Sci. 1984. Vol. 19. № 8. P. 2633–2638.
Pérez Escobar D. et al. Internal and surface damage of multiphase steels and pure iron after electrochemical hydrogen charging // Corros. Sci. 2011. Vol. 53. № 10. P. 3166–3176.
Jin T.Y., Liu Z.Y., Cheng Y.F. Effect of non-metallic inclusions on hydrogen-induced cracking of API5L X100 steel // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. № 15. P. 8014–8021.
Lee J.L., Lee J.Y. Identification of defects generated during cathodic charging in pure iron by thermal analysis technique // Metall. Trans. A. 1985. Vol. 16. № 3. P. 468–471.
Wilde B.E., Kim C.D., Phelps E.H. Some Observations on the Role of Inclusions in the Hydrogen Induced Blister Cracking of Linepipe Steels in Sulfide Environments // Corrosion. 1980. Vol. 36. № 11. P. 625–632.
Ren X.C., Zhou Q.J., Shan G.B., Chu W.Y., Li J.X., Su Y.J., Qiao L.J. A Nucleation Mechanism of Hydrogen Blister in Metals and Alloys // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2008. Vol. 39. № 1. P. 87–97.
Штремель М.А. Разрушение. Кн. 2. М.: МИСиС, 2015. 976 c.
Griesche A., Dabah E., Kannengiesser T., Kardjilov N., Hilger A., Manke I. Three-dimensional imaging of hydrogen blister in iron with neutron tomography // Acta Materialia. 2014. Vol. 78. P. 14–22.
Опубликован
2015-12-30
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>