Введение к работе
Взаимодействие водорода с металлами - одно из активно развивающихся направлений научных и прикладных всследоваштй. Интерес к системам петалл-водород носят многоплановый характер. Простота злехтрешшх csof-ств водорода и малая его масса позволяет анализировать многие явления на макроуровне, привлекая внимание физиков, химиков, ызтериаловедоз для теоретического и зкеперямепталмюго изучения широкого круга проблей. Системы иеталл-водород - объект внимания специалистоп атомной, термоядерной, водородной энергетики, авиационной и нефтегазовой промышленности, а также специалистов в области прочности, материаловедения и сварки в связи с опасностью хрупкого разрушения материалов при паводорохжвзнни.
Актуальность темы. Несмотря на то, что эффект водородной хрупкости (ВХ) материалов изучается многие десятилетия, не разработаны ТУ и ГОСТы, чтобы оцепить склонность стали к ВХ. Трудности заключаются в кясгесбрагпи эффектен водородного ожрупчиванпя (ВО), отсутствии единых прёдстапленкЙ о механизме ВО, например, высокопрочной и пластичной стали. В раде случаев ВО является причиной более сложных яатеннй, например, сульфидно-коррозионного растрескивания трубопроводов в нефтегазовой промышленности.
В последние годы получили развитие кинетические исследования систем металл-водород в условиях метастабильнссти пра непрерывном действия пот-ока водорода, опытным путем устзпозлгп обобщенный -ахоа ВО стали, введен структурпо-чувствительный параметр повреждаемости, который характеризует склоігпость стали к ВО и определимся работой мккродеформацгси и разрушения. Предлагаемое исследование пыполпепо d развитии этих работ.
Цель и задачи исследсвягют. Целью кястоатдей работы является пзучегке микроде-формащш и повреждаемости стали при воздействии диффузионно-подвижного водорода и внешней нагрузки и установление закономерностей поведения системы металл-водород в условиях метястабильиссти. Досппзенпе указанной цели предусматривало решение следующих задач.
-
Обоснование п выбор методики ккнетпчеекгос исследований "in situ" и процессе диффузии водорода через мембрапы.
-
Исследование "in situ" влнзшш лрезде всего вестацзояарпой диффузия водорода на характеристики тонкой структуры, микроструктуру и сопротивление железа п стали мнкродеформапиа.
3. Исследование водородной повреждаемости и практическое применение параметра водородной повреждаемости (ПВП) дла аттестации склонности стали к сульфидно-коррозионному растрескиванию (СК.Р).
Научная новизна. Проведенные впервые исследования "in situ" влияния диффузионной кинетики водорода на характеристики тонкой структуры и сопротивление микродг-формации железа и стали позволили установить следующее.
-
Ду; фузионный водород является источником кристаллографически ориентированных упругих мшсродефорыащш и шшронапряжений, которые зависят от скорости концентрационного насыщения и объема локальных зон ыеталл-водородаого взаимодействия. Локализация микродефоршции определяет структурную чувствительность стали к воздействию водорода. Обоснован кинетический подход при оценке микронал-ряжений, возникающих в металле при нестационарной диффузии.
-
Обнаружено явление сверхупругосш систем железо (сталь) - водород. Сверхупругость наблюдали на стадии нестационарной диффузии водорода при непрерывном вдавливании иадентора в испытуемый материал. Эффект выражается в аномальном (максимум на порядок) снижении модуля упругости поллкристаллитов.разупрочкении, увеличении упругой деформации. Сверхупругость - синергетический эффект стимулированного водородом обратимого мартенснтного превращения под нагрузкой в открытой термодинамической системе. Впервые установлено, что процесс водородного разупрочнения стали диффузионно-подвижным водородом происходит по механизму сверхупругого мартеиситиого перехода.
Практическая ценность. {.Установлен размерный эффект формирования диффузионной зоны в процессе сорбции водорода, описываемый S -юбразной кривой стационарного распределения водорода в стали. Данные о распределении можно использовать практически при оценке локальной концентрации водорода в приповерхностном слог цилиндрических образцов.
-
Найдена коррелшиолшя связь ?.;ежду ПВП стали и величиной локальной пластической деформации поверхности, а также критической трещиностойкостью высокопрочной стали в сероиодородсодержащей среде. Полученные соотношения позволяют проводить оценки коррозионной трещиностойкости и склонности стали к ВО.
-
Разработан ускоренный метод определения пороговых напряжений сульфвдно-коррозионное растресхиваниуі (ГКР) по параметру водородной повреждаемости. Предложенный метод позволяет резко сократить время проведения аттестации стали.
Реализация результатов работы. Ускоренный метод оценки склонности стали к СКР использоваа на предприятиях ПО "Оренбурггазпром".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на XI Научно-технической конференции преподавателей, сотрудников ч студентов. (г.Оренбург, 1989 г.), IV Всесоюзний конференции по физике разрушения (г.Кнев, 19S9 г.) и I Всесоюзной школы-семинара по структурно"! и химической микро-пеоднородкостн в материалах (г.Кнев, 1990 г.).
'Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано пять печатных работ.
Обьем работы. Диссертационная работа состоит из зведення, пяти глав и выводов; содержит 151 страницу машинописного текста, 42 рисунка, 17 таблиц я список литературы, включающий 171 наименование.
