Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода

Исследовано влияние газообразного водорода на механические характеристики и сопротивление разрушению сталей типа Х16Н6 с различным содержанием углерода – 0,04 и 0,07 %. Показано, что с повышением содержания углерода растворимость водорода в стали типа Х16Н6 увеличивается. Сталь с 0,04 % углерода обл...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автор:	Стасюк, С.З.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159670
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода / С.З. Стасюк // Металл и литье Украины. — 2014. — № 4. — С. 38-42. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159670
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1596702019-10-12T01:25:31Z Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода Стасюк, С.З. Исследовано влияние газообразного водорода на механические характеристики и сопротивление разрушению сталей типа Х16Н6 с различным содержанием углерода – 0,04 и 0,07 %. Показано, что с повышением содержания углерода растворимость водорода в стали типа Х16Н6 увеличивается. Сталь с 0,04 % углерода обладает преимуществом перед сталью с 0,07 % углерода по показателям водородоустойчивости и склонности к хрупкому разрушению в условиях эксплуатации оборудования в водородсодержащих средах при высоких температурах и давлениях. Досліджено вплив газоподібного водню на механічні характеристики і опір руйнуванню сталей типу Х16Н6 з різним вмістом вуглецю – 0,04 і 0,07 %. Показано, що з підвищенням рівня вуглецю розчинність водню в сталі збільшується. Сталь з 0,04 % С має перевагу перед сталлю з 0,07 % С за показниками водневої стійкості і схильності до крихкого руйнування в умовах експлуатації обладнання з середовищем із вмісту водню за високих температур і тиску. The influence of gaseous hydrogen on mechanical description and resistance to destruction steels type X16H6 with different carbon maintenance – 0,04 and 0,07 % was investigated. It was shown that with increase of carbon content the hydrogen solubility in steel type X16H6 was augmented. The steel with 0,04 % C has preference to steel with 0,07 % C on indices of hydrogen stability and tendency to fragile destruction with operation conditions of equipment in hydrogen maintenance environment with high temperatures and pressures. 2014 Article Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода / С.З. Стасюк // Металл и литье Украины. — 2014. — № 4. — С. 38-42. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159670 669.788 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследовано влияние газообразного водорода на механические характеристики и сопротивление разрушению сталей типа Х16Н6 с различным содержанием углерода – 0,04 и 0,07 %. Показано, что с повышением содержания углерода растворимость водорода в стали типа Х16Н6 увеличивается. Сталь с 0,04 % углерода обладает преимуществом перед сталью с 0,07 % углерода по показателям водородоустойчивости и склонности к хрупкому разрушению в условиях эксплуатации оборудования в водородсодержащих средах при высоких температурах и давлениях.
format	Article
author	Стасюк, С.З.
spellingShingle	Стасюк, С.З. Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода Металл и литье Украины
author_facet	Стасюк, С.З.
author_sort	Стасюк, С.З.
title	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода
title_short	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода
title_full	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода
title_fullStr	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода
title_full_unstemmed	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода
title_sort	исследование водородоустойчивости стали типа х16н6 с различным содержанием углерода
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159670
citation_txt	Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода / С.З. Стасюк // Металл и литье Украины. — 2014. — № 4. — С. 38-42. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT stasûksz issledovanievodorodoustojčivostistalitipah16n6srazličnymsoderžaniemugleroda
first_indexed	2025-07-14T12:16:46Z
last_indexed	2025-07-14T12:16:46Z
_version_	1837624624317202432
fulltext	38 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (251) ’2014 в местах выхода кристаллов мартенсита на границы исходного аустенитного зерна [4, 5]. Накопленный экспериментальный материал [1] позволил сделать вывод о том, что решающим фак- тором, обеспечивающим водородостойкость сталей, является природа карбидной фазы. К тому же для аустенитно-мартенситных сталей – абсолютное ко- личество углерода и хрома в их составе, а также на- личие других элементов в карбидной составляющей, например, железа в карбидах хрома при связывании всего углерода в кубический карбид (Cr, Fe)23C6. Кинетику насыщения исследованных сталей водо- родом изучали по следующей методике. Цилиндрические образцы длиной 5 мм и диаме- тром 4 мм в специальных автоклавах насыщали газо- образным водородом при температуре 200 °С и все- стороннем давлении газа 40 МПа. После выдержки в этих условиях в течение заданного времени (25, 50 и 240 ч) автоклав подвергали быстрому охлаждению в воде (до комнатной температуры) с целью умень- шения потерь поглощенного образцами водорода, так как после снятия давления при медленном охлажде- нии водород обратно выделяется во внешнюю среду. Содержание водорода определяли с помощью анали- затора водорода методом плавления в токе газа-но- сителя. Насыщение сталей с содержанием углерода 0,04 и 0,07 % показано на рис. 1, где видно, что рас- творимость водорода выше в стали с 0,07%-ным со- держанием углерода, чем с 0,04. Это можно связать с увеличением количества «ловушек» водорода (ми- кронесплошности, единичные вакансии) вследствие искажения кристаллической решетки, вызванного большим содержанием углерода. При этом максимум на кривой насыщения стали с 0,04 % С сдвигается в область более длительного времени выдержки. Анализ микроструктуры образцов в исходном состоянии (рис. 2) показал, что структура стали с 0,04 % углерода содержит игольчатый мартенсит и приблизительно 5 % остаточного аустенита, в стали с 0,07 % углерода количество остаточного аустени- та – 10-15 %. После наводороживания содержание остаточного аустенита изменилось только в стали А устенитно-мартенситные стали широко исполь- зуются для изготовления оборудования гидроге- низационных процессов, особенностью работы которого связано с длительным воздействием водорода на металл при высоких температурах и давлениях. Как известно, отрицательное воздействие водорода проявляется в развитии процессов водо- родной коррозии и водородной хрупкости. Процесс водородной коррозии сопровождается межкристал- литным растрескиванием и необратимым снижением прочности и особенно пластичности [1, 2]. Поэтому, актуальным является исследование водородоустой- чивости стали, под которой следует понимать ста- бильность карбидных фаз в присутствии водорода, а также стойкость против возникновения водородной хрупкости (в напряженном состоянии при высоких концентрациях водорода). В настоящей работе исследовано влияние газо- образного водорода на механические характеристи- ки и сопротивление разрушению сталей типа Х16Н6 с различным (0,04 и 0,07 %) содержанием углерода. В исходном состоянии сталь подвергалась следу- ющей термической обработке: нагреву до темпера- туры 975-1000 °С, выдержке при этой температуре 15 мин., охлаждению на воздухе, обработке холо- дом до -70 °С и отпуску при температуре 425 °С в течение двух часов. Следует заметить, что при об- работке холодом 80-90 % аустенита превращается в мартенсит [3], а высокотемпературный отпуск спо- собствует выделению карбидных частиц, которые, искажая кристаллическую решетку, препятствуют движению дислокаций, что вызывает упрочнение стали. Остаточный аустенит в структуре стали ме- ханически стабилен и не претерпевает g-α превра- щение при нагружении. Растворимость водорода, то есть проникновение атомарного водорода вглубь металла, а также его пороговая концентрация, необходимая для развития водородной хрупкости, зависят от структурного со- держания стали. Для мартенситной структуры стали характерными участками скопления водорода явля- ются области объемного расширения, образованные УДК 669.788 С. З. Стасюк Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода Исследовано влияние газообразного водорода на механические характеристики и сопротивление разрушению сталей типа Х16Н6 с различным содержанием углерода – 0,04 и 0,07 %. Показано, что с повышением содержания углерода растворимость водорода в стали типа Х16Н6 увеличивается. Сталь с 0,04 % углерода обладает преимуществом перед сталью с 0,07 % углерода по показателям водородоустойчивости и склонности к хрупкому разрушению в условиях эксплуатации оборудования в водородсодержащих средах при высоких температурах и давлениях. Ключевые слова: аустенитно-мартeнситные стали, водородная коррозия, водородоустойчивость, лабораторные исследования, механические характеристики, микроструктурные исследования 39МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (251) ’2014 с 0,04 % С – возросло почти в два раза (до 7-10 %). Рассмотрим влияние продолжи- тельности выдержки образцов под всесторонним давлением водорода 40 МПа при температуре 200 °С на ме- ханические характеристики исследо- ванных сталей (рис. 3). Заметим, что склонность стали к водородной хруп- кости принято оценивать путем срав- нения механических характеристик металла после воздействия водорода с таковыми в исходном состоянии. Из представленных в таблице данных видно, что длительность насыщения образцов водородом практически не сказывается на изменении преде- ла прочности σв , условного предела текучести σ0,2, то есть на характери- стиках, не связанных с разрушением, но резко снижает характеристики, свя- занные с разрушением, представлен- ные пластическими свойствами ма- териала – относительное сужение ψ, относительное удлинение d, истинное сопротивление разрыву Sк. Так, после выдержки 240 ч пластические свой- ства стали с 0,07 % С значительно снизились: ψ – на 44, d – на 22 и Sк – на 33 %. В то же время указанные харак- теристики для стали с 0,04 % С сни- зились на 5, 8 и 14 % соответственно. Эти данные свидетельствуют о том, что чувствительность к водородной хрупкости возрастает с увеличением прочности стали, и сталь с меньшим содержанием углерода (0,04 %) – бо- лее водородоустойчивая и менее склонна к водородной хрупкости. Изучено влияние концентрации напряжений как фактора, оказыва- ющего влияние на сопротивление Влияние времени выдержки на содержание водорода в образцах из сталей 07Х16Н6 (1) и 04Х16Н6 (2) при давле- нии водорода 40 МПа и температуре 200 °С Рис. 1. а б в г Микростроструктура образцов сталей 04Х16Н6 (а, б) и 07Х16Н6 (в, г) в исходном состоянии (а, в) и после насыщения водородом (б, г) при давле- нии 40 МПа и температуре 200 °С в течение 240 ч., ×500 Рис. 2. 16 Sн, см3/100 г 1 2 14 12 10 8 6 4 2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 300 500 τ, ч 40 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (251) ’2014 металла пластической деформации и на склонность к водородной хрупкости. С этой целью испытанию подвергли цилиндрические образцы стали с 0,04 % углерода с кольцевым надрезом, радиусом (r) в вершине 0,63 и 0,02 мм. Для таких надрезов коэф- фициент концентрации напряжений K т равен 1,96 и 8,5 соответственно. Оценочной характеристикой служило номинальное разрушающее напряжение в сечении нетто σ н и чувствительность к надрезу (к концентрации напряжений), определяемая отноше- нием σ н к пределу прочности гладкого образца σв. Упрочнение в надрезе образцов наблюдалось как в исходном состоянии, так и при насыщении, но с уве- личением времени выдержки в водороде рост вели- чины σ н менее интенсивен. Сопоставление результатов испытаний образ- цов с надрезами (рис. 4) показывает, что в то вре- мя как разрушающее напряжение образца с надре- зом r = 0,63 мм практически не меняется или даже растет с увеличением времени выдержки, разру- шающее напряжение образца с острым надрезом r = 0,02 мм существенно снижается. При Kт равном 1,96 (r = 0,63 мм) сталь можно оценить как нечувстви- тельной к водородонасыщению. Об этом свидетель- ствует неизменность величины σ н/σв. Острый надрез (r = 0,02 мм) приводит к упрочнению стали почти в 2 раза в исходном состоянии и резкому снижению прочности при насыщении водородом в течение 25 ч. При дальнейшем насыщении чувствительность к надрезу не изменяется. С учетом того, что надрез способствует стеснению пластических деформаций при нагружении, причем, с увеличением остроты над- реза уменьшаются пластически деформированные объемы металла в образце, способность материала пластичес ки деформироваться при наличии концен- траторов напряжений можно оценивать с помощью соотношения σ н/σ0,2. Результаты указали на высокую вязкость стали в надрезе в исходном состоянии. Насы- щение водородом практически не изменяет величину σ н/σ0,2 для образцов с надрезом 0,63 мм, в то же время Изменение механических характеристик (а, б, в) сталей 07Х16Н6 (1) и 04Х16Н6 (2) в зависимости от продолжи- тельности воздействия водорода при давлении водорода 40 МПа и температуре 200 °С Рис. 3. 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 а в б 1400 1300 1200 1100 1200 1100 1000 900 σ0,2, МПа σв, МПа 2800 2600 2400 2200 2000 Sк, МПа 90 80 70 60 50 30 20 10 d, % Ψ, % 50 100 150 200 250 τ, ч 50 100 150 200 250 τ, ч 50 100 150 200 250 τ, ч 41МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (251) ’2014 Влияние продолжительности воздействия водо- рода на чувствительность к концентрации напряжений стали 04Х16Н6, радиус надреза, мм: 1 – 0,02; 2 – 0,63 Рис. 4. происходит ее резкое понижение для острого надреза при выдержке образцов 25 ч, что объясняется значи- тельным уменьшением пластически деформирован- ной зоны, и при дальнейшем насыщении деформа- ционная чувствительность к надрезу не изменяется. Таким образом, испытания образцов с надрезом разной величины позволяют выявлять особенности состояния стали при воздействии водорода высоких параметров. Фрактографический анализ изломов (рис. 5) пока- зал, что разрушение испытанных образцов происходит по механизму ямочного отрыва путем слияния микро- пор. На этот механизм разрушения не влияет содержа- ние углерода в стали. Водородное воздействие приво- дит к фрагментации рельефа с образованием в изломе вытянутых гребней. Такое строение возникает в резуль- тате пластической деформации при разрушении пере- мычек при росте и слиянии микропустот, возникающих на участках расположения упрочняющей мартенситной фазы. Разрушение надрезанных образцов независимо от остроты надреза также носит вязкий характер. Выводы С повышением содержания углерода раствори- мость водорода в стали типа Х16Н6 увеличивает- ся, при этом максимум на кривой насыщения сдвигается в область меньшего времени выдержки. Длительность насыщения об- разцов водородом практически не сказывается на изменении ха- рактеристик прочности σв и σ0,2, но резко снижает характеристики, связанные с разрушением – отно- сительное сужение y, относитель- ное удлинение d, истинное сопро- тивление разрыву Sк. В присутствии надреза в резуль- тате одновременного воздействия двух факторов – максимального напряжения и высокой концентра- ции растворенного водорода меха- низм разрушения исследованной стали с 0,04 % содержания углеро- да не изменяется, сохраняя вязкий характер. Сталь типа Х16Н6 с 0,04 % С обладает преимуществом перед сталью с 0,07 % С по показателям водородоустойчивости и склон- ности к хрупкому разрушению в условиях эксплуатации оборудо- вания в водородсодержащих сре- дах при высоких температурах и давлениях. Микростроение излома образцов из стали 04Х16Н6 с радиусом надреза 0,63 мм (а, б) и 0,02 мм (в, г): а, в – исходное состояние; б, г – насыщение водо- родом; ×500 Рис. 5. 50 100 150 200 250 τ, ч 1 1 2 2 2,4 2,2 2,0 1,8 2,0 1,8 1,6 1,4 σв н, / σв σв н / σ0,2 а б в г 42 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (251) ’2014 1. Арчаков Ю.И. Современные проблемы водородной коррозии сталей и надежность эксплуатации оборудования ги- дрогенизационных процессов // Водородная обработка материалов: Тр. ІІІ Междунар. конф. «ВОМ-2001». – Донецк, 2001. – С. 482-491. 2. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. – М.: Металлургия, 1985. – 217 с. 3. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1977. – 647 с. 4. Гельд П. В., Рябов Р. А. Водород в металлах и сплавах. – М.: Металлургия, 1974. – 273 с. 5. Гельд П. В., Рябов Р. А., Кодекс Е. С. Водород и несовершенства структуры металла. – М.: Металлургия, 1979. – 273 с. ЛИТЕРАТУРА Досліджено вплив газоподібного водню на механічні характеристики і опір руйнуванню сталей типу Х16Н6 з різним вмістом вуглецю – 0,04 і 0,07 %. Показано, що з підвищенням рівня вуглецю розчинність водню в сталі збільшується. Сталь з 0,04 % С має перевагу перед сталлю з 0,07 % С за показниками водневої стійкості і схильності до крихкого руйнування в умовах експлуатації обладнання з середовищем із вмісту водню за високих температур і тиску. Стасюк С. З. Дослідження водневої стійкості сталі типу Х16Н6 з різним вмістом вуглецю Анотація Ключові слова аустенітно-мартенситні сталі, воднева корозія, воднева стійкість, лабораторні дослідження, механічні характеристики, мікроструктурні дослідження Stasiuk S. Z. Hydrogen stability investigation of steel type X16H6 with different carbon maintenance Summary The influence of gaseous hydrogen on mechanical description and resistance to destruction steels type X16H6 with different carbon maintenance – 0,04 and 0,07 % was investigated. It was shown that with increase of carbon content the hydrogen solubility in steel type X16H6 was augmented. The steel with 0,04 % C has preference to steel with 0,07 % C on indices of hydrogen stability and tendency to fragile destruction with operation conditions of equipment in hydrogen maintenance environment with high temperatures and pressures. austenites martensites steels, hydrogen corrosion, hydrogen stability, laboratory investigation, mechanical properties, microstructure researches Keywords Поступила 20.05.14

Исследование водородоустойчивости стали типа Х16Н6 с различным содержанием углерода

Репозитарії

Схожі ресурси