CC BY
14
3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ
УДК 620.[197+193]:669.15
ХАРАКТЕРЫ ОСОБЛИВОСТ1 СЕЛЕКТИВНОГО РОЗЧИНЕННЯ СТАЛ1 AISI 321 У ВИСОКООКИСНЮВАЛЬНОМУ РОЗЧИН1 Н1ТРАТНО1 КИСЛОТИ С.Б. Белтов1, О.Е. Нарiвський2, Н.В. 'Маркова3
Наведено характеры особливост селективного розчинення металiв межами зерен аустешту сталi АК1 321 шсля п'яти циклiв випробувань за методом ДУ ГОСТ 6032-89. Зокрема, виявлено, що пiсля першого циклу випробувань межi зерен аустенiту плавок 1, 2 збагачуються N1 та збщнюються Сг i Бе, а плавок 3-5 збагачуються Бе та збщню-ються Сг i N1. Це може сприяти твердофазной дифузи атомш N1 в об'ем, а Сг i Бе iз об'ему стал для плавок 1, 2 та Бе в об'ем, а Сг i N1 iз об'ему ст^ для плавок 3-5. При цьому твердофазна дифузiя атомгв Бе до меж зерен аустешту сприяе утворенню дефек-тiв структури у виглядi вакансiй i пор, що пришвидшуе !х корозiйно-механiчне руйну-вання. Разом з тим виявлено, що шсля другого циклу випробувань 2Сг плавки 2, шсля третього - плавок 1, 2, четвертого - плавок 1, 2, 5 i п'ятого - плавки 1 меншi за одини-цю. Це сприяе утворенню дефекпв структури i корозiйно-механiчному руйнуванню меж зерен аустенiту внаслiдок твердофазно! дифузи атомiв Бе до !х поверхнi. Водночас аналогiчну тендендiю встановлено для плавок 1, 3 шсля третього циклу випробувань, оскшьки коефшденти 2м<1. Тiльки у плавки 3 шсля п'яти ци^в випробувань коефь цiенти 2Сг, 2^>1. Це свщчить, що вона найтривкiша до мiжкристалiтноl корози у висо-коокиснювальному середовищi. Запропоновано тривкiсть сталi А181 321 до ще! корози в особливо небезпечних середовищах оцiнювати за коефщентами 2Сг, Зокрема, як-що 2Сг i меншi за одиницю, то сталь не тривка до ще! корози, а якщо 2Сг i бiльшi за одиницю, то навпаки.
Ключовi слова: селективне розчинення, границ зерен аустенiту, мiжкристалiтна ко-розiя, структура, легувальний елемент.
Вступ. Шжкристалггна корозiя - це руйнування сталей або сплавiв, локаль зоване на межах 1х зерен. Причиною ц виникнення найчастше е структурнi змь ни сталi, що вiдбуваються на межах зерен. Зпдно зi загальновщомою теорiею мiжкристалiтноí корозií аустенiтних сталей, 1х руйнування спричинене змен-шенням вмiсту Сг на межах зерен, що пов'язано зi змiною розчинносп карбону в аустенiтi за рiзних температур [1]. До того ж на корозiйнi втрати аустенiтних сталей ктотно впливають íх хiмiчний склад i структура. Зокрема, у працях [2, 3] встановлено вплив хiмiчного складу i структури сталi А1Б1 321 на 11 тривкiсть до мiжкристалiтноí корозií у високоокиснювальному середовишд. Цю сталь широко застосовують у виробництвi емнкно!' та теплообмшно!' апаратури, яку ви-користовують у технолопчних процесах на особливо небезпечних виробниц-твах. Тому оцiнювання тривкосп сталi до мiжкристалiтноí корози за методом ДУ [4] не завжди дае змогу об'ективно це зробити, оскшьки в його основi закла-дено гравшетричну методику. Цей недолш можна усунути додатковими елек-
1 проф. С.Б. Белков, д-р техн. наук - Запор1зький нацюнальний техшчний ун1верситет, м. Запор1жжя;
2 проф. О.Е. Нар1вський, д-р техн. наук - Запор1зький нашональний техшчний ун1верситет, м. Запор1жжя;
3 асшр. Н.В. Маркова - Запор1зький нашональний техшчний ун1верситет, м. Запор1жжя
трох1шчними випробуваннями, але вони трудомктю. Проте про стан, в якому розчиняеться сталь, можна д1знатися з характерних особливостей селективного розчинення стал1 Л181 321 шсля кожного з п'яти циклш 11 випробування за методом ДУ [4].
Саме тому, метою роботи е дослщження характерних особливостей селективного розчинення основних компонент з1 стал1 Л181 321 шд час 11 випробування за методом ДУ ГОСТ 6032-89 та на шдстав1 цих особливостей встанови-ти критерш 11 тривкосп до м1жкристалггно1 корозп у високоокиснювальному середовишд.
Матерiали та методи дослiдження. Досл1джено п'ять плавок стал1 Л181 321. Х1шчний склад 1 структурну гетерогеннкть стал1 визначено у [2, 3]. Меха-шчно пол1роваш зразки д1аметром 42 1 завтовшки 1 мм випробовували у кипля-чому 65 %-му розчиш штратно! кислоти п'ять циктв упродовж 48 год за методом ДУ [4]. Шсля кожного циклу випробувань визначали х1м1чний склад поверхш зразюв на багатоканальному спектрометр! СРМ-25. Геометр1я та технолопя виробництва зразюв забезпечувала яккть 1 стабшьну ввдтворюванкть результа-т1в вимрювання. На кожному зразку виконували по 15 вимрювань. Дисперсда в1дхилення в них вмкту х1м1чних елементш визначали за формулою
=1 Щх? - X2, (1)
п
де: ах _ середньоквадратичне в1дхилення; п - кшьккть випробувань; х, - вмкт х1м1чного елемента в стал1.
Дисперс1я вщхилення результата вишрювання, розрахована за формулою (1), становила: карбону ±0,003, силщда ±0,004, мангану ±0,002, хрому ±0,002, школу ±0,005, титану ±0,001, фосфору ±0,003, мол1бдену ±0,001, купруму ±0,002, вольфраму ±0,002 мас.%.
Статичш даш про вмкт основних х1м1чних елеменпв стал1 Л181 321 шсля кожного з п'яти циклш випробувань ощнювали за коефщкнтами селективного розчинення Сг 1 N1 1х визначали за формулою
_ Ат(Сг,щ хт(Рг)
Ь (СгМ) _ 1-, (2)
Д/И( ре)х т(Су,Ж)
де: Ат(Сг, щ - р1зниця м1ж вмктом Сг або N1 на поверхш зразюв до 1 шсля випробувань, мас %; т(Ре) — вмкт Ге на поверхш зразюв до випробувань, мас.%; Ат(Ре) - р1зниця м1ж вмктом Ге на поверхш зразюв до 1 шсля випробувань, мас.%; т(Сг, щ - вмкт Сг або N1 на поверхш зразюв до випробувань, мас %.
Результати дослвдження та 1'х обговорення. Зпдно з даними табл. 1 вмкт Сг на поверхш зразюв з1 стал1 Л181 321 шсля першого циклу випробувань, у се-редньому, зрю на 0,28 мас.% щодо його вмкту до випробувань.
Разом з тим шсля другого 1 третього циктв штенсивнкть росту вмкту Сг на 1х поверхш незначно знизилась до 0,254 та 0,25 мас.%, вщповщно. Проте шсля четвертого 1 п'ятого циклш випробувань штенсивнкть росту вмкту Сг на поверхш зразюв дещо збшьшилася до 0,328 та 0,304 мас.%, в1дпов1дно. Водно-час встановлено, що шсля першого циклу випробувань вмкт Ге на поверхш
зразкш, у середньому, знизився на 0,306 мас.% щодо його вмкту до випробу-вань. Пкля другого 1 третього циклш виявлено зниження штенсивноста змен-шення вмкту Ге на поверхш стал1 на 0,295 та 0,268 мас.%, в1дпов1дно. Однак пкля подальших випробувань стал1 штенсивнкть зниження вмкту Ге на поверхш зразюв дещо зросла та становила 0,429 1 0,310 мас.%, вщповщно.
Табл. 1. Хiмiчний склад основних компонент сталi Л№Т 321 до i тсля п 'яти
ци^в випробувань за методом ДУ ГОСТ 6032-89
к и 01 ей Ее Сг N1
№ циклу випробувань
с 0 I II III IV V 0 I II III IV V 0 I II III IV V
1 71,284 71,106 71,048 70,921 70,872 71,159 16,52 16,65 16,68 16,71 16,69 16,68 9,158 9,170 9,172 9,202 9,268 9,071
2 71,918 70,867 70,781 70,889 70,600 70,613 16,58 17,62 17,61 17,63 17,70 17,77 9,056 9,064 9,079 9,017 9,124 8,994
3 70,776 70,695 70,790 70,930 70,884 70,878 16,90 16,95 16,92 16,86 16,91 16,89 9,271 9,305 9,236 9,150 9,200 9,116
4 71,412 71,122 71,173 71,048 71,007 71,086 16,53 16,76 16,74 16,82 16,91 16,84 9,180 9,235 9,182 9,181 9,204 9,114
5 70,836 70.907 70,959 71,100 70,716 70,941 16,95 16,90 16,80 16,71 16,91 16,82 9,131 9,198 9,138 9,097 9,217 9,098
Г 71,245 70.939 70,950 70,978 70,816 70,936 16,70 16,98 16,95 16,95 17,02 17,00 9,151 9,194 9,167 9,129 9,203 9,079
Наведеш вище тенденцп св1дчать про селективне розчинення Сг 1 Ге з поверхш стал1 шд час 11 випробувань у киплячому розчиш штратно! кислоти. З метою визначення характерних особливостей селективного розчинення поверхш зразюв, застосовуючи формулу (1) та даш табл. 1, розраховано коефщкнти селективного розчинення Сг (табл. 2).
Табл. 2. Коеф^енти селективного розчинення Сг (1Сг) сталi Л^1321 тсля п 'яти цикли! випробувань за методом ДУ ГОСТ 6032-89
№ плавки № циклу випробувань
I II III IV V
1 3,15 2,21 0,99 1,72 0,15
2 4,29 0,47 0,74 0,97 21,6
3 2,59 1,32 1,79 4,61 12,90
4 3,35 1,67 2,73 7,21 3,75
5 2,94 8,07 2,70 0,99 1,67
Зпдно з даними табл. 2, коефщкнти селективного розчинення Сг ^Сг) тсля першого циклу випробувань змшювалися вщ 2,59 (плавка 3) до 4,29 (плавка 2). Це свщчить про те, що Сг штенсившше розчинявся з поверхш зразкш, шж Ге. Пкля другого циклу випробувань коефщкнти ZCг плавок 1 -4 знизилися, а плавки 5 - зрк. До того ж коефщкнт ZCг плавки 2 виявився нижчим за нуль (ZCг = 0,47). Отже, тсля другого циклу випробувань Ге штенсившше розчинялося з поверхш плавки 2 стал1 Л181 321, шж Сг. Пкля третього циклу випробувань також вста-новлено, що з поверхш плавок 1, 2 стал1 Ге штенсившше розчинялося за Сг, ос-кшьки коефщкнти ZCг<1. Проте з поверхш зразшв 1з плавок 3-5 Сг 1нтенсившше розчинявся за Ге, оскшьки коефщкнти Zcг>1. Пкля четвертого циклу випробувань виявлено, що коефщкнти ZCг плавок 2, 5 стал1 Л181 321, в1дпов1дно, станов-лять 0,97 та 0,998 мас.%. Отже, штенсивнкть розчинення Ге з 1х поверхш бшь-ша, шж Сг. У решти плавок коефщкнти ZCг>1, тому Сг штенсившше розчинявся з 1х поверхш, шж Ге. Пкля п'ятого циклу випробувань виявлено, що тальки плавка 1 мае коефщкнт ZCг<1. Тому Ге штенсившше розчинялося з 11 поверхш, шж
Сг. У решти плавок коефiцieнт ZCг змшювався вiд 1,67 (плавка 5) до 21,6 (плавка 2). Саме тому женсивнкть розчинення Сг з !х поверхнi бшьша, шж Ге. Разом з тим, узагальнюючи вище наведене, можна зазначити, що пiсля п'яти цикшв вип-робувань тшьки у плавок 3, 4 коефщкнти ZCг>1 (див. табл. 2). Отже, щ плавки розчинялися у пасивному сташ пiсля кожного циклу випробувань. Отже, вони найтривкiшi до мiжкристалiтноí корози. Водночас плавки, коефiцieнти ZCг яких меншi за одиницю, найменш тривш до мiжкристалiтноí корозií, оскшьки межi зерен розчиняються в активному сташ. Це узгоджуеться з результатами гравшет-ричних випробувань сталi за методом ДУ [4], оскшьки плавкам, ят мають коефь щент ZCг<1, вiдповiдають плавки з найбiльшими або близькими до них коро-зшними втратами. Зокрема, плавки 2 тсля другого, 1, 2 шсля третього, 2, 5 пiсля четвертого та 1 тсля п'ятого циктв випробувань (див. табл. 2).
Результати дослвдження. За результатами аналiзу даних (див. табл. 1) вмiст N1 на поверхш зразюв пiсля першого циклу випробувань, у середньому, зрк на 0,043 мас.% щодо його вмкту до випробувань. Однак шсля другого циклу штенсивнкть зростання вмiсту N1 на поверхнi зразюв знизилася до 0,016 мас.%. Водночас шсля третього i п'ятого ци^в випробувань спостереже-но зменшення вмкту N1 на поверхш зразюв на 0,022 та 0,072 мас.%, вщповщно. Проте шсля четвертого циклу випробувань сталi вмкт N1 на ц поверхнi зрiс на 0,052 мас.%. Такi тенденцií з корозiйними втратами Ге свiдчать про селектив-ний характер розчинення N1 тсля кожного з п'яти циклш випробувань.
З метою оцшки характерних особливостей селективного розчинення N1 з поверхш зразюв за формулою (1), застосовуючи даш табл. 1, розраховано коефщкнти селективного розчинення N1 (ZNl) (табл. 3).
Табл. 3. Коефщенти селективного розчинення N1 сталi 321 тсля
п 'яти ци^в випробувань за методом ДУ ГОСТ 6032-89
№ плавки № циклу випробувань
I II III IV V
1 0,52 2,68 0,15 10,30 5,25
2 0,06 1,37 4,48 2,91 75,58
3 3,02 3,36 6,17 8,50 95,57
4 1,44 8,07 0,06 4,34 8,87
5 7,30 8,89 2,26 2,44 4,05
Зпдно з даними табл. 3, шсля першого циклу випробувань коефщкнти ZNl плавок 1 i 2 меншi за одиницю. Це свщчить про те, що Ге штенсившше розчи-няеться з поверхш цих плавок сталi, нiж N1. У решти плавок цей коефщкнт бшьший за одиницю, що е ознакою iнтенсивнiшого розчинення N1, шж Ге. При цьому треба зазначити, що тсля першого циклу випробувань в усх плавках стат коефщкнти ZCг бiльшi за одиницю. Це свщчить про iнтенсивнiше розчинення Сг з поверхш зразюв, шж Ге. Взагалi з аналiзу коефщкнпв ZCг i ZNl сталi Л181 321 пiсля першого циклу випробувань, виходить, що iнтенсивнiсть розчинення &, N1 i Ге з поверхш сталi зростае у такому ряду: Ге, Cг, N1 або N1, Ге, Cг (плавки 1, 2). Через це у першому випадку поверхня зразкiв збагачуеться Ге та збiднюеться Cг i N1, а в другому - збагачуеться N1 та збщнюеться Ге i Cг.
Пкля другого циклу випробувань коефiцieнти ZNl вСх п'яти плавок сталi бiльшi за одиницю. Це свiдчить про те, що N1 iнтенсивнiше розчинявся з повер-хнi сталi, нiж Ге. Взагалi аналiз коефiцieнтiв Zcг i ZN1 пiсля другого циклу випробувань показав, що штенсивнкть розчинення Ге, Сг i N1 з поверхш зразкiв зрос-тае у такому рядг Ге, Сг, N1 або Сг, Ге, N1 (плавка 2). Така тенденщя сприяе тому, що в першому випадку поверхня сталi збагачуеться Ге та збщнюеться Сг i N1, а в другому - збагачуеться Сг та збщнюеться Ге i N1. Це може сприяти у першому випадку твердофазнш дифузií Ге в об'ем, а Сг i N1 з об'ему стат до п поверхнi, а другому випадку - Сг в об'ем, а N1 i Ге iз об'ему до поверхш сталi.
Треба зазначити, що твердофазна дифузк Ге до поверхш сталi може сприяти утворенню дефектiв структури в цих мкрооб'емах [6, 7], якi руйнуються в разi незначних механiчних навантажень. Це сприяе розвитку мiжкристалiтноí' корозií' 1, найвiрогiднiше, корозiйному розтрiскуванню. Адже за даними [8-10], розчинення вiд'емного хiмiчного елемента (Сг) на поверхнi сплаву сприяе заро-дженню нерiвноважних вакансш, якi дифундують в його об'ем, де коангулюючи утворюють пори. Пкля третього циклу випробувань виявлено, що коефщкнти ZNi плавок 1, 4 бшьш^ а плавок 2, 3, 5 - меншi за одиницю. Отже, для плавок 1, 4 з поверхш зразюв Ге розчиняеться iнтенсивнiше, нiж N1, а плавок 2, 3, 5 - N1 штенсившше, шж Ге. Понад це, вважаеться, що для плавки 1 коефщкнти ZCг i ZNl меншi за одиницю. Це свiдчить про те, що женсивнкть розчинення Сг, N1 i Ге з поверхш цiеí сталi зростае у такому ряду: Сг, N1 i Ге. Внаслiдок цього поверхня стат збагачуеться Сг та збiднюеться N1 i Ге. Це сприяе збагаченню п по-верхнi Сг та збiдненням N1 i Ге, що може спонукати твердофазну дифузда Сг в об'ем, а N1 i Ге iз об'ему сталi до и поверхнi. Через твердофазну дифузiю Ге до поверхнi сталi утворюються дефекти структури у виглядi пор та вакансш, ят сприяють мiжкристалiтнiй корозií' межами зерен аустенiту. З аналiзу коефь цiентiв ZCг i ZNl решти плавок сталi Л181 321 пiсля третього циклу випробову-вань виходить, що iнтенсивнiсть розчинення Сг, N1 i Ге з ц поверхнi зростае у такому рядi: Ге, Сг, N1 або N1, Ге, Сг (плавка 4). Отже, у першому випадку поверхня зразюв збагачуеться Ге та збщнюеться Сг i N1, а в другому - збагачуеться N1 та збщнюеться Сг i Ге. У першому випадку Ге дифундуе в об'ем, а Сг i N1 iз об'ему сталi, а в другому N1 в об'ем, а Сг i Ге iз об'ему сталi. Отже, для плавки 4 кнуе небезпека мiжкристалiтноí' корозií' внаслiдок утворення дефектiв структури сталi в цих мiкрооб'емах. Цьому сприяе твердофазна дифузк атомiв Ге до поверхнi меж зерен аустешту.
Пiсля четвертого циклу випробувань встановлено, що коефщенти ZNi сталi Л181 321 усiх п'ятьох плавок бiльшi за одиницю та змiнюються вщ 2,44 (плавка 5) до 10,3 (плавка 1) (див. табл. 3). Водночас виявлено, що коефщкнти ZCг плавок 1, 3, 4 також бiльшi за одиницю (див. табл. 2). Через це корозшш втрати Сг, N1, Ге з поверхш цих зразюв зростають у такому ряду: Ге, Сг, N1. Це сприяе тому, що поверхня зразюв, найвiрогiднiше межами зерен аустешту, збагачуеться Ге та збщнюеться Сг i N1. Це може сприяти твердофазнш дифузп атомiв Ге в об'ем, а Сг i N1 iз об'ему сталi межами зерен аустешту. Разом з тим виявлено, що коефщкнти ZCг плавок 2, 5 меншi за одиницю (див. табл. 2). Внаслщок цього штенсивнкть розчинення металiв межами зерен аустешту зростае у такому ряду: Сг, Ге та N1. Через це поверхня меж зерен аустешту збагачуеться Ге та
N1. Це може сприяти твердофазнiй дифузií атомiв Сг в об'ем, а Ге та N1 iз об'ему ст^ межами зерен аустенiту. До того ж така реоргашзашя об'ему ст^ межами зерен аустенiту сприяе утворенню дефектов структури у виraядi пор та вакан-сш, якi разом з корозивним середовищем руйнують межi зерен.
Пiсля п'ятого циклу випробувань встановлено, що коефiцiенти ZNl цих плавок бiльшi за одиницю. Це свiдчить, що N1 штенсившше розчиняеться зi сталi, нiж Ге. Водночас виявлено, що у плавки 1 коефщент ZCг менший за одиницю. Внаслщок цього iнтенсивнiсть корозiйних втрат металiв переважно межами зерен аустешту зростае у такому ряду: Сг, Ге та N1. Через це поверхня меж зерен аустешту збагачуеться Сг та збщнюеться Ге та N1, що може сприяти твердофаз-нiй дифузií атомш Сг в об'ем, а Ге та N1 iз об'ему стал! Така реоргашзащя об'ему сталi межами зерен аустешту пришвидшуе íх руйнування.
Разом з тим виявлено, що в плавках 2-5 коефщент ZCг бiльший за одиницю. Через це женсившсть розчинення металiв межами зерен аустешту зростае у такому ряду: Ге, Сг та N1. Це сприяе тому, що поверхня меж зерен аустешту збагачуеться Ге та збщнюеться Сг та N1, що може сприяти твердофазнш дифузп атомiв Ге в об'ем, а Сг та N1 iз об'ему стал! Така реорганiзацiя об'ему сталi сприяе значно меншiй кiлькостi дефекпв структури в об'емi сталi межами зерен аустешту, шж згадана вище, оскiльки Ге е основним компонентом стал!
Узагальнюючи наведене вище, можна зазначити, що на руйнування меж зерен аустешту впливають електрохiмiчна та мехашчна складовi. Зокрема, ме-хашчна складова iстотна, коли коефiцiенти Zcг та (або) ZNl меншi за одиницю. Оскшьки за таких умов корозшш втрати зразкiв також максимальш [2]. Разом з тим слад вiдзначити, що всi п'ять плавок виявилися тривкi до мiжкристалiтноí корозií пiсля випробувань за методом ДУ ГОСТ 6032-89. Однак тшьки у плавок 3 i 4 коефiцiенти ZCг бiльшi за одиницю шсля кожного з п'яти циклш випробувань. До того ж вони мають найменшi корозiйнi втрати шсля випробувань за методом ДУ ГОСТ 6032-89. Враховуючи вищенаведене, запропоновано матерь ал обладнання, що працюе в особливо небезпечних умовах, ощнювати не тiльки за методом ДУ ГОСТ 6032-89, але й за коефщентами ZCг та ZNl. Адже вщомо [5-7], що селективне розчинення металiв iз пiтiнгiв, яке сприяе 1х твердофазнiй дифузií в поверхневих шарах, характеризуеться критичними потенцiалами, за яких iстотно змшюеться íх корозшна тривкiсть. Отже, для цього необхщно встановити багатофакторнi регресiйнi залежностi мiж АСг, ДБе, AN1 та хiмiч-ним складом i складовими структури сталi у кип'ячому 65 % розчиш нiтратноí кислоти пiсля п'яти цикшв випробувань за методами ДУ [4] та розробити методику ощнювання тривкосп сталi ЛШ 321 до мiжкристалiчноí корозií. Висновки:
1. Шсля першого циклу випробувань сташ ЛШ 321за методом ДУ ГОСТ 603289 встановлено, що коефщенти ZCг>1. Разом з тим виявлено, що для плавок 1, 2 коефщенти ZNl меншi, а для 3-5 бiльшi за одиницю. Це сприяе тому, що штенсившсть розчинення основних компонент сташ з поверхт зразкiв зростае у такому ряду: N1, Ге, Сг (для плавок 1, 2) та Ге, Сг, N1 (для плавок 3-5). Внаслщок цього в першому випадку поверхня зразыв межами зерен аустешту збагачуеться N1 та збщнюеться Ге i Сг, а в другому - збагачуеться Ге та збвд-нюеться Сг i N1. Це може сприяти твердофазнш дифузп N1 в об'ем, а Ге i Сг iз об'ему сталi для плавок 1, 2 та в об'ем, а N1 i Сг iз об'ему сташ для плавок 3-5.
Через твердофазну дифузш aTOMÎB Fe в плавках 1, 2 до поверхн меж зерен аустешту в o6'eMi ctmî пiд ними утворюються дефекти структури у виглядi вакансiй i пор. Це може сприяти корозiйно-механiчному руйнуванню меж зерен аустенiту.
2. Шсля другого циклу випробувань встановлено, що коефiцieнти ZNl>1. Водно-час виявлено, що коефiцieнти ZCr>1 для плавок 1, 3-5 та меншi для плавки 2. Це сприяе тому, що штенсившсть розчинення метаив з поверхнi зразкiв зрос-тае у такому ряду: Cr, Ni i Fe (для плавки 2) та Fe, Cr i Ni (для плавок 1, 3-5). Отже, для плавки 2 е небезпека мiжкристалiтноï корозп', осыльки твердофазна дифузiя атомiв Fe до поверхнi меж зерен аустешту утворюе дефекти структури в об'eмi сталi шд ними.
3. Пiсля третього циклу випробувань встановлено, що коефщенти ZCr плавок 1, 2 меншi, а 3-5 бiльшi за одиницю. Разом з тим встановлено, що коефщенти ZNl плавок 1 i 4 менш^ а 2, 3 i 5 бiльшi за одиницю. Отже, для плавок 1, 2, 4 е небезпека мiжкристалiтноï корозп' через дефекти структури межами зерен аустешту, що утворюються внаслщок твердофазно'1 дифузп' атомiв Fe до ïx поверхш.
4. Шсля четвертого i п'ятого цикшв випробувань встановлено, що коефщенти ZNl сталi AISI 321 бiльшi за одиницю. Водночас виявлено, що коефщенти ZCr плавок 2, 5 шсля четвертого циклу випробування та плавки 1 шсля п'ятого меншi за одиницю. Це свiдчить про те, що щ плавки схильш до мiжкристалiт-но'1 корозп' внаслвдок утворення дефектiв структури через твердофазну дифузш атсшв Fe до меж зерен аустешту. Разом з тим доведено, що тшьки плавка 4 не схильна до мшкристалпно!' корозп', оск1льки ii коефiцieнти ZCr i ZNl бшь-шi за одиницю.
5. Запропоновано для особливо небезпечних середовищ тривысть сталi AISI 321 оцшювати за коефiцieнтами ZCr i ZNl. Зокрема, якщо Zcr, Zni>1, то сталь тривка до цieï корозп' у високоокиснювальному середовищ^ а якщо ZCr, ZNl<1, то - навпаки.
Лггература
1. Юхневич Р. Техника борьбы с коррозией / Р. Юхневич, Е. Валашковский, А. Видуховский : пер. с польск. А.М. Сухотина. - Л. : Изд-во "Химия", 1980. - 224 с.
2. Нарiвський О.Е. Стшшсть стал AISI 321 до мiжкристалiтноï корози залежно вiд ïï структури та мехашчних властивостей / О.Е. Наргвський, С.Б. Беликов // Hœi матерiали та технологи в металурги та машинобудуванш : зб. наук. праць. - 2010. - № 2. - С. 21-25.
3. Нарiвський О.Е. Стшшсть стал AISI 321 та 12Х18Н10Т до мiжкристалiтноï корозп залежно вiд ïï хiмiчного складу / О.Е. Наршський, С.Б. Беликов // Новi матерiали та технологiï в металурги та машинобудуванш : зб. наук. праць. - 2012. - № 2. - С. 20-24.
4. Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы испытаний на стойкость против межкристалитной коррозии: ГОСТ 6032-89 (НСО 3651/276) - [Действующий от 1990-07-01]. -М. : Изд-во стандартов, 1990. - 41 с.
5. Лосев ВВ. Анодное растворение сплавов в активном состоянии / В.В. Лосев, А.П. Пчельников // Итоги науки и техники. Электрохимия : сб. науч. тр. - М. : Изд-во ВИНИТИ. - 1979. - Т. 15. - С. 62-131.
6. Motfat T.P. Electrochemical and scaningtuneling microscope study of dealloying of Cu Au / T.P. Motfat, F. - R.F. Fan, A.J. Bord // Electrochem. Soc. - 1991. - № 11. - Pp. 3224-3225.
7. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов / Н.Д. Томашов. - М. : Изд-во АН СССР, 1959. - 592 с.
8. Вязовикина Н.В. Использование хромовольтамперометрии для изучения механизма селективного растворения бинарных сплавов хром-железо / Н.В. Вязовикина // Электрохимия : сб. науч. тр. - 1992. - № 6. - С. 917-922.
9. Pickering H.W. Characteristic fractures of alloy polarization cuzvas / H.W. Pickering // Corrosion Scienee. - 1983. - № 10. - Pp. 1101-1120.
10. Вязовикина Н.В. Анодное растворение сплавов Fe55Cr45 и Fe84Cr16 в нестационарных условиях / Н.В. Вязовикина // Электрохимия : сб. науч. тр. - 1991. - № 4. - С. 484-489.
Надтшла доредакцп 04.07.2016р.
Беликов С.Б., Наривський О.Э., Маркова Н.В. Характерные особенности селективного растворения стали в высокоокислительном растворе нитратной кислоты
Представлены характерные особенности селективного растворения металлов по границам зерен аустенита стали AISI 321 после пяти циклов испытания по методу ДУ ГОСТ 6032-89. В частности установлено, что после первого цикла испытаний границы зерен аустенита плавок 1, 2 обогащаются Ni и обедняются Cr и Fe, а плавок 3-5 обогащаются Fe и обедняются Cr и Ni. Это может способствовать твердофазной диффузии атомов Ni в объем, а Cr и Fe из объема стали для плавок 1, 2 и Fe в объем, а Cr и Ni из объема стали для плавок 3-5. При этом твердофазная диффузия атомов Fe к границам зерен аустенита способствует образованию дефектов структуры в виде вакансий и пор, что ускоряет коррозионно-механическое разрушение. Вместе с тем установлено, что после второго цикла испытаний, коэффициент ZCr плавки 2, после третьего - плавок 1, 2, четвертого - плавок 1, 2, 5 и пятого - плавки 1 меньше единицы. Это способствует образованию дефектов структуры и коррозионно-механическому разрушению границ зерен аустенита вследствие твердофазной диффузии атомов Fe к их поверхности. В то же время аналогичную тенденцию установлено для плавок 1, 3 после третьего цикла испытаний, поскольку коэффициенты ZNi<1. Только у плавки 3 после пятого цикла испытаний коэффициенты ZCr, ZNi> 1. Это свидетельствует, что она наиболее стойкая к межкристаллитной коррозии в высокоокислительной среде. Предложено стойкость стали AISI 321 к этой коррозии в особо опасных средах оценивать по коэффициентам ZCr, ZNi. В частности, если коэффициенты ZCr или ZNi меньше единицы, то сталь не стойкая к межкристаллитной коррозии, а если ZCr, ZNi больше единицы, то наоборот.
Ключевые слова: селективное растворение, границы зерен аустенита, межкристали-ческая коррозия, структура, легирующий элемент.
Bielikov S.B., Narivskyy O.E., Markova N.V. Defining Characteristics of Selective Dissolution of AISI 321 Steel in Highly Oxidizing Solution of Nitrate Acid
The article presents defining characteristics of selective dissolution of metals at the austenite grain boundaries of AISI 321 steel after five DU GOST 6032-89 test cycles. It has been established that after the first test cycle, the austenite grain boundaries of melts 1 and 2 enrich with Ni and lean of Cr and Fe, while austenite grain boundaries of melts 3-5 enrich with Fe and lean of Cr and Ni. This could aid solid diffusion of Ni atoms into the volume, and atoms of Cr and Fe out of the volume of steel for melts 1 and 2, and Fe into the volume and Cr and Ni out of the volume of steel for melts 3-5. Concurrently solid diffusion of Fe atoms to the austenite grain boundaries aids formation of structural defects in the form of vacancies and pores, which accelerates stress corrosion fracture. Alongside with that, it has been established that after the second test cycle, the coefficient ZCr is less than one for melt 2; after the third cycle - for melts 1 and 2; after the fourth cycle - for melts 1, 2 and 5; after the fifth cycle - for melt 1. This aids formation of structural defects and stress corrosion fracture of austenite grain boundaries as the result of solid diffusion of Fe atoms to their surface. At the same time, similar trend has been discovered for melts 1 and 3 after the third test cycle, due to coefficients ZNi<1. Only melt 3 showed coefficients ZCr and ZNi>1 after the fifth test cycle. This proves that it is most resistant to intercrystalline corrosion in highly oxidizing environments. It is suggested to estimate the resistance of AISI 321 steel to this type of corrosion in extrahazardous environments by coefficients ZCr and ZNi. In particular, if the coefficients ZCr or ZNi are less than one, the steel is not resistant to intercrystalline corrosion, and if ZCr or ZNi are more than one, then it is.
Keywords: selective dissolution, borders of grains of austenite, intercrystalline corrosion, structure, the alloying element.
УДК 647.038.3:681.2.083
ПОРШНЯЛЬНИЙ АНАЛ1З УДАРНО-АКУСТИЧНОГО ТА УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОД1В ДЕФЕКТОСКОПЫ ФАНЕРИ
О. С. Баранова1, В.М. Головач2
1снуе потреба у створенш обладнання неруйшвного контролю для визначення роз-шарованих областей фанери на раннiх стадшх виробництва або контролю ii якост на кiнцевих стадiях. Дослщження високочастотних хвиль у твердих тшах - один з найбшьш ефективних метсдав вивчення та дослiдження ix внутрiшньоi структури. Акустичнi xвилi легко проникають у будь-який матерiал, активно взаемодвдть з атомами решiтки i найчастiше надають унiкальну iнформацiю про середовище поширення. За допомогою акустичних методш у фанерному матерiалi можливо знайти поверxневi та внутрiшнi дефекти, яю представляють собою порушення суцшьносй, неоднорiдностi структури, дефекти склейки, пайки тощо. Проведено поршняльний аналiз ударно-акус-тичного та ультразвукового методiв дефектоскопн фанери. Дослiджено, що найбiльшу корелящю з ультразвуковим методом контролю розшарування у фанери мае виxiдний параметр ударного давача - коефщент гармошк.
Ключовi слова: фанера, неруйншний контроль, метод вшьних коливань, ультразву-ковий метод.
Вступ. Фанерне виробництво - це складна технолопчна система. Для шд-вищення ефективностi управлiння фанерним виробництвом здшснюють пошук квазiоптимальних умов перебiгу технолопчного процесу на основi оперативного оброблення iнформацií про стан процесу. Щд час виробництва фанери 80 % дефекпв виникають через непрокле!', наявнiсть яких у готовiй продукцп непри-пустима. Причини утворення внутртшх дефектiв зумовленi, в основному, по-рушенням технологiчного процесу виробництва фанери i нестабiльнiстю якостi вхвдно!' сировини. Цд внутрiшнi дефекти зазвичай виявляють тiльки пiд час роз-крою, що призводить до вимушеного бракування виро6Дв.
Серед велико!' кшькосп методiв неруйн1вного контролю у деревооброблен-ш широко застосовують акустичнi методи [1]. Метод вшьних коливань простий у реалiзацií, система може бути бшьш мобшьною, що робить можливим установку системи i на заключнш стадií виробництва, а також безпосередньо шсля пресування [2]. Суть методу полягае у вимiрюваннi властивостей коливального процесу, що виникае у фанерi за ударного впливу на 1х поверхню короткочас-ного удару. По дшянщ дослiджуваноí поверхнi фанери наносять короткочасний удар за допомогою ударника. Удар збуджуе у пластиш фанери акустичш коли-вання, якД за допомогою п'езоперетворювача ударного давача, встановленого на матерiалi або на самому ударнику, перетворюються в електричш. Форма елек-тричних сигнал1в на виходД п'езоперетворювача залежить вДд властивостей фанери. У разi наявносп дефекту в мкщ удару змшюються характеристики сигна-лДв: амплiтуда та частотний спектр. Вишрюючи i пор1внюючи кшьккть шпуль-с1в сигналу, 1х амплiтуди, частоти й rnmi характеристики на рДзних дiлянках по-верхш фанери можна отримувати iнформацiю про змшу його властивостей по площиш та виявляти дефектнi дшянки. Через складну структуру цих сигналiв 1х вивчення надiйнiше виконати експериментально [3].
1 acnip. О. С. Баранова - НУ Бюресурйв i природокористування Украши, м. Кшв;
2 доц. В.М. Головач, канд. техн. наук - НУ Бюресурс1в i природокористування Украши, м. Ки!в
