CC BY
20
УДК 669.018.2.-620.194
Иванов Е.С., Гузенкова А.С., Иванов С.С.
ИНГИБИРОВАНИЕ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ КИСЛОТНОГО ТРАВЛЕНИЯ
Иванов Сергей Сергеевич, д.т.н.,. профессор Московский политехнический университет, , г. Москва, Шипиловская ул., д. 23, корп. 2, кв. 403, тел. 8-966-316-99-05, 3943683@rambler.ru Иванов Евгений Сергеевич Гузенкова Александра Сергеевна
В работе установлены основные закономерности влияния ингибиторов и индивидуальных веществ на общую коррозию, наводороживание и механические характеристики стали ЭИ-643 после кислотного травления. Изученные добавки снижают скорость коррозии и, за исключением тиомочевины, в разной степени уменьшают содержание водорода в стали ЭИ-643.По результатам исследований выделены группы ингибиторов и индивидуальных веществ по степени их влияния на пластичность и предел кратковременной прочности , исследуемой стали.
Ключевые слова: кислотное травление, высокопрочная сталь, ингибиторы коррозии, наводороживание, механические характеристики.
INHIBITION OF FRAGILE DESTRUCTION OF HIGH-STRENGTHEN STEELS AFTER ACID ETCHING
This paper presents the main obtained regularities of the effect of inhibitors and individual substances on general corrosion, hydrogenation and mechanical characteristics of EI-643 steel after acid etching. The studied additives reduce the corrosion rate and, with the exception of thiourea, reduce to varying degrees the hydrogen content in EI-643 steel. After analizing results of the research, groups of inhibitors and individual substances are distinguished according to their degree of influence on plasticity and the limit of short-term strength of the explored steel. Keywords: acid etching, high-strength steel, corrosion inhibitors, hydrogenation, mechanical characteristics.
Серьезным препятствием для эффективного применения высокопрочных мартенситных сталей является их высокая чувствительность к хрупкому разрушению, происходящему при кратковременном или длительном приложении растягивающих напряжений. Во многих случаях хрупкое разрушение высокопрочных сталей развивается в результате охрупчивающего действия водорода без одновременного участия коррозионного процесса (замедление разрушения). Случаи хрупкого разрушения таких сталей отмечаются в технологических средах химической,
нефтехимической промышленности, авиации, судостроении, машиностроении [1].
Значительное влияние на сопротивление высокопрочных сталей хрупкому разрушению оказывает водород, проникающий в сталь в результате проведения различных технологических процессов. К настоящему времени насчитывают около 40 различных источников проникновения водорода в сталь. При химическом обезжиривании и травлении в кислотах во многих случаях часть выделяющегося водорода внедряется в сталь, вызывая ухудшение механических свойств. Чувствительность к водороду (водородное охрупчивание ) возрастает с повышением предела прочности и содержания водорода, а снижение механических характеристик наиболее заметно на параметрах пластичности: относительных величинах сужения и удлинения [1,5].
Активными способами защиты против хрупкого разрушения высокопрочных сталей является не только создание новых, не склонных к этому виду разрушения, металлических сплавов, но и совершенствование технологии выплавки и обработки
стали (рафинирование, снижение содержания неметаллических включений, термическая и другие виды обработки). Повышение сопротивления высокопрочных сталей хрупкому разрушению успешно достигается применением распространенного метода противокоррозионной защиты - введением ингибиторов коррозии в коррозионную среду [1-7].
В работе рассмотрено влияние различных ингибиторов коррозии на механические характеристики высокопрочной стали после травления в кислой среде.
Изменение механических характеристик стали ЭИ-643 после травления 4М растворе соляной кислоты при комнатной температуре оценивали на разрывной машине УММ-5 при скорости растяжения 2 мм/мин. Испытаниям подвергали образцы диаметром 5 мм после термической обработки ( закалка с 900 иС и отпуск при 200°С). Из экспериментальных данных рассчитывали предел кратковременной прочности ов и относительного сужения ( или пластичность)
Коррозионные испытания проводили гравиметрическим методом. Использовали ингибиторы БА-6 (продукт конденсации бензиламина с уротропином), ПКУ (продукт конденсации уротропина), ЧМ (смесь хинолиновых оснований с пенообразователем), ПБ-8 (продукт конденсации моноэтаноламина с уротропином), катапин К (пара-алкил бензилперидиний хлорид), уротропин , тиомочевину, продукты конденсации циклического амина с альдегидами: с уксусным (ГМУ), пропионовым (ГМП), масляным (ГММ) валериановым (ГМВ), салициловым (ГМС), коричным (ГМК), бензальдегидом (ГМБ) и индивидуальное соединение 1,3,5-трибензилтригидро-симм-триазин (ТТТ).
Содержание добавок - 5 г/л , время травления -1 час. Параллельно с коррозионными испытаниями определяли содержание водорода спектральным методом, которое выражали в см3/100 г стали. Результаты исследований приведены в таблице.
Таблица. Влияние ингибиторов на скорость коррозии К,
содержание водорода VH2, пластичность у и предел кратковременной прочности ав после травления стали ЭИ -643 4M HCl в течении 1 ч
Из полученных данных видно, что все исследованные добавки снижают скорость коррозии стали ЭИ-643 по сравнению с испытаниями в 4M HCl без добавок. За исключением тиомочевины все добавки снижают содержание водорода в исследуемой стали, а добавки ингибиторов БА-6 и ГМВ полностью подавляют наводороживание стали ЭИ-643. Введение в 4M HCl раствор
тиомочевины приводит к значительному (до 29,0 см3/100 г стали) повышению содержания водорода в стали по сравнению с травлением в соляной кислоте без добавок (9,4 см3/100 г стали).
Так как все исследуемые добавки в раствор соляной кислоты снижают скорость коррозии, которая носит равномерный характер, то изменение механических характеристик исследуемой стали вызвано проникающим в сталь водородом.
Как видно из этих данных, пластичность стали практически не меняется при содержании водорода до 5 см3/100 г стали, а предел кратковременной прочности стали остается неизменным в интервале содержания водорода до 10 см3/ 100 г стали. Дальнейшее повышение содержания водорода снижает механические характеристики исследуемой стали, причем снижение пластичности с повышением содержания водорода в стали происходит более интенсивно, чем предела кратковременной прочности. Так при содержании водорода в стали 29,0 см3/ 100 г стали пластичность близка к нулю, а предел кратковременной прочности равен 1540 МПа. Исходя из полученных
и известных данных [2-4], изученные добавки по их влиянию на механические характеристики после травления в соляной кислоте можно разделить на
содержа н не водорода
Рис.1 Схема изменения механических характеристик стали ЭИ-643 от содержания водорода после травления (римские цифры-группы ингибиторов)
Первая группа - ингибиторы сохраняющие исходную пластичность и предел кратковременной прочности и снижающие содержания водорода в стали до 5 см3/ 100 г стали БА-6, ПКУ, ЧМ, ПБ-8, катапин К, ГМВ,ГМК, ГМС,ГММ,ГМП,ТТТ.
Вторая группа - ингибиторы, сохраняющие исходный предел кратковременной прочности и снижающие пластичность стали ГМБ,ГМУ, уротропин. Эти ингибиторы снижают содержание водорода в стали до значений 5,0- 10.0 см3/ 100 г
Третья группа - ингибиторы, снижающие предел кратковременной прочности при полной потере пластичности стали и стимулирующие проникновение водорода в сталь более 10 см3/ 100 г стали.
Полученные данные в виде зависимости механических характеристик стали от содержания в ней водорода (рис.1) позволяют наглядно выделить каждую из перечисленных групп, которая может быть использована для обоснованного выбора ингибиторов кислотного травления высокопрочных сталей.
Список литературы 1Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и зашита высокопрочных сталей. М.: Металлургия,1974-274 с.
2.Иванов Е.С. Ингибиторы кислотной коррозии. .М.:Металлургия,1986-175 с.
3. Иванов Е.С., Балезин С.А., Иванов С.С. Ингибиторы кислотной коррозии и их влияние на механические свойства высокопрочной стали.// Защита металлов-1980-№1- С.80-83
4. Иванов Е.С., Гузенкова А.С., Иванов С.С. // Ингибиторы кислотного травления сталей. Энциклопедический справочник.- 2014-№ 5 - С.18-25
5. Никольский И.В. Наводороживание стали при кислотном травлении М.:Просвещение,1968-135 с
6.Решетников С.М. Ингибирование кислотной коррозии металлов Л.:Химия,1986-144 с
7.Антропов Л.И. , Макушин Е.М., Панасенко В.Ф. Ингибиторы кислотной коррозии металлов Киев.:Техника,1981-181 с.
№ Коррозионная среда4М HC1+ 5 г/л добавки К, г/м2- ч VH2, см3/100г % °в, МПа
1. Воздух (исходное состояние) - 1,3 48,5 1853
2. 4М HCl 1,4 9,4 20,0 1859
3. БА-6 0,19 1,3 47,0 1864
4. ГМВ 0,16 1,3 49,9 1879
5. Катапин К 0,19 1,6 44,8 1863
6. ГМК 0,16 1,7 48,2 1851
7. ПКУ 0,47 2,1 46,9 1872
8. ГМП 0,17 2,4 47,4 1864
9. ПБ-8 0,37 2,8 46,0 1863
10. ТТТ 0,19 4,1 48,3 1852
11. ЧМ 0,19 4,2 45,8 1835
12. ГММ 0,17 4,3 44,5 1858
13. ГМС 0,18 4,7 47,9 1852
14. ГМБ 0,21 5,1 43,3 1875
15. ГМУ 0,19 6,3 38,7 1853
16. Уротропин 0,84 7,1 31,5 1861
17. Тиомочевина 0,74 29,0 0 1404
