CC BY
75
УДК 620.193.2; 620.193.4
ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ
Н.Н. Сергеев, М.В. Ушаков, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, О.В. Пантюхин
В статье приведены результаты исследования коррозионной стойкости конструкционных легированных сталей 30ХГСА и 30Г2. Для стали 30Г2 установлены зависимости коррозионной стойкости и электродного потенциала от времени выдержки и концентрации агрессивной среды. Показано, что исследуемые стали обладают низкой коррозионной стойкостью в кислых средах. Установлено, что дополнительная дробеструйная обработка образцов из стали 30Г2 приводит к значительному увеличению площади контактной поверхности, способствуя созданию в поверхностном слое остаточных растягивающих напряжений и ускорению коррозионных процессов.
Ключевые слова: коррозионная стойкость, конструкционные легированные стали, агрессивные среды.
В настоящее время одной из наиболее значимых проблем связанных с эксплуатацией металлоконструкций в условиях химических и металлургических производств является их низкая коррозионная стойкость. Поэтому при проектировании металлоконструкций особое внимание следует уделять защитным мероприятиям, позволяющим повысить их долговечность при работе в экстремальных условиях. Учитывая, что в процессе эксплуатации изделия подвергаются одновременному воздействию как агрессивных сред, так и растягивающих напряжений, следует уделять большее внимание коррозионному растрескиванию, которое приводит к выходу из строя металлоконструкций и оборудования и является преобладающим при их хрупком разрушении [1, 2].
На сегодняшний день существует большое разнообразие методов повышения коррозионной стойкости изделий, изготавливаемых из конструкционных сталей, применение которых обусловлено спецификой эксплуатации, а также экономическими факторами.
Одним из эффективных методов защиты сталей от коррозионного растрескивания является использование покрытий (металлических и неметаллических), наносимых на поверхность металла [3, 4]. Не менее эффективным способом повышения стойкости сталей против коррозионного растрескивания является их легирование различными химическими элементами [4, 5]. Однако к легированию сталей необходимо относится весьма осторожно, поскольку в некоторых случаях повышение концентрации легирующих элементов свыше порогового значения резко ухудшает коррозионные свойства стали [6]. В этой связи весьма актуальной задачей является проведение коррозионных испытаний конструкционных легированных сталей для оценки их сопротивляемости коррозионному растрескиванию и выработка рекомендаций по их защите от данного вида разрушения.
Цель данной работы - исследование коррозионной стойкости конструкционных легированных сталей типа 30ХГСА и 30Г2 широко применяемых при возведении строительных металлоконструкций.
1. Материалы и методы исследования
Для исследования были взяты конструкционные легированные стали 30ХГСА и 30Г2, химический состав и механические свойства которых приведены в табл. 1. Образцы изготавливали из калиброванного прутка различного диаметра (016 мм; l = 20 мм). Коррозионную стойкость исследуемых материалов определяли гравиметрическим методом. В качестве агрессивных сред были взяты водные растворы H2SO4, HNO3, HCl, KOH, NaCl, а также агрессивные газы (CO2, H2S, SO2, NH3 и CH4) и их сме-
591
си различных концентраций. Экспериментальные исследования по определению коррозионной стойкости исследуемых сталей в растворах электролитов проводили в открытых стаканчиках при комнатной температуре. Испытания на коррозионное растрескивание проводили на разрывной машине Р-5 на специальных образцах [7]. Для каждой концентрации коррозионные потери на единицу площади определяли на трех образцах.
Таблица 1
Химический состав и механические свойства исследуемых' сталей
Марка Химический состав, % Механические характеристики
стали C Mn Si Cr Ni Cu Ti S P МПа 5s,
об 00,2 %
30ХГСА 0,30 1,00 1,05 1,00 0,025 0,02 - 0,016 0,013 1450 1270 7
30Г2 0,27 1,53 0,28 0,03 - - - - - 370 260 38
На различных этапах проводили осмотры для описания характера коррозии. Периодичность замеров составила 48, 96, 144, 240, 336, 720, 1440 и 2880 часов.
2. Результаты и их обсуждение
Анализ результатов коррозионных испытаний стали 30ХГСА (табл. 2) показывает, что лучшую коррозионную стойкость во всех агрессивных средах показали образцы, цилиндрическая поверхность которых подвергалась шлифованию, т.к. площадь контактной поверхности у них меньше, чем у образцов, подвергнутых дополнительной дробеструйной обработке.
Испытания показали, что сталь 30ХГСА имеет малую коррозионную стойкость в кислых средах. Самые большие потери веса наблюдали у образцов после дробеструйной обработки в 20% растворе H2SO4 (весовой показатель коррозии за 720 ч составил 13,1 г/м2*ч). Меньшие весовые потери были у образцов, испытанных в 5% растворах HNO3 и HCl. Во всех средах наблюдали неравномерную коррозию поверхности образцов. Более активному растворению подвергались торцевая поверхность и в меньшей степени цилиндрическая, что свидетельствует о влиянии остаточных напряжений, обусловленных технологией обработки [8].
При испытании в среде KOH в начальный период наблюдали прирост веса образцов, что указывает на формирование пассивирующей пленки, которая при дальнейших испытаниях подвергалась растворению. В 5% растворе KOH образцы незначительно растворяются, весовой показатель скорости коррозии 0,0004 г/м2*ч у шлифованных образцов и 0,0026 г/м2*ч - у образцов, подвергнутых дополнительной дробеструйной обработке.
Таблица2
Коррозионная стойкость образцов из стали 30ХГСА в агрессивным средах
Раствор электролита Изменение веса образцов, г/м2
После шлифования После шлифования и дробеструйной обработки
Длительность испытаний, час К, г/м2*ч Длительность испытаний, час К, г/м2*ч
48 144 336 720 48 144 336 720
5% H2SO4 -384 -385 -789 -1069 1,48 -1534 -1959 -2129 -2813 3,90
20% H2SO4 -1328 -1617 -3298 -4627 6,42 -3158 -3923 -7035 -9477 13,1
5% HNO3 -264 -338 -434 -510 0,70 -371 -398 -407 -774 1,07
20% HNO3 -900 -922 -1247 -1763 2,40 -1227 -1431 -1723 -2914 4,04
5% HCl -172 -243 -512 -813 1,12 -548 -634 -933 -1092 1,51
20% HCl -72 -119 -343 -1301 1,80 -111 -152 -363 -1418 1,96
5% KOH +0,008 +0,16 -0,16 -0,30 0,0004 +0,22 +0,44 -0,80 -1,92 0,0026
20% KOH +0,58 +0,16 -0,16 -0,41 0,0005 +0,88 +0,33 +1,75 -3,09 0,004
Таким образом, проведенные исследования показали хорошую стойкость образцов из стали 30ХГСА в щелочных растворах, плохую в кислых средах (минимальная в 20% растворах H2SO4).
Результаты коррозионных испытаний стали 30Г2 на коррозионную стойкость приведены в табл. 3, из которой видно, что сталь 30Г2 имеет низкую стойкость в кислых средах (водные растворы HNO3, H2SO4, HCl различных концентраций), малую стойкость в водных растворах NaCl и высокую стойкость в водных растворах KOH.
Кинетика коррозионных процессов образцов из стали 30Г2 представлена на рис. 1-5, из которых видно, что в растворах H2SO4 и HNO3 (рис. 1 и 2), в начальный период до 48 час происходит растворение с наибольшей скоростью, затем она уменьшается, вероятно, за счет образования защитной пленки. Об этом говорит и изменение электродного потенциала. Образовавшаяся пленка в дальнейшем подвергается разрушению, в результате чего происходит увеличение скорости коррозии. В растворах HCl (рис. 3) наблюдали активное растворение в течение 144 час с увеличивающейся скоростью. Затем скорость коррозионного процесса резко уменьшалась за счет образования пассивирующей пленки, что подтверждается изменением потенциала от 144 до 336 час. Последующая коррозия происходила в основном за счет растворения торцевых поверхностей образца. Из приведенных графиков видно, что коррозионные потери зависят как от вида среды, так и ее концентрации, увеличение которой приводит к ускорению процесса коррозии.
Таблица 3
Оценка коррозионной стойкости сталей 30Г2 в агрессивных средах
Раствор электролита Скорость проникновения коррозии, мм/год Коррозионный бал Группа стойкости
В растворах кислот, щелочей и солей (база испытания 720 ч)
5% HNO3 1,17 1
10% HNO3 1,67 1 совершенно
15% HNO3 7,14 - нестойкие
30% HNO3 7,90 -
5% H2SO4 6,68 -
10% H2SO4 5,43 - совершенно
15% H2SO4 10,80 - нестойкие
30% H2SO4 9,94 -
2% HCl 1,25 1
4% HCl 3,26 1 совершенно
8% HCl 3,71 1 нестойкие
16% HCl 1,20 1
5% NaCl 0,06 4
10% NaCl 0,04 4
15% NaCl 0,03 4 малостойкие
30% NaCl 0,01 5
5% KOH 0,0006 8
10% KOH 0,0007 8 совершенно
15% KOH 0,0001 10 стойкие
30% KOH 0,0009 9
В газовых средах (база испытания 480 ч)
NH3 0,002 7 весьма стойкие
CH4, SO2, CO2, H2S 0,045 4 стойкие
При испытании в кислой среде была замечена неравномерная коррозия поверхности образца: преимущественно растворению подвергались торцевые поверхности и в меньшей степени цилиндрическая. Вероятно, это связано с текстурой, имеющей место после прокатки, и остаточными напряжениями, обусловленными механической обработкой. Конечной операцией при подготовке поверхности образцов являлось шлифование, позволяющее получать чистоту поверхности седьмого класса точности (1,25 мкм), и, вероятно, формирующее в поверхностном слое сжимающие остаточные
напряжения, которые и замедляют коррозионный процесс [9]. Это подтверждается также исследованиями по определению коррозионной стойкости аналогичных образцов, поверхность которых была подвергнута дополнительной пескоструйной обработке.
Am/S, г/м2 О
-1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -7000
1
У 2 д
— — — "V
4 — \
- - ^ 2 ——^— ^
С-
---- т ""
ф, мВ
-400
-500
-600
-700
-800
144
- потеря массы
288
432
576
720
1 - изменение потенциала т, час
Рис. 1. Зависимость коррозионной стойкости и потенциала образцов из стали 30Г2 в растворах Н2804 от времени: 1 - 5%; 2 - 10%; 3 - 15%; 4 - 30%
Am/S, г/м2 0
-500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500 -4000 -4500
■----
Г*--г-
V • - - "Г1 1
V» " -4
1 '
ф, мВ
340
-420 -460 -500 -540 -580 -620 -660 -700
0 144 288 432 576 720
—•— потеря массы - • - изменение потенциала Т, час
Рис. 2. Зависимость коррозионной стойкости и потенциала образцов из стали 30Г2 в растворах HNO3 от времени: 1 - 5%; 2 - 10%; 3 - 15%; 4 - 30%
Am/S, г/м2 ф, мВ
0 ---------г -400
-1000
-2000 -3000 -4000 -5000
-г , ___2 4
----4
.^VLsV „ - - - [V
'44\v - " " y N, - ^ _ ""*
s \ ' N - 4 ^2 - - _ "
V 1 ^^
0 144 288 432 576
■•— потеря массы - • - изменение потенциала
-500
-600
-700
-800 720 т, час
Рис. 3. Зависимость коррозионной стойкости (а) и потенциала (б) образцов из стали 30Г2 в растворах HCl от времени: 1 - 2%; 2 - 4%; 3 - 8%; 4 - 16%
При испытании в растворе КОН (рис. 4) в начальный период наблюдали прирост веса образцов, что указывает на формирование защитной пленки, толщина которой максимальна при испытании в 10% КОН. При увеличении длительности испытаний пленка подвергается растворению. В растворах КаС1 (рис. 5) образцы подвергаются незначительному растворению. Большие весовые потери имели образцы, испытанные в растворах с меньшей концентрацией №С1. Характер изменения потенциала на
различных этапах испытании свидетельствует о чередовании процессов растворения и образования пассивирующей пленки. Проведенные исследования показали хорошую стойкость образцов из стали 30Г2 в растворах КОН и №С1 различной концентрации.
Ат/Б, г/м2 30
ф, мВ
20
10
-10
'✓Г /, * ^ / 2
VI".".".
/ -_ 1
^4 V,
600 500 400 300 200 100
-100 -200
144
288
432
576
- потеря массы - • - изменение потенциала
720
т, час
Рис. 4. Зависимость коррозионной стойкости и потенциала образцов из стали 30Г2 в растворах КОН от времени: 1 - 5%; 2 - 10%; 3 - 15%; 4 - 30%
Дт/8, г/м2 Ф, мВ
0
144
- потеря массы
432 576
• изменение потенциала
Рис. 5. Зависимость коррозионной стойкости (а) и потенциала (б) образцов из стали 30Г2 в растворах МаС1 от времени: 1 - 5%; 2 - 10%; 3 - 15%; 4 -30%
Для увеличения сцепления поверхность образцов перед нанесением покрытия подвергалась дробеструйной обработке корундом. Такая предварительная обработка приводит к увеличению площади контактной поверхности. В процессе эксплуатации наличие остаточных и воздействие внешних напряжений может привести к созданию в поверхностном слое значительных растягивающих напряжений, которые могут оказывать активное влияние на коррозионные процессы (рис. 6-8).
Рис. 6. Зависимость коррозионной стойкости образцов из стали 30Г2 после дробеструйной обработки в напряженном состоянии (аэ = 0,6аВ) от времени:
1 - 5% H2SO4; 2 -15% H2SO4
595
Дт/S, г/м2 10000
8000
6000
4000
2000
0
О 50 100 150 200 250 300 350 400 450
т, час
Рис. 7. Зависимость коррозионной стойкости образцов из стали 30Г2 после шлифования в напряженном состоянии (аЭ = 0,6аВ) от времени: 1 - 5% H2SO4;
2 -10 H2SO4; 3 -15% H2SO4
Дт/S, г/м2 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 О
О 20 40 60 80 100 120
• после шлифования
Т х, час
- • - после дробеструйной обработки
Рис. 8. Зависимость коррозионной стойкости образцов из стали 30Г2 после обработки поверхности шлифованием и дробеструйной обработки в растворах H2SO4 от времени выдержки: 1 - 5%; 2 - 10%; 3 - 15%; 4-30%
3
——3
— 2
- 1
- g ' - 0х-2
- 1
Так из приведенных результатов видно, что на процесс коррозии немаловажную роль оказывает не только вид среды, концентрация, но и состояние поверхности образца, остаточные и растягивающие напряжения, приложенные извне.
Результаты по определению коррозионной стойкости образцов стали 30Г2 в агрессивных (газовых) средах приведены в табл. 3 и на рис. 9.
т, %
Г 1 г 2 3 г 4
/
у- и
1 1
;—i i i А—1—i—
240 480 720 960 1200 1440 1680 1920 2160 2400 2640 2880
т, час
Рис. 9. Влияние времени выдержки в коррозионной среде на потерю массы (%) образцов из стали 30Г2:1 - в парах NHз после шлифования; 2 - в парах NHз после шлифования и обработки корундом; 3 - в смеси газов (CH4, SO2, CO2, H2S) после шлифования; 4 - в смеси газов (CH4, SO2, CO2, H2S)
после шлифования и обработки корундом
Анализ экспериментальных результатов показывает, что самые значительные изменения массы наблюдались у образцов из стали 30Г2 в смеси газов. В течение 480 часов привес образцов составляет 0,09%, в парах КНэ - 0,004%. Динамика привеса образцов стали 30Г2 в газовых средах приведена на рис. 10.
Дт/т, %
0,04 0,02 0 I
^2
/__•-
О 480 960 1440 1920 2400 2880
т, час
а
Рис. 10. Динамика привеса образцов из стали 30Г2 в парах МИ3 (а) и в смеси газов (СИ4, 802, СО2, И28) (б): 1 - после шлифования;
2 - после дробеструйной обработки корундом
Анализ экспериментальных результатов (рис. 10) показал, что сталь 30Г2 после дробеструйной обработки имеет меньшую коррозионную стойкость в исследуемых газовых средах, чем образцы этой же стали после шлифования, что вероятно обусловлено формированием более высокого уровня остаточных растягивающих напряжений в поверхностном слое исследуемых образцов.
Таким образом на основании проведенных исследований можно утверждать, что использование сталей типа 30ХГСА и 30Г2 в металлоконструкциях подверженных в процессе эксплуатации воздействию агрессивных сред возможно только после проведения операций дополнительной защитной обработки, не связанной с получением в поверхностном слое металла значительного уровня остаточных растягивающих напряжений.
Выводы
1. На примере стали 30Г2 установлены зависимости коррозионной стойкости и электродного потенциала от времени выдержки и концентрации агрессивной среды. Показано, что с увеличением времени выдержки и концентрации агрессивной среды наблюдается уменьшение коррозионной стойкости исследуемых сталей.
2. Установлено, что исследуемые стали обладают высокой коррозионной стойкостью в растворах щелочей, а в растворах кислот и солей исследуемые стали имеют низкую коррозионную стойкость.
3. На основании проведенных исследований можно рекомендовать использовать стали 30ХГСА и 30Г2 в металлоконструкциях, эксплуатируемых в условиях щелочных агрессивных сред. Использование сталей 30ХГСА и 30Г2 в кислых средах и растворах солей возможно только после проведения дополнительной обработки (термообработка, нанесение защитных покрытий).
Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов [ 10-31 ].
Работа выполнена по проекту №11.6682.2017/8.9.
Список литературы
1. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов. Киев.: Наукова думка, 1976. 127 с.
2. Нечаев Ю.С. Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разрушения металлических материалов водородной энергетики и магистральных газопроводов // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 7. С. 709-726.
3. Зеленко В.К., Сергеев Н.Н., Извольский В.В., Власов В.М. Физико-механические и эксплуатационные свойства защитных покрытий. Тула: Изд-во ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 1999. 213 с.
4. Петров Л.Н., Сопрунюк Н.Г. Коррозионно-механическое разрушение металлов и сплавов.; отв. ред. АН Украины Р.К. Мелехов. Киев: Наукова думка, 1991. 216 с.
5. Исследование влияния легирования на механические и коррозионные свойства арматурного проката / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Чуканов, С.Н. Кутепов, О.В. Пантюхин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 7. С. 117-131.
6. Кутепов С.Н. Исследование влияния толщины покрытия и уровня растягивающих напряжений на коррозионную стойкость // Сб. трудов XV Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». М.: ИМЕТ РАН, 2018. С. 401-403.
7. Потак Я.М. Высокопрочные стали. М.: Металлургия, 1972. 208 с.
8. Кутепов С.Н. Коррозионная стойкость стали 30ХГСА с защитными металлическими покрытиями // Сб. трудов XV Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». М.: ИМЕТ РАН, 2018. С. 403-404.
9. Сергеев Н.Н., Агеев В.С., Белобрагин Ю.А. Водородное охрупчивание арматурной стали 20ГС2 при испытаниях на длительную прочность // Физико-химическая механика материалов, 1981. № 1. С. 20-23.
10. Взаимодействие дисперсных компонентов смазочного композиционного материала, содержащего наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А. Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2015. Вып. 5. Ч. 2. С. 136-144.
11. Технология конструкционных, эксплуатационных и инструментальных материалов: учебник 2 изд., доп./ А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Д. Бреки. Изд-во ТулГУ, 2018. 406 с.
12. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршо-ров, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, А.Д. Бреки, Н.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 235 с.
13. Новые конструкционные материалы: учебное пособие / Н.Е. Стариков, В.К. Зеленко, О.В. Кузовлева, А.Н. Сергеев, В.Ю. Кузовлев, А.А. Калинин, А.В. Маляров; под. общ. ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 296 с.
14. Features of softening processes of aluminum, copper, and their alloys under hot deformation // A.E. Gvozdev, D.N. Bogolyubova, N.N. Sergeev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 1. P. 3240.
15. Программный комплекс для расчета напряженного и деформированного состояния металлических, порошковых, аморфных, неметаллических, наноструктурных композиционных систем и материалов конструкционного, инструментального и трибо-технического назначения в различных условиях: а. с. № 2018664179 Российская Федерация / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, Д.В. Ма-
лий, М.В. Казаков, С.Н. Кутепов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГПУ им. Л.Н. Толстого». № 2018660758; заявл. 05.10.2018; опубл. 12.11.2018.
16. Расчет деформационной повреждаемости в процессах обратного выдавливания металлических изделий / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, А.Г. Колмаков, Д. А. Про-воторов, Н.Н. Сергеев // Технология металлов. 2016. № 1. С. 23-32.
17. Жидкие и консистентные смазочные композиционные материалы, содержащие дисперсные частицы гидросиликатов магния, для узлов трения управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Н.А. Крылов, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, Д. А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 166 с.
18. Многоуровневый подход к проблеме замедленного разрушения высокопрочных конструкционных сталей под действием водорода / В.П. Баранов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов // Материаловедение. 2017. № 7. С. 1122.
19. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 526 с.
20. Жидкие и консистентные смазочные композиционные материалы, содержащие дисперсные частицы гидросиликатов магния, для узлов трения управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Н.А. Крылов, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, Д. А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий / под ред. А.Д. Бреки. Тула: Издательство ТулГУ, 2016. 166 с.
21. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. Ч.1 (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // 2018. Материаловедение. № 3. С. 27-33.
22. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. 4.II (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2018. № 4. С. 20-29
23. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2(23). С. 6-15.
24. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршо-ров, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, А.Д. Бреки, Н.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, Д.В. Малий. Тула: Издательство ТулГУ, 2016. 235 с.
25. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов первого рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.
26. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9-13.
27. Программный комплекс расчета мощности сил, определяющих процессы пластического деформирования, поверхностного формоизменения и фрикционного взаимодействия слитковых, порошковых и нанокомпозиционных металлических систем: а. с. № 2018661010 Российская Федерация / А.Е. Гвоздев, А.Д. Бреки, Ю.С. Доро-хин, Г.М. Журавлев, Д.С. Клементьев, С.Н. Кутепов, Д.В. Малий, П.Н. Медведев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГПУ им. Л. Н. Толстого». - № 2018618274; заявл. 31.07.2018; опубл. 30.08.2018.
28. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO)FT poly-imide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler / A.D. Breki, A.L. Didenko,
V.V. Kudryavtsev, E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.G. Kolmakov, A.E. Gvozdev,
D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 32-36.
29. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparticles with enhanced dry sliding characteristics / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev,
E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 56-59.
Сергеев Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, technology@,tspu. tula.ru, Россия Тула , Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Ушаков Михаил Витальевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сергеев Александр Николаевич, д-р пед. наук, профессор, ansergueev amail.ru, Россия Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук, kutepov. sergeiamail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected] Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Пантюхин Олег Викторович, канд. техн. наук, доцент, olegpantyukhinamail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF CORROSION RESISTANCE CONSTRUCTIONAL ALLOY STEELS IN AGGRESSIVE ENVIRONMENTS
N.N. Sergeev, M. V. Ushakov, A.N. Sergeev, S.N. Kutepov, A.E. Gvozdev, O. V. Pantjuhin
The article presents the results of the study of corrosion resistance of structural alloy steels 30KHGSA and 30G2. For 30G2 steel, the dependences of corrosion resistance and electrode potential on the holding time and the concentration of the aggressive medium are established. It is shown that the studied steels have low corrosion resistance in acidic environments. It is established that additional shot blasting of 30G2 steel samples leads to a significant increase in the contact surface area, contributing to the creation of residual tensile stresses in the surface layer and acceleration of corrosion processes.
Key words: corrosion resistance, structural alloy steels, aggressive environments.
Sergeev Nikolay Nikolaevich, doctor of technical science, professor, technolo-gy@tspu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Ushakov Mikhail Vital'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Sergeev Aleksandr Nikolaevich, doctor of pedagogical science, professor, ansergueev a mail.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
600
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, kutepov. sergei@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Pantjuhin Oleg Viktorovich, candidate of echnical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.45.038.72; 620.193.2; 620.193.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Н.Н. Сергеев, М.В. Ушаков, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, А.А. Калинин
В статье приведены результаты исследования коррозионной стойкости интерметаллических защитных покрытий систем Ni—Al и Ti—Ni, наносимых на сталь методом плазменного напыления. Проведенные испытания шлифованных интерметаллических покрытий в концентрированных растворах неорганических кислот H2SO4, HCl, HNO3 и растворах KOH и NaCl показали, что в кислых средах они активно растворяются, а в KOH и NaCl - коррозионно устойчивы. Из нешлифованных интерметаллических покрытий типа Ni-Al наиболее устойчиво к коррозионному разрушению покрытие ПН85Ю15. Из нешлифованных покрытий типа Ti-Ni наиболее устойчиво покрытие ПТ88Н12.
Ключевые слова: коррозионная стойкость, интерметаллические покрытия, сравнительная стойкость, механическая обработка.
Любой тип металлоконструкций, в особенности эксплуатируемых в химической и металлургической промышленностях, подвержен воздействию агрессивной атмосферы. Большинство конструкций, узлов и механизмов изготавливаются из углеродистых сталей, обладающих невысокой коррозионной стойкостью. Поэтому при проектировании рассматриваемых конструкций особое внимание следует уделять защитным мероприятиям, позволяющим повысить их долговечность и работоспособность. В настоящее время существует большое количество методов повышения коррозионной стойкости изделий, изготавливаемых из углеродистых сталей, применение которых обусловлено спецификой эксплуатации, а также экономическими факторами. Метод плазменного напыления порошковых материалов позволяет наносить на поверхность изделий практически любой конфигурации как чистые металлы, так и их композиции [1, 2]. Поэтому представляет интерес изучение защитных свойств интерметаллических покрытий систем Ni-Al и Ti-Ni, наносимых методом плазменного напыления на детали из углеродистых сталей при их эксплуатации в агрессивных средах.
Цель данной работы - исследование коррозионной стойкости интерметаллических покрытий систем Ni-Al и Ti-Ni подвергнутых дополнительной механической обработке.
1. Материалы и методы исследования
Для исследования были взяты интерметаллические покрытия четырех типов, состав которых приведен в табл. 1. Нанесение защитных порошковых покрытий на образцы из сталей 30Г2 и сталь 60 осуществляли методом плазменного напыления
