CC BY
1
_ВЕСТНИК ПНИПУ_
2023 Химическая технология и биотехнология № 4
Б01: 10.15593/2224-9400/2023.4.07 Научная статья
УДК 539.5
А. А. Молоканова, Д. В. Саулин
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАВОДОРАЖИВАНИЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СПЛАВОВ И СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Представлены результаты исследования воздействия водорода на свойства коррозионно-стойких сплавов и сплавов цветных металлов при комнатной температуре и атмосферном давлении. Хорошо известно, что наводороживание металлов и сплавов является неизбежным процессом при наличии водорода, однако различные типы металлов и сплавов по-разному изменяют свои свойства. Так, у большинства сплавов это приводит к охрупчиванию, причем в разной степени, однако в отдельных случаях может появиться эффект размягчения сплава. Причины изменения свойств сплавов могут быть химическими или физическими. Термодинамические расчеты химического взаимодействия компонентов сплавов с водородом, которые могут привести к образованию внутри металла неметаллических соединений, показали, что наиболее вероятно образование этих соединений из-за содержания в сплавах углерода, титана, магния и циркония. Исследования наводораживания сплавов, компоненты которых не образуют с водородом химических соединений, показали, что в ходе наводораживания при комнатной температуре и атмосферном давлении в течение 1500-1600 ч образцы изменяли свою микротвердость в сторону увеличения или уменьшения. Корреляционный анализ показал наличие статистически значимой положительной связи между изменением микротвердости всех сплавов в процессе наводораживания и их начальной микротвердостью. Сплавы, имеющие микротвердость менее 160-170 НУ, основу которых составляет медь и алюминий, показали размягчение в ходе наводораживания. Сплавы, основу которых составляет железо и титан, с мартенситной и аустенитной структурой, показали увеличение микротвердости. Обнаруженные особенности изменения твердости указанных сплавов в процессе наводораживания необходимо учитывать при их применении в средах, содержащих водород.
Ключевые слова: водород, сплавы, термодинамический анализ, микротвердость, размягчение, охрупчивание, структура сплавов, корреляционный анализ.
A.A. Molokanova, D.V. Saulin
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
RESEARCH OF THE PROCESSES OF HYDROGENATION OF CORROSION-RESISTANT ALLOYS AND NON-FERROUS METALS ALLOYS
The paper presents the results of investigation of the hydrogen influence to the properties of the corrosion-resistant alloys and non-ferrous metal alloys at room temperature and atmospheric pressure. Well known, that the hydrogenation of metals and alloys is an unavoidable process for the hydrogen presence, however, different types of metals and alloys change their properties differently. For the most alloys, it leads to their embrittlement, but in varying degrees. However, for the some alloys it can lead to its softening. The reasons of alloy's properties changing can be chemical or physical. Thermodynamic calculations of the chemical interactions between alloy compounds and hydrogen (which can lead to the formation of non-metallic compounds inside the metal) have shown that the formation of these compounds can be likely due to carbon, titanium, magnesium and zirconium contents in alloys. Investigation of the hydrogenation process for alloys (which have chemically inert to hydrogen compounds) at room temperature and atmospheric pressure for 1500...1600 hours, have shown that alloy's microhardnes has changed in hydrogenation process for increasing or decreasing. The correlation analysis has showed the presence of a statistically significant positive relationship between the microhardness changing of all alloys in hydrogenation process and their initial microhardness. It was determined, that alloys based on copper and aluminum, and have a microhardness less than 160...170HV, showed softening during hydrogenaton process. Contrariwise, alloys based on iron and titanium, with martensitic and austenitic structures, showed an increase in microhardness during hydrogenaton process. The determined changes of microhardness of alloys in the hydrogenaton process shall be taking into consideration for their using in hydrogen containing environments.
Keywords: hydrogen, alloys, thermodynamic analysis, microhardness, softening, embrittlement, alloy structure, correlation analysis.
Введение. Водород является самым распространенным элементом в природе и имеет ряд уникальных свойств, которые необходимо учитывать при решении технических задач. Например, если небольшие атомы водорода попадают в сплав, то свойства сплава будут изменяться. Разные сплавы под действием водорода могут по-разному изменять свои свойства, и у некоторых сплавов содержание водорода даже в количестве нескольких ppmw приводит к снижению вязкости или пластичности, т.е. к его охрупчиванию и образованию микротрещин [1-3]. На скорость роста микротрещин также оказывают влияние такие факторы, как давление, температура и чистота газообразного водорода, а на выраженность эффектов водородного охрупчивания также влияют
такие факторы, как чистота поверхности металла, термообработка, форма деталей, состав сплава и его кристаллическая структура [1, 4].
В источнике [1] предлагается классификация водородного охруп-чивания, согласно которой его предлагается разделить на три вида:
1. Водородное охрупчивание из окружающей среды, которое подразумевает насыщение металла водородом из окружающей водо-родсодержащей газовой среды.
2. Внутреннее водородное охрупчивание подразумевает, что источником водорода является водород, полученный в результате электрохимического процесса, такого как нанесение гальванических покрытий, коррозия и пр., а также источником водорода также может быть влага, которая попадает в металл во время сварки, литья и затвердевания в литьевой форме.
3. Водородное реакционное охрупчивание происходит в случае, когда атомарный водород диффундирует через металл и вступает в химическую реакцию с элементами и соединениями металла (сплава) с образованием неметаллических соединений, например, гидридов или метана.
Необходимо отметить, что водородное охрупчивание из окружающей среды и внутреннее водородное охрупчивание в значительной мере ускоряются при внешнем механическом воздействии на металл. В отличие от данных типов охрупчивания реакционное охрупчивание подразумевает образование новой фазы внутри металла, которая может привести к значительным повреждениям металла даже без внешнего механического воздействия.
Если рассматривать процесс насыщения металла водородом из окружающей среды, то данный процесс можно далее разделить на виды, связанные с особенностями и механизмами взаимодействия водорода с металлом на основании процессов адсорбции и диффузии водорода. На основании этих механизмов были построены наиболее известные микромеханические модели взаимодействия водорода и структуры металла, которые дают важную информацию об условиях водородного охрупчивания и его влияния на снижение механических свойств металла [4-8]: HEDE - декогезия, усиленная водородом; HELP -локализованная пластичность, усиленная водородом; AIDE - усиленное водородом образование дислокаций, вызванное адсорбцией и усиленной водородом напряжением; HESIV - образование вакансий, усиленное водородом и напряжением и др.
Например, в статьях [9-11] отмечается, что наиболее вероятно одновременное протекание в металле механизмов HELP (усиленная водо-
родом локализованную пластичность) и HEDE (усиленная водородом де-когезию), т.е. на вызванное водородом одновременное явление упрочнения и размягчения материала, однако для верификации моделей требуется информация о количестве водорода внутри металла, что является достаточной сложной и пока до конца не решенной задачей.
В работе [12] также отмечается, что существует связь между пластичностью, связанной с наличием водорода в металле, и механизмом его разрушения. При этом водород не только изменяет пластичность металла, но и концентрируется в частях структуры сплава, где присутствуют дислокации (дефекты) структуры, что дополнительно приводит к напряженному состоянию структуры и последующему образованию микротрещин.
В работе [13] представлены результаты исследования влияния диффузионно-подвижного водорода на пластичность авиационной стали, а также отрицательного влияния поверхностного упрочнения деталей на скорость удаления диффузионно-подвижного водорода при термообработке в вакуумной печи. В работе отмечается, что водородное охрупчивание металла определяет не общее содержание водорода, а только его диффузионно-подвижная часть, обладающая малой энергией связи с дефектами кристаллической решетки. Эта связано с тем, что диффузионно-подвижный водород в виде атомов или протонов имеет свойство постепенно перемещаться в зону максимальных напряжений [14, 15], где его концентрация значительно увеличивается, что способствуют снижению пластичности стали.
В работе [16] представлено описание взаимодействия водорода с дефектами кристаллической решетки, которые авторы называют «ловушками». В работе приводится классификация водородных «ловушек» на основании их энергетических уровней и их влияние на диффузию водорода в стали.
В статье [17] описывается влияние структуры металла на его склонность к водородному охрупчиванию. Так, к незначительно и слабо охрупчиваемым материалам относятся хромоникельмарганцовистые стали со стабильной аустенитной структурой; сплавы на Fe-Ni основе, с содержанием никеля 25-45 %; неупрочненные термической обработкой алюминиевые сплавы со структурой твердого раствора; медь и ее сплавы с серебром и хромом. Мартенситные, аустенитно-мартенситные относятся к категории сильно охрупчиваемых сталей. В то же время известна стойкость хромоникелевых сплавов 45Х25Н35ВС или ХН33БС реакционных труб печей первичного риформинга производств аммиака и метанола, а также пиролизных установок [18], работающих в среде во-
дорода в течение 1000 ч в нагруженном на растяжение состоянии и при наличии вибраций.
В работе [19] отмечается, что значительный вклад может вносить реакционное охрупчивание высокопрочных сталей. Эта форма повреждения водородом может возникать в таких материалах, как титан, цирконий и даже в некоторых типах сплавов на основе железа или стали. Возможность реакционного охрупчивания с образованием метана зависит от количества углерода или карбида в сплаве, концентрации водорода, давления газа и температуры (обычно в диапазоне от 200 до 600 °С) [1].
В статье [20] рассматривается воздействие процесса наводоражива-ния на свойства аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей, твердость которых не превышает 180ИУ. Согласно результатам исследований, твердость сплавов зависит от количества адсорбированного водорода, и при его содержании в сплаве в количестве 100 ppmw увеличивается на 10 %, т.е. посредством измерения микротвердости образцов имеется возможность косвенной оценки величины наводораживания образцов.
Таким образом, в соответствии с проведенным литературным обзором, в зависимости как от способа насыщения металла водородом, так и от процессов взаимодействия водорода с металлом, водородную коррозию или водородное охрупчивание принято разделять на три вида. Первые два вида: водородная коррозия из окружающей среды и внутреннее водородное охрупчивание проявляются одинаково и различаются только способом насыщения металла водородом. При этом водород, проникший в глубь металла, в основном взаимодействует с кристаллической решеткой металла и с ее дефектами, изменяя распределение дефектов структуры и образуя новые, т.е. в данных случаях не происходит химического взаимодействия с компонентами сплава. Третий вид - реакционное охрупчивание - связан с химическим взаимодействием водорода с компонентами сплава с образованием продуктов (гидридов или метана) внутри металла, что приводит к его внутренним повреждениям. Необходимо отметить, что вне зависимости от вида водородного охруп-чивания в процессе насыщения металлов водородом будет происходить изменение их свойств и, в частности, их микротвердости, поэтому для косвенной оценки величины наводораживания металлов возможно использовать метод измерения микротвердости образцов.
Как известно, при создании ответственных силовых конструкций, например в авиации, обычно используют коррозионно-стойкие сплавы и сплавы на основе алюминия, а в качестве вспомогательных элемен-
тов (прокладки, втулки и пр.) сплавы цветных металлов, и водородное охрупчивание этих сплавов может привести к трагическим последствиям. Таким образом, основной целью работы является определение возможности водородной коррозии (охрупчивания) коррозионно-стойких сплавов и сплавов цветных металлов.
Экспериментальная часть и обсуждение результатов. Основной целью работы является определение возможности водородной коррозии (охрупчивания) коррозионностойких сплавов и сплавов цветных металлов (табл. 1) без проведения дополнительных операций над их структурой, т. е. отжига, закалки и пр., т. е. в состоянии поставки. Изучение воздействия водорода на образцы сплавов проводили при комнатной температуре и атмосферном давлении без приложения внешних механических нагрузок.
Таблица 1
Образцы сплавов, использующихся в исследовании
№ п/п Марка сплава Химический состав, % мас. Класс сплава Применение
На основе железа
1 40Х13 Те - основа; Сг - 12-14; - 0,6; Мп - 0,6; N1 - 0,6; С - 0,35-0,44; Р - 0,03; Б - 0,025 Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная мартенситного класса Пружины для работы при температурах до 400-450 °С. Рессоры, шариковые подшипники, режущий и мерительный инструмент
2 95Х18 Те - основа; Сг - 17-19; С - 0,9-1; - 0,8; Мп - 0,8; N1 - 0,6; Т1 - 0,5; Си - 0,3; Р - 0,03; Б - 0,025 Сталь коррозионно-стойкая обыкновенная мартенситного класса Втулки, оси, стержни, шариковые и роликовые подшипники в другие детали, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости, которые работают при температуре до 500 °С или подвергаются действию умеренных агрессивных сред
3 20Х23Н18 Те - основа; Сг - 22-25; N1 - 17-20; Мп - 2; - 1; С - 0,2; Р - 0,035; Б - 0,02 Сталь жаропрочная высоколегированная аусте-нитного класса Работающие и направляющие лопатки, поковки и бандажи, работающие при температурах 650-700 °С, детали камер сгорания и другое печное оборудование, работающее при температурах 1000-1050 °С
На основе меди
4 ЛС59 Си - основа; гп - 37,35-42,2; РЬ - 0,8-1,9; Те - 0,5; Р - 0,02 БЬ - 0,01; В1 - 0,003 Латунь, обрабатываемая давлением Для гаек, болтов, шестеренок, зубчатых колес, втулок
Окончание табл. 1
№ п/п Марка сплава Химический состав, % мас. Класс сплава Применение
5 М1 Си - основа; РЬ - 0,005; Ее - 0,005; Б - 0,004; 7п - 0,004; 7п - 0,004; Ag - 0,003; N1 - 0,002; Бп - 0,002; А8 - 0,002; БЬ - 0,002; В1 -0,001 Медь Для проводников тока, проката и высококачественных бронз, не содержащих олова; для изготовления изделий криогенной техники
6 Л63 Си - основа; 7п - 34,5-38; Ее - 0,2; РЬ - 0,07; БЬ - 0,005; В1 - 0,002; Р-0,001 Латунь, обрабатываемая давлением Для деформации в холодном состоянии глубокой вытяжкой, волочением, прокаткой, чеканкой, изгибом; для изготовления изделий криогенной техники; пригоден для пайки и сварки; хорошо полируется
На основе алюминия
7 Д16 А1 - основа; Алюминиевый деформи- Для силовых элементов кон-
Си - 3,8-4,9; Mg - 1,2-1,8; руемый сплав струкций самолетов, кузовов автомобилей, труб и т. д.; для
Ее - 0,5; - 0,5; Мп - 0,3-0,9; деталей, работающих при температурах до -230 °С
7п - 0,3;
N1 - 0,1;
Т -0,1
8 В95Т А1 - основа; Алюминиевый деформи- Для изготовления высокона-
7п - 5-7; Mg - 1,8-2,8; руемый сплав груженных конструкций, работающих в основном на сжа-
Си - 1,4-2; тие
Ее - 0,5;
- 0,5;
Мп - 0,2-0,6;
Сг - 0,1-0,25;
Т -0,05;
На основе титана
9 ВТ-6 Т1 - основа; А1 - 5,3-6,8; V - 3,5-5,3; 7г - 0,3; Ее - 0,3; - 0,15; С-0,1 Титановый деформируемый сплав мартенситно-го класса Штампосварные детали, длительно работающие при температуре 400-450 °С
На первом этапе работы, с целью определения вероятности реакционного охрупчивания, были проведены термодинамические расчеты. Согласно данным расчетам, реакционное охрупчивание сплавов (см. табл. 1) при комнатной температуре возможно за счет содержания в них таких компонентов, как Т1, 2г, С и М^. Таким образом, для спла-
вов: ВТ6, 40Х13, 95Х18, 20Х23Н18, Д16 и В95Т возможно как реакционное охрупчивание, так и влияние водорода как на структуру сплавов. Однако согласно [1], процесс реакционного охрупчивания зависит от количества углерода или карбида в сплаве, концентрации водорода, давления газа и температуры (обычно в диапазоне от 200 до 600 °С), поэтому при комнатной температуре маловероятно. Сплавы: ЛС59, М1 и Л63 не содержат в своем составе компонентов, которые могли бы вступить в химическую реакцию с водородом, поэтому для данных сплавов возможно только влияние водорода на их структуру.
Второй этап работы был посвящен экспериментальной части по наводораживанию образцов сплавов. В качестве способа наводоражи-вания был выбран способ насыщения образцов водородом из окружающей водородсодержащей среды [1] без применения внешней механической нагрузки.
В ходе проведения работы отшлифованные вручную образцы сплавов помещали в герметичную стеклянную делительную воронку с притертым стеклянным краном и пробкой, заполненную водородом, полученным с помощью генератора водорода, и выдерживали при комнатной температуре в течение 1500-1600 ч с периодическим контролем микротвердости сплавов, по величине которой косвенно можно судить о взаимодействии структуры сплава с водородом [20], т.е. о его водородном охрупчивании.
Измерение микротвердости образцов проводили с помощью твердомера ОпеББ Q60N по Виккерсу (ИУ1). В связи с особенностями структуры образцов все измерения проводили вблизи мест предыдущих измерений, причем количество зон измерения микротвердости на поверхности каждого образца было не менее 12. Далее измеренные данные микротвердости каждого образца обрабатывали с отсевом аномальных значений и определяли среднее значение микротвердости образца.
Изменение микротвердости образцов в ходе наводораживания представлены на рис. 1-3 и в табл. 2. Статистическая обработка экспериментальных данных показала наличие значимых коэффициентов корреляции между микротвердостью и длительностью наводораживания практически для всех образцов, что позволяет говорить о наличии тенденций изменения микротвердости в ходе наводораживания. Исключение составляет лишь сплав ЛС59, изменение микротвердости которого сравнимо с дисперсией значений микротвердости в ходе измерений.
Как видно на рис. 1-3 и в табл. 2, все образцы за время проведения исследований изменили свою микротвердость либо в сторону уве-
личения, либо уменьшения. Например, микротвердость образцов на основе железа и титана несколько увеличилась, т.е. начался процесс водородного охрупчивания сплавов. При этом микротвердость образцов на основе меди и алюминия уменьшилась, т.е. водород при комнатной температуре оказал на сплавы размягчающее воздействие.
>
1
нО Н о
о
«
Он
<и «
н о
Он И
2
200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100
Рис. 1. Изменение микротвердости образцов на основе железа в ходе наводораживания
♦ -М1
▲ - Лс59 • -Л63
—А-▲ А , а
▲
А Л
Ш 9
—*- — - *
200 400 600 800 1000 1200 1400 Длительность наводораживания, ч
Рис. 2. Изменение микротвердости образцов на основе меди в ходе наводораживания
1600
350
300
>
I
л н о о
ч
Рч
<и «
н о
а к
250
200
150
100
- А -*
А «
А-ВТ6
♦ - Л16
■ - В95Т
-™ — — ■ —
—н-в-—- -Ж—
♦ —♦—
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Длительность наводораживания, ч
Рис. 3. Изменение микротвердости образцов на основе алюминия и титана в ходе наводораживания
Таблица 2
Изменение микротвердости образцов сплавов в ходе наводораживания
№ п/п Сплав Относительная микротвердость образцов, %
На основе железа
1 40Х13 +4,57
2 95Х18 +3,57
3 20Х23Н18 +5,22
На основе меди
4 ЛС59 -0,59
5 М1 -1,83
6 Л63 -1,76
На основе алюминия
7 Д16 -1,9
8 В95Т -1,55
На основе титана
9 ВТ-6 +2,5
Для нахождения общих тенденций изменения микротвердости в ходе процесса наводораживания образцов сплавов, различных по составу и структуре, был проведен корреляционный анализ, который показал наличие статистически значимой положительной связи меж-
ду изменением относительной микротвердости всех сплавов в процессе наводораживания и их начальной микротвердостью (Я2 = 0,698 при Я2крит = 0,582). Таким образом, чем выше микротвердость сплава, тем больше изменение его микротвердости в ходе наводораживания. При этом сплавы, имеющие микротвердость менее 160-170 HV, основу которых составляет медь и алюминий, показали размягчение в ходе наводораживания, а сплавы с большей микротвердостью, основу которых составляет железо и титан, с мартенситной и аустенитной структурой показали увеличение микротвердости в ходе наводоражи-вания, что вероятно связано с большей восприимчивостью к водороду их состава и структуры.
Выводы:
1. Термодинамический анализ процессов химического взаимодействия элементов сплавов с водородом показал принципиальную возможности реакционного охрупчивания некоторых сплавов за счет содержания в них титана, углерода, циркония и магния.
2. Исследование процесса наводораживания сплавов при атмосферном давлении и комнатной температуре в течение 1500-1600 ч без приложения внешних механических нагрузок показало, что практически все образцы за время проведения исследований изменили свою микротвердость либо в сторону увеличения, либо уменьшения. Корреляционный анализ экспериментальных данных показал наличие значимых коэффициентов корреляции между микротвердостью и длительностью наводораживания, что позволяет судить о наличии тенденций изменения микротвердости сплавов в ходе наводораживания.
3. Корреляционный анализ между изменением микротвердости сплавов различного состава и структуры в процессе наводораживания и их характеристиками показал наличие статистически значимой положительной связи между изменением микротвердости всех сплавов в процессе наводораживания и их начальной микротвердостью (Я2 = 0,698 при Я2крит = 0,582).
4. Сплавы, имеющие начальную микротвердость менее 160-170 HV, основу которых составляет медь и алюминий, показали размягчение в ходе наводораживания, а сплавы с большей микротвердостью, основу которых составляет железо и титан, с мартенситной и аустенитной структурой сплава показали увеличение микротвердости в ходе наводо-раживания, что вероятно связано особенностями изменения свойств сплавов разных составов и структуры в процессе наводораживания.
Список литературы
1. Hydrogen Embrittlement [Электронный ресурс]. - URL: https://ntrs. nasa.gov/api/citations/20160005654/downloads/20160005654 (дата обращения: 16.10.2023).
2. Влияние водородосодержащей среды при высоких температурах и давлениях на поведение металлов и конструкций из них [Электронный ресурс]. - URL: https://www.nature.com/articles/s41563-021-01050-y (дата обращения: 16.10.2023).
3. Chemical heterogeneity enhances hydrogen resistance in high-strength steels / B. Sun, W. Lu, B. Gault [et al.] // Nature Materials. - 2021. - Vol. 20. -P. 1629-1634. DOI: 10.1038/s41563-021-01050-y
4. Gonzalez M.S., Hernandez I.R. Review: Hydrogen Embrittlement of Metals and Alloys in Combustion Engines // Tecnologia en Marcha. - 2018. -Vol. 31. - P. 3-13. DOI: 10.18845/tm.v31i2.3620
5. Hydrogen damage of steels: A case study and hydrogen embrittlement model / M.B. Djukic, V. Sijacki Zeravcic, G.M. Bakic, A. Sedmak, B. Rajicic // Engineering Failure Analysis. - 2015. - Vol. 58. - P. 485-498. DOI: 10.1016/ j.engfailanal.2015.05.017
6. Traidia A., Chatzidouros E., Jouiad M. Review of hydrogen-assisted cracking models for application to service lifetime prediction and challenges in the oil and gas industry // Corrosion Reviews. - 2018. - Vol. 36 (4). - P. 323-347. DOI: 10.1515/corrrev-2017-0079
7. Hydrogen Embrittlement Mechanism in Fatigue Behavior of Austenitic and Martensitic Stainless Steels / S. Bruck, V. Schippl, M. Schwarz, H.-J. Christ, C.-P. Fritzen, S. Weihe // Metals. - 2018. - Vol. 8 (5). - P. 339. DOI: 10.3390/ met8050339
8. Hydrogen Embrittlement in High-Performance Alloys [Электронный ресурс]. - URL: https://www.mpie.de/4604692/hydrogen_embrittlement/ (дата обращения: 16.10.2023).
9. The synergistic action and interplay of hydrogen embrittlement mechanisms in steels and iron: Localized plasticity and decohesion [Электронный ресурс]. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013794418314 152?via%3Dihub/ (дата обращения: 16.10.2023).
10. Анализ теоретических представлений о механизмах водородного растрескивания металлов и сплавов / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Куте-пов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2017. - Т. 21, № 3(72). - С. 6-33.
11. Модели влияния водорода на механические свойства металлов и сплавов / Ю.А. Яковлев, В.А. Полянский, Ю.С. Седова, А.К. Беляев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 3. - C. 136-160.
12. Hydrogen Embrittlement Understood / I.M. Robertson, P. Sofronis, A. Nagao [et al.] // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2015. -Vol. 46A. - P. 2323-2341. DOI: 10.1007/s11661-015-2836-1
13. Влияние водорода на свойства высокопрочной коррозионной стали BHC56-III (18Х13Н4К4С2АМ3-Ш) и пути устранения водородной хрупкости. -URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1314/ (дата обращения: 16.10.2023).
14. Hydrogen assisted crack initiation and propagation in nickel-cobalt heat resistant superalloys [Электронный ресурс]. - URL: https://www.sciencedi-rect.com/science/article/pii/S2452321619301404?via%3Dihub/ (дата обращения: 16.10.2023).
15. A New Model for Hydrogen-Assisted Cracking (Hydrogen "Embrittlement") [Электронный ресурс]. - URL: https://link.springer.com/article/ 10.1007/BF02642048/ (дата обращения: 16.10.2023).
16. Сергеев Н.Н., Кутепов С.Н. О взаимодействии водорода с дефектами кристаллической решетки в металлах и сплавах // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2017. - Вып. 4. Машиностроение и машиноведение. - C. 131-141.
17. Методы механических испытаний конструкционных материалов в среде водорода. - URL: http://book.sarov.ru/wp-content/uploads/2020/11/IHISM-12-2013-9.pdf (дата обращения: 16.10.2023).
18. Реакционные трубы для нефтехимии и нефтепереработки [Электронный ресурс]. - URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/neftekhimya/ 536529-reaktsionnye-truby-dlya-neftekhimii-i-neftepererabotki/ (дата обращения: 16.10.2023).
19. Hydrogen Re-Embrittlement of Aerospace grade High Strength Steels [Электронный ресурс]. - URL: https://www.fracturae.com/index.php/fis/article/ view/140 (дата обращения: 16.10.2023).
20. Hydrogen Effect against Hydrogen Embrittlement [Электронный ресурс]. - URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-010-0275-6 (дата обращения: 16.10.2023).
References
1. Hydrogen Embrittlement. - URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/201 60005654/downloads/20160005654 (accessed 16.10.2023).
2. Effect of hydrogen-containing environment at high temperature and pressure on the behavior of metals and structures. - URL: http://naukovedenie.ru/PDF/ 60tvn412.pdf (accessed 16.10.2023).
3. Sun B., Lu W., Gault B. et al. Chemical heterogeneity enhances hydrogen resistance in high-strength steels // Nature Materials. 2021. vol. 20. pp. 1629-1634. DOI: 10.1038/s41563-021-01050-y
4. Gonzalez M.S., Hernandez I.R. Review: Hydrogen Embrittlement of Metals and Alloys in Combustion Engines. Tecnologia en Marcha. 2018. vol. 31. pp. 3-13. D0I:10.18845/tm.v31i2.3620
5. Djukic M.B., Sijacki Zeravcic V., Bakic G.M., Sedmak A., Rajicic B. Hydrogen damage of steels: A case study and hydrogen embrittlement model. Engineering Failure Analysis. 2015. vol. 58. pp. 485-498. DOI: 10.1016/j.eng-failanal.2015.05.017
6. Traidia A., Chatzidouros E., Jouiad M. Review of hydrogen-assisted cracking models for application to service lifetime prediction and challenges in the oil and gas industry. Corrosion Reviews. 2018. vol. 36(4). pp. 323-347. DOI: 10.1515/corrrev-2017-0079
7. Brack S, Schippl V, Schwarz M, Christ H-J, Fritzen C-P, Weihe S. Hydrogen Embrittlement Mechanism in Fatigue Behavior of Austenitic and Mar-tensitic Stainless Steels. Metals. 2018. vol. 8(5). pp. 339. DOI: 10.3390/ met8050339
8. Hydrogen Embrittlement in High-Performance Alloys. - URL: https://www.mpie.de/4604692/hydrogen_embrittlement/ (accessed 16.10.2023).
9. The synergistic action and interplay of hydrogen embrittlement mechanisms in steels and iron: Localized plasticity and decohesion. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S00137944183141527via%3Dih ub/ (accessed 16.10.2023).
10. Sergeev N.N., Sergeev A.N., Kutepov S.N., Gvozdev A.E., Ageev E.V. Analiz teoreticheskih predstavlenij o mehanizmah vodorodnogo rastreskivanija metallov i splavov [Analysis of theoretical concepts about the mechanisms of hydrogen cracking of metals and alloys]. Izvestija Jugo-Zapadnogo gosudarstven-nogo universiteta. 2017. vol. 21, no. 3(72). pp. 6-33.
11. Jakovlev Ju.A., Poljanskij V.A., Sedova Ju.S., Beljaev A.K. Modeli vlijanija vodoroda na mehanicheskie svojstva metallov i splavov [Models of the influence of hydrogen affects to the mechanical properties of metals and alloys]. Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. Mehanika. 2020. no. 3. pp.136-160.
12. Robertson, I.M., Sofronis, P., Nagao, A. et al. Hydrogen Embrittlement Understood. Metallurgical and Materials Transactions A. 2015. vol. 46A. pp. 2323-2341. DOI: 10.1007/s11661-015-2836-1
13. Vlijanie vodoroda na svojstva vysokoprochnoj korrozionnoj stali VNS56-III (18H13N4K4S2AM3-III) i puti ustranenija vodorodnoj hrupkosti [The influence of hydrogen to the properties of high-strength corrosion steel VNS56-III (18Kh13N4K4S2AM3-III) and ways of eliminate of hydrogen embrittlement] -URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1314/ (data obrashhenija 16.10.2023).
14. Hydrogen assisted crack initiation and propagation in nickel-cobalt heat resistant superalloys. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S2452321619301404?via%3Dihub/ (accessed 16.10.2023)
15. A New Model for Hydrogen-Assisted Cracking (Hydrogen "Embrittlement"). - URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02642048/ (accessed 16.10.2023)
16. N.N. Sergeev, S.N. Kutepov O vzaimodejstvii vodoroda s defektami kristallicheskoj reshetki v metallah i splavah [About interaction of hydrogen and crystal lattice defects in metals and alloys]. Izvestija TulGU. Tehnicheskie nauki. 2017. vyp. 4 Mashinostroenie i mashinovedenie. pp. 131-141.
17. Metody mehanicheskih ispytanij konstrukcionnyh materialov v srede vodoroda. [Methods of mechanical testing of structural materials in the hydrogen environment] - URL: http://book.sarov.ru/wp-content/uploads/2020/11/IHISM-12-2013-9.pdf (data obrashhenija 16.10.2023).
18. Reakcionnye truby dlja neftehimii i neftepererabotki [Reaction pipes for petrochemistry and oil refining]. - URL: https://magazine.neftegaz.ru/artic-les/neftekhimya/536529-reaktsionnye-truby-dlya-neftekhimii-i-neftepererabotki/ (data obrashhenija 16.10.2023)
19. Hydrogen Re-Embrittlement of Aerospace grade High Strength Steels. -URL: https://www.fracturae.com/index.php/fis/article/view/140 (accessed 16.10.2023).
20. Hydrogen Effect against Hydrogen Embrittlement. - URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-010-0275-6 (accessed 16.10.2023).
Об авторах
Молоканова Анастасия Александровна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: cool-a-kardas@ya.ru).
Саулин Дмитрий Владимирович (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sdv_perm@mail.ru).
About the authors
Anastasia A. Molokanova (Perm, Russian Federation) - Undergraduate Student of the Department of Chemical Technologies of Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, e-mail: cool-a-kardas@ya.ru).
Dmitry V. Saulin (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technologies of Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, e-mail: sdv_perm@mail.ru).
Поступила: 18.10.2023
Одобрена: 19.11.2023
Принята к публикации: 15.11.2023
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Молоканова, А.А. Исследование процессов наводораживания коррозионно-стойких сплавов и сплавов цветных металлов / А.А. Молоканова, Д.В. Саулин // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. - 2023. - № 4. - С. 92-107.
Please cite this article in English as:
Molokanova A.A., Saulin D.V. Research of the processes of hydrogenation of corrosion-resistant alloys and non-ferrous metals alloys. Bulletin of PNRPU. Chemical Technology and Biotechnology, 2023, no. 4, pp. 92-107 (In Russ).
