CC BY
5Водород в металлах и сплавах
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДОРОДА И ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ПО ОПАСНЫМ
ФРАКЦИЯМ ВОДОРОДА
Т. К. Сергеева, А. В. Сергеев, М. В. Илюхина
ФГУП ЦНИИчермет им. И. П. Бардина, 2-я Бауманская, 9/23, Москва, 105005, Россия Телефон: (095) 777-95-46, e-mail: korad@postman.ru
В связи с тем, что традиционная оценка водородного охрупчивания (ВО) и эффективности про-тивоводородных технологий по общему содержанию водорода несовершенна из-за игнорирования факторов его взаимодействия и перераспределения между структурными дефектами, необходим новый подход к диагностике ВО по водороду. Он должен учитывать, что конкретное инициируемое водородом разрушение происходит, как правило, с участием не всего поглощенного водорода, а отдельных опасных фракций, которые, благодаря своему физическому состоянию, способны обеспечить реализацию действующего в данных условиях механизма ВО.
В докладе рассматриваются принципы и методология диагностики состояния водорода и ВО в производстве и эксплуатации конструкционных сталей. Научной базой диагностики ВО по состоянию водорода является теория захватывания. Согласно теории, поглощаемый кристаллической решеткой атомарный водород трансформируется в разные формы физического состояния. Они отличаются энергией связи «водород-структурный дефект» и образуют соответствующие её уровню сегрегации, по разному участвующие в процессах деградации металла.
Идентификация реального состояния водорода в объекте осуществляется с помощью термодесорбци-онного анализа путем медленного равномерного нагрева проб. Разные формы состояния водорода выделяются из проб в порядке возрастания энергий взаимодействия и регистрируются по ходу анализа. В термокинетическом анализаторе ТКА-ЦНИИЧМ использован кондуктометрический метод измерения выделяющегося из проб водорода и хроматографичес-кая регистрация. Разрешающая способность анализатора составляет 0,0001 см3. Нагрев проб проводят в области температур 20-600 0С со скоростью
3-5 0С/мин. Принято, что в этой области температур выделяются диффузионно-способные фракции водорода. После термодесорбционного анализа пробы анализируют на остаточный водород методом восстановительного плавления (анализаторы типа RH, ф. Леко). Путем варьирования скоростей нагрева проб по смещению температурных пиков выделения отдельных форм водорода рассчитывают их энергию связи с металлом и по её величине идентифицируют физическое состояние и характер структурной сегрегационной неоднородности водорода. Термодесорбционный анализ широко используется авторами в экспертных исследованиях причин аварийных разрушений деталей и конструкций ответственного назначения, а также в лабораторных работах по изучению влияния наво-дороживания на свойства сталей. Благодаря фракционному разделению анализируемого водорода, осуществляемому в термодесорбционном анализе, появляется возможность отличить внешний водород, поглощаемый металлом из эксплуатационной или лабораторной испытательной среды, от внутреннего водорода, рассматриваемого как металлургический фон. Маркерами внешнего наводороживания служат фракции, отсутствующие в металлургическом фоне или многократно превышающие его по содержанию.
В докладе приводятся примеры промышленного применения диагностики состояния водорода для экспертизы и оптимизации противофлокенных обработок сортовой заготовки из флокеночувствительных сталей, обезводороживающего нагрева крепежных автодеталей с гальваническими покрытиями, оценки склонности сталей для эмалирования к образованию дефекта «рыбья чешуя». Использование диагностики состояния водорода и ВО позволило научно обосновать и провести оптимизацию режимов противоводородных обработок, сократить их продолжительность, получить ощутимую экономию энергии.
ISJAEE Специальный выпуск (2003)
