Хрупкое разрушение и защита мартенситных сталей в технологических процессах обработки поверхности и коррозионной среде

• Автор: Иванов, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 221 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Современное состояние основных вопросов хрупкого разрушения и защиты мартенситных сталей
1.1. Гипотезы хрупкого разрушения мартенситных сталей
1.2. Защита мартенситных сталей от наводороживания и хрупкого разрушения в технологических процессах обработки поверхности и коррозионной среде
1.2.1. Основные закономерности хрупкого разрушения мартенситных сталей при травлении, нанесении цинковых и кадмиевых покрытий и шлифовании
1.2.2. Защита мартенситных сталей от хрупкого разрушения в коррозионной среде ингибиторами и лакокрасочными покрщиями
ГЛАВА 2. Наводороживание и хрупкое разрушение мартенситных сталей в
технологических процессах нанесения гальванических покрытий и шлифования
2.1 Аналитическая зависимость времени до разрушения стали от величины растягивающих напряжений при водородном растрескивании стали
2.2. Хрупкое разрушение мартенситных сталей с гальваническими покрытиями
из цинка и кадмия
2.3. Совершенствование состава электролита для нанесения покрытия цинк-кадмий без наводороживания
2.4. Разработка растворов для выявления шлифовочных прижогов на поверхности низколегированных высокопрочных сталей
Заключение
ГЛАВА 3. Основные закономерности влияния ингибиторов кислотного травления на коррозию, наводороживание, механические характеристики и хрупкое разрушение мартенситных сталей
3.1. Влияние природы кислоты и времени травления на коррозию, наводороживание и механические характеристики мартенситных сталей
3.2. Влияние ингибиторов коррозии на наводороживание и механические характеристики стали ЭИ-643 после кислотного травления
3.3. Изучение защитных свойств ингибиторов на основе бис-гексаметилениминометанов
3.4. Влияние бис-гексаметилениминометанов на адсорбцию и кинетику электродных процессов в кислых растворах
3.5. Исследование защитных свойств метиленового голубого в качестве ингибитора кислотной коррозии
3.6. Ингибирование коррозионного растрескивания мартенситной стали в растворе соляной кислоты
Заключение
ГЛАВА 4. Хрупкое разрушение и защита мартенситных сталей в коррозионной среде
4.1. Чувствительность к надрезу и трещине мартенситных сталей в нейтральной среде
4.2. Водородное растрескивание мартенситной стали 40Х2ГСНМФА в 3 % растворе хлорида натрия
4.3. Коррозионное растрескивание и коррозия мартенситных сталей в кислых, нейтральных и щелочных растворах
4.4. Защита лакокрасочными покрытиями от коррозионного растрескивания мартенситных сталей
4.4.1. Влияние добавок органических ингибиторов в хроматную грунтовку АК
и состава коррозионной среды на развитие трещин в мартенситных сталях
4.4.2. Исследование механизма защитного действия ингибированных лакокрасочных покрытий
Заключение
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Развитие новых отраслей техники и обеспечение надежности оборудования действующих технологических процессов и различных конструкций предъявляют жесткие требования к конструкционным металлическим материалам и в первую очередь к повышению несущей способности при снижении металлоемкости и одновременном увеличении производительности технологических процессов. К настоящему времени разработаны и находят применение высокопрочные стали мартенситного класса с пределом прочности 1400-2000 МПа и продолжаются поиски новых конструкционных сталей с высокими механическими характеристиками.
Серьезным препятствием для успешного применения высокопрочных сталей является их высокая чувствительность к хрупкому разрушению, происходящему при кратковременном или длительном приложении нагрузки. Во многих случаях хрупкое разрушение высокопрочных сталей развивается в результате охрупчивающего действия водорода или больших внутренних напряжений без участия коррозионного процесса (замедленное разрушение). Случаи хрупкого разрушения сталей отмечаются в технологических средах химической, нефтехимической, нефтегазодобывающей промышленности, в авиационной технике, судостроении, строительстве, теплоэнергетике, машиностроении и вызваны одновременным воздействием растягивающих напряжений и коррозионной среды (коррозионное растрескивание).
В отличие от вязкого хрупкое разрушение наблюдается при деформациях 1-2 % и развивается в условиях чрезвычайно ограниченной зоны пластической деформации впереди образовавшейся трещины. Процесс хрупкого разрушения при постоянной нагрузке или деформации протекает с невысоким поглощением энергии через стадии зарождения и развития трещины и последующего механического разрушения. При достаточно высоком запасе упругой энергии (резервуары высокого давления, болтовые соединения и др.), хрупкое разрушение может наступить без внешних нагрузок. Важную роль при замедленном разрушении высокопрочных сталей играют локальные напряжения, которые значительно превышают средние приложенные извне растягивающие напряжения и обуславливающие появление областей со сложно-напряженным состоянием. Разрушение происходит при достижении критического значения эффективного напряжения сдвига, достаточного для начала распространения зародышевой трещины. Зарождение и распространение подобной трещины возмож-

различной температурой отпуска определяется содержанием и дисперсностью образующегося при термической обработке цементита.
Поверхностная деформация при механической обработке и возникающие остаточные напряжения существенно влияют на электрохимическое поведение. Установлено [181], что в кислой среде (pH 1) токи активного растворения чистого электролитического железа линейно возрастают с увеличением зерна наждачной бумаги, которой шлифовали поверхность образцов. После отжига различия в электрохимическом поведении устранялись, что свидетельствовало о зависимости тока растворения и стационарного потенциала от величины остаточных напряжений. Сложно-напряженное состояние поверхностных слоев может возникать при резании (токарная обработка) и является суммарным результатом пластической деформации и теплоты [182]. Поданным Гутмана Э.М. [56] в области активного растворения в смеси серной и ортофосфосфорной кислот нержавеющая сталь 1X18 Н9Т после токарной обработки ведет себя аналогично углеродистой стали и ее коррозионная стойкость определяется уровнем остаточных напряжений и микроэлектрохимической гетерогенностью. Знак остаточных напряжений не играет существенной роли: минимальная механохимическая активность (вольтамперные характеристики пассивного состояния) соответствовали нулевым значениям остаточных напряжений. С ростом растягивающих или сжимающих напряжений скорость растворения и механохимическия активность исследуемой стали возрастала. Следует отметить, что в реальных стальных конструкциях могут происходить отклонения от наблюдаемого характера изменения скорости коррозии при деформациях растяжения и сжатия. Это может быть обусловлено перераспределением активности катодных участков в местах сегрегации углерода или азота на дефектных местах, образовавшихся вследствие пластической деформации. Как показывают данные [181], термическая обработка в интервале 50-950°С и холодная деформация не оказывали влияния на скорость коррозии очищенного зонной плавкой железа в деаэрированном 0,1 М растворе соляной кислоты. В этом же растворе скорость холоднодеформированной стали (0,076% углерода и деформация 85%) возрастала с повышением температуры и достигала максимального значения при температуре 100°С, а затем снижалась. Полагают, что сегрегация атомов углерода или азота на дефектных местах, образовавшихся после пластической деформации, приводит к появлению участков с меньшим перенапряжением водорода, чем на железе или цементите.