автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Определение склонности к коррозионному растрескиванию аустенитной и аустснитно-ферритных сталей и сплавов, легированных никелем

.1 л

1 3 ФЕВ ::

УКРАТНСЬКА НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК Ф13ИК0-МЕХАН1ЧНИИ ЖСТИТУПм. Г. В. КАРПЕНКА

На правах рукопису

ЧУМАЛО Галина Васил1вна

ВИЗНАЧЕННЯ СХИЛ БНОСТ1 ДО К0Р031ЙН0Г0

РОЗТР1СКУВАННЯ АУСТЕН1ТНИХ I АУСТЕН1ТНО-ФЕРИТНИХ СТАЛЕЙ ТА СПЛАВ1В, ЛЕГОВАНИХ Н1КЕЛЕМ 05.02.01 — матер1алознавство в машинобудуванш (промисловкть) 05.17.14 — х1м!чний огир матер1ал1в та захист вщ корозп

Автореферат

дисертаци на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

Л ь в 1 в — 1995

Дисертац1ев е рукопис. ■ Робота виконана в <Мзико-мехашчному iHCTHTyTi хк.Г.В.Карпенка К(Ш Якрахни.

Науковий кер1вник: доктор техшчних наук. професор

Мелехов Ростислав Кузьмич 0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн!чних наук, професор Ратич Любомир Володимирович

Пров1дна орган!зац1а: ЗкрНЛ!спецсталь. B.3anopix«s Захист вибудеться '1995 р.

Л 016.42.01 при Ф1зико-механ1чному ¡нститут! хм.Г.В.Карпенка HAH Нкрални С290601, Льв1в, КСП, вул.Наукова, 5).

. 3* дисертац1ею могна ознайомитися в б1бл1отец! Шзико-иеха-н1чного 1нституту iK. Г. В. Карпенка HAH Нкрахни (290601, K.ibBiB, МСП. вул. Наукова, 5)..

автореферат роз1слано "Jlj'1995. р. ,

Вчений секретар спец!ал1зованоТ вчено"! ради, доктор техшчних

кандидат техн1чних наук, доцент Кукляк Микола Лук'янович

наук, професор

ЗАГАЛЬНй ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Йктцальшсть теми. На сучасному р!вн! розвитку промисло-восп гостро стоТть питания зб1льиення питомоТ потужносп об-ладнання, що працве в жорстких умовах експлуатацП', п1двищен-ня вимог до його якост! та над1йност1 при одночасному знижен-Н1 металоемност1. Це зуйовлпе необх!дн!сть використання но-вих конструкцМних матер!ал!в з високов короз!йно-механ!чнов ст!йк1ств 1 задовыьнов технолог1чн1стш.

Гострий де<Яцит н1келв змувуе обмежитй застосування сталей, легованих н!келеы, в тому числ! й основного конструкц1й-ного короз!йно-ст!йкого матер!алу - стал1 типу 18-10. Кр!м цього, дана сталь, не дивлячись на висок! антикороз!йи1 вла-стивост1, зазнав корозШюго розтр!скування (КР) в багатьох агресивних середовицах. а також п1тинговоХ I м!жкристал1тно1 корозП (НКК). Току проводяться численн! досл1д«ення, спрямо-ван! на розробку нових корозШго-ст!йких иатер!ал1в та спла-в!в I визначення сфер рац!онального 1"х застосування зам!сть стал! типу 18-10. Мота вже визначити основн1 напрямки цих досл1джень:. зам ¡на хромошкелевих аустен1тних лталей хромо-марганцевон!келевими або хромомарганцевими; розробка двофаз-них або феритних короз1йно-ст1йких сталей, як1 в деяких середовицах значно ст!йк1я! в!д аустениних; спроби для литва ви-користовувати чавуни аустенпного класу з н1келем.

3 самого початку розробок перел!чених матер1ал1в практично не визначались област1 !х рац!онального використання. Тому в ряд1 випадк1в, часом нав1ть у слабоагресивних середовицах, вироби з освоених промислов!ств матер1ал1в зазнавали кй-роз1йно-нехан1чних руйнупань, пери за все КР.

Пета поботи - визначити област1 доц!льного застосування новик, легованих ткелйм. деформованих аустенИних 1 литих короз1йно-ст1й1!нх сталей аустенпно-феритного класу та аусте-н1тних чаву1пв у найб!льш поширених технОлог1чних середовицах, прахивушчи при цьпму сучасну тендеиц!в розробки та осво-ешш виробництва мало1пкелепих деформованих 1 литих ыатер!а~ л1в, легованих (икелем; дослшии роль н1келя при зародхенн! трIщип КР в цих матер¡алах.

Для досагнення мети були поставлен! наступи! задач!: 1,0цпшти схилыпсть до КР малшикелевих аусШптних сталей 0(Ш8Г9115ЛП, 00X17Г1ЭНЗПВ та бези!келево1 стал! 07Х13ПГЯ0 у пор 1 н(!П!т 1 з1 сталлы типу 1П-10 та пивчити особ-

ливост! електрох1м1чних процес!в при зародменн! в них коро-зЮних триин.

2.Досл1дити схильн1сть до КР однорЦних та р1знор1дних зварних з'еднань стал1 06Х18Г9Н5АБ, виконаних р1зниии видами эварки; розробити на оснор1 отриманих результате технолог1ч-н1 ыетоди захисту зварних з'еднань "корозШш-стШка сталь-вцглецева сталь".

3.Досл1дити схильн!сть до КР нових аустен1тних чавун1в у низц1 технолог1чних середовищ з метою визначення доц!льност1 застосування них матер1ал!в.

4.Вивчити короз!йну повед1нку та схильн1сть до КР нових литих аустен1тно-феритних сталей та оц!нити момлив1сть тх ви-' користання у деяких технолог¡чмих середовищах.

5.Встановити роль легуючих елемент!в, перв за все н1келп, в процес! зародження короз1йних триин в досл1д«уваних мате-р!алах.

Нацкова новизна роботи. Досл!д1ена схильн1сть до КР мало-н1келевих аустен1тних сталей; налзснов! експериментальних ви-м1рювань вперше побудована д1аграма V - рН в д1апазон1 рИ в!д 1 до 15 1 наявност! хлорид-1он!в та визначен1 зони ста-б1льно'1 I нестаб1льно! пасивност!, загальноТ корозй" та 1 му-н!тету до не Г для стал1 0ВХ18Г9Н5ЙБ.

Вперше встановлено, чо при реал1зацп активно-пасивного переходу, необх1дного для 1н1ц1ивання КР хромон1кельмарганце~ вих сталей в середовицах з високим р!1 поряд з селективним розчиненням н1келв, в1дбуваеться селективне розчинення марганце, що ф!ксуеться появою на поляризащйних кривих третьего марганцевого п1ку.

Показано, цо зародмення тр!вин в економнолегованих сталях аустен!тного класу.в хлоридних середовищах зумовлене переходом в1д стаб1лымТ пасивносп до активно-пасивного стану, коли на активованих розтягуючими напруюннями д1лянках релл1зу-еться робота елсктроду Сг2 С^СгС С СгС 1г*).

Вперше проанал1зована короз1йна поведПша та визнлчена схилыпсть до КР однорЦних та р1"знор)'дних зварних з'бднань стал! 00X1ВГ9115П1) в киплячих хлоридних, луших та с)ркопод-невих ссрсдопищах.

Рекомендовано сиособи зварпвлннч хромом. 1рГ(1Ш1еион{келспо1 стал! з хрпмш^келевими тину 18-10, л:;1 забозпечують т:пбх1Д ну кпрпз 1 йну стШисть тл несхилмпсть до К1'.

Досл!джена можлив!сть зам1ни стал1 12Х18Н10Т маловуглеце-вою, яка полягае в нанесена! на вуглецеву сталь поверхневих металевих покрить з метою зменшення р!зниц! потенц!ал!в звар-них з'еднань "корозШю-спйка - виглецева сталь".

Вперше встановлена висока схилыИсть до КР аустенпного чавуну, легованого н!келеы. Показано, що в лужних розчинах основною причинои зародження та росту короз^йних трещин в чавци!, як i у досл!джених сталях, служать локальн! анодн! пронеси - ioHÍ3auia зал1за та н!кели в умовах активно-пасив-ного переходу. Однак, досл!джен! чавуни, на bíahíhu вЦ сталей, проавлявть невисоку схилыНсть до водневого окрихчення (при сульфЦному разтргскцваннП.

Вперше вивчена чутлив!сть до КР нових литих аустен1тн0-фе-ритних сталей та дане пояснения процесу i'x руйнування.

Показано, що роль 1пкелю в процес! зародаення корозгйних тр!щин в дослЦжуваних матер!алах полягае в iитенсиф!кац!"í локальних анодних процесса при реал!зацп активно-пасивного стану систеыи.

Практична цнш!сть роботй. Визначено облает i .перспективного застосування мало1пкелевих аустениних та аустенино-фе-ритних короз1йно-ст1йких сталей нових розробок.

Рекомендовано режим зваршвання та терм!чноТ обробки звар-них з'еднань стал! 06Х18Г9Н5АБ, в тому числ1 р1знор1дних (з1 сталлю типу 18-10), цо забезпечують i'x ст!йк!сть до КР. Роз-роблена принципова технолога • захисту р!знор1дних зварних з'еднань "вуглеиева сталь - короз1йно-ст1йка сталь". „

Встановлено, «о недоц!льно виготовляти литу арматуру та iiiisi вироби з аустен1тного чавуну, легованого • ни<елем, оскиьки bíh зазнае КР у ряд! середовиц, в тому числ1 в гаря-ч!й нодопропiД1Пñ вод!: Тому було припинено виготовлення ви-роб i в з цього матер1алу у промисловоыу масштаб!, чим в1двер-* немо можлив1СТЬ пошкодження систем водопостачання на суднах та пшик об'ектах.

«

Результат« дослЦжень використано ЦНД1КМ "Прометей" (м.С.Петербург) та фШею ЦНД1КМ "Прометей" См.II.Новгород) для вдоскоиллепня x¡MÍ4noro складу нових сталей i сплав1в.

lid з.шп:т нинпсяться: ,

- результат досл1джень схильносп до КР аустенiтних еко-номнолегоианих п!келем та fíesniнелепо! сталей;

- методн зиаривання i термообробки зварних з'еднань стал! .

06Х18Г9Н5ПБ. що забезпечуить Ух корозШш ст1йк1сть та нечут-лив!сть до КР;

- метод зам1ни корпусу арматури з короз1йно-ст1йко! стал! на маловуглецеву з в!дпов1дним поверхневим захистом;

- особливост! короз1йно! повед!нки нових литих аустен1тно-феритних сталей та аустен1тних чавун1в:

-. отриман1 експериментальн! дан! по механ1зму зародження корозШих тр!щин у досл1джуваних матер!алах;

- рекомендаци цодо сфер застосування сталей з малим вмятом н!келю.

Особистий внесок автора становить: повн^стю самост1йне ви-конання короз1йних, короз1йно-механ!чних, електрох1м1чних та металограф!чних досл!джень; обробка, анал1з та узагальнення результате досл1джень, видача рекомендац1й щодо сфер застосування досл1джуваних сталей; активна участь в проведешН Фрактограф1чних досл1джень, рентгеноспектрального анал!зу. Достов1рн1сть результат1в п1дтверджуеться комплексними дос-л1дженнями з використанням сучайних метод1в 1.обладнання та практичним узгодженням отриыаних результата.

Пчбл{кдп} | та апробаи!я роботи. За матер 1алами дисертаиП опубл1ковано 15 роб1т. Найб1льи суттев1 результати допов1да-лись на XI, XIII конференц1ях молодих вчених ФМ1 ШН Укра'пш (жовтень 1983, листопад 1987, м.Льв!в), науково-техн1чн1й конференцП "Теор1я короэП та 11 1нпбування - 84" (жовтень 1984, м.Черн1г1в), II конф. молодих вчених 1 спец1ал!спв "Проблеми п1движення якост1 матер1ал1в, прилад!в та обладнан-ня" (жовтень 1986, м.Льв1в), Ч респ. конф. "Короз)я метал1в п!д напруженням та методи захисту" (жовтень 1989, м.Львхв), м!жнародн1й конференцп-виставц! "Проблеми корозп та проти-короз!йного захисту конструкцШшх матер1ал1в". Короз1я-94 (жовтень 1994, м.Льв1в).

Структура та об'ен роботи. Дисертащя складаеться 1з всту-пу, вести роздШв, загальних виспошпв, б1бл1ограф1чного списку л1тсрлтури ¡з 210 найменувань, мктить 19!) сторпюк, вклвчавчи 72 рисунки, 22 таблиц).

0С1ШШШЙ ЗМ1СТ РОПОТИ

Ц псподмшп ибпцщтошщо актуалмиг.ть вибраноТ теми, с.фор мульован1 оспппмI положения. вмпосяться на захист.

В нсрвпму [н)Г!Дтл 1 проаналхзпвано ;и'тират!)[ип дат" стоп»» нп особливостпй КР ауг: ггмп тних та двофазпих нор^ийпо пт I й

ких сталей в технолог!чних середовщах. В!дзначаеться, цо ви-сунуто ряд г1потез щодо механ!зму КР, однак кояна з них окре-мо не може пояснити специф1ку bcíx випадк1в цього руйнування нетал1чних матер1ал!в. Вказано на обмежену к!льк!сть досл!д-*ень, присвячених КР економнолегованих аустен1тних сталей та сталей аустен1тно-феритного класу. Визначена кета роботи i научен! задач! досл!дяень.

В другому розд!л! наведено дан! про матер1али, зразки, експериментальн! середовища, описано обладнання i методи проведения дослЦжень.

ДослЦжували три групи матер1ал!в. До первоК групи ув!-йвли економнолегованг стал! аустен1тного класу 06Х18Г9Н5АБ, 06X17Гi9НЗЛБ, 07Х13ЙГ20..а для пор1вняння - основна конструк-ц!йна короз1йно-ст1йка сталь типу 18-10. Сшди включено таком однор!дн! та р1знор1дн1 зварн! з'еднання хромомарганцевон1ке-лево! стал! 06Х18Г9Н5АБ.

В другу трупу матер1ал1в ув1йили адстен!тн1 чавуни (МКС та ЧН9Г6Д2), легован! н1келем.

До'третья!" групи матер1ал1в вЦнесено лит! адсте1птно-фе-ритн! стал! типу 02X24H7M3D, 10Х22Н5МЗ, 06Х22Н7АМЗД, 04Х25Н7АИЗ,. 03X23H71I4.

Як випробцвальн! вибран! середовица, цо найб1льп поаирен! в промисловост! та природ! i рекомендован! для лабораторних досл1джень: водопров1дна вода (100°С); 32-й розчин НаС1 (100°С); стандартний розчин NACE (5%-й NaCl, 0,5/! СН^СООН, Нг0, насичення H¿S до концентраци 3000 ur/я, 25е СV, 427.-й I ЗОХ-ний розчини МдС1г(154 i 132*С); 30%-ний розчин NaOH (105"С).

Схилы11сть до КР визначали на зразках з д!аметроы робочо!" частини 3,5 1 5 мы. Екснерименти при п!двищених параметрах середовиц виконан! на трубчастих зразках з внутр1«ш!м д1амет-роы 1Я мм, заповнених розчином на 3/4 об'ему. Чутлив!сть до КР за нритер1еы Y,jí(C (KJff ) оц!нювали на балочних зразках з попередиьо наведеною втомноп тр!циною.

Елоктрох!ы!чн! дослЦження проведено на зразках д1аметром 10 мм i довхинов робочо! частини 20 мм з використанням потен-niocTaTy П 5827М, ¡онометру ун!версального ЗВ-74^ Електрод 'nopiBiianna - хлорср!бний, допоьпжний - платинова ciTha. Фрак-тограф!чн! досл!д«енмя виконан! на просв!чувчих електронних MiupocKonax ЗЙЙ-100 К i "Tesla BS 250", м1кроструктурн! - на

оптичних м1кроскопах "Неофот" 1 МИМ-8. Розпод!л 1 локальну концентрац!в елемент1в ц досл!джуваних сталях, сплавах та зварних з'еднаннях визначали за допомогов рентгеноспектраль-ного м!кроанал!затора "СаиеЬах-ИВХ".

В третьомц роздШ викладено результати дослЦаень коро-з1йно1" повед1нки та схильност1 до КР аустен!тних сталей 06X18Г9Н5АБ. 06X17Г19НЗЛБ та 07Х13АГ20 в пор!внянн1 з1 ста~ лями типу 18-10. В гарячих концентрованих розчинах лугу ста-л1 06Х17Г19НЗАБ 1 06Х18Г9Н5АБ зазнавть ¡нтенсивно! загальноГ корозП, причому перша не схильна до КР, а у друг1й зароджу-вться короз!йн! тр!щини. Незначна катодна поляризац1я приводить до водневого окрихчення стал1 як у лужноку, так 1 хло-ридних розчинах. Встановлено, цо в област1 активно-пасивного переходу сталь 06Х17Г19НЗАБ (з великим вм!стом марганцв) про-являе схилыпсть до лужного КР, причому д1апазон критичних потенц1ал1в для не! значио вирвий, 1Йж для хромошкелево! стал! 18-10, що нами пояснветься ¡нтенсиф1кац1ев м!жзеренно-Ы розчинення за рахунок марганце. Про це св1дчить наявн1сть на поляризацШмй крив1й марганцевого п1ку (-0,53 В) (рис.1, крива 3). Як 1 на хромон1келевих сталях, на стал1 06Х17Г19НЗАБ проявлявться зал1зний (-0,85 В) 1 зал1Эон1келе-вий (-0,66 В> п!ки.

Рис.1. Поляризац1йн1 крив1 ста-л! 06Х17Г19НЗАБ (98вС): 1- 302-розчин ИдС1г; 2 - 0,5%-ний розчин ИаС1; 3 - 30%-ний розчин НаОН.

Встановлено, що вс1 стал1 чутлив! до КР в концентрованих розчинах хлорид!в, ооильки ¡х погеш^али корозп встановлв вться в д1апазон1 потс1Щ1лл1в захисту та [птингоутворення, д1ляиках, де реал1зуеться робота електроду Сгг03/Сг С1г , Наймыший оп1р КР у безнн<елево1 стал! 07Х13АГ20. В морськ!й вод1" пс! стал! сп'йк! до загально! корозП 1 КР, однак 31 зпиаинмям рП виникле кебсзпска ец'лишшГ корозп та п1тингоут-воцения.

На основ! поляриз'Щ1йних кривих ¿ - У . знятих в О.П/С-шшу розчин! 11аС1 з р!1 в)д 2 до 1!5 побудпвлно дыграми Т - р11 ^

метош встановлення област1 найб!льв !мов!рно! стаб!льно! па сивацП сталей 12Х18Н10Т 1 06Х18Г9Н5АБ при температур! 98°С ! при наявност! локального депасиватора (хлорид-!она). Цлй стал! 06X18ГЭН5ЙБ пор!вняно з! сталлю 12Х18Н10Т область ста б!льно"1 пасивацП в гарячому хлоридному розчин1 дещо вужча При визначенн! застосування ц1ех стал! для конкретного виду обладнання сл!д проводити ^абораторн! випробування з обов'яз ковов неглибокою поляризац1еш в технолог!чному середовищ!. Це дозволить врахувати негативн! насл^дки при можливому зм1-*енн1 потешпалу в катодну чи анодну облает! при робот! обладнання з! стал! 06Х18Г9Н5АБ.

За значениями К5СС , визначеними в ЗОХ-нону розчин! НдС1г сталь 06X17Г1ЭНЗАБ значно поступаеться хромон1келев!й стал1 00X18Н1ОТ ! стал! 06Х18Г9Н5АБ з меншим вмктом марганцю ! биьиим. н1келв. Величини К^ - в!дпов!дно 15-18 НПа- {ы , 41 ! 28 МПа-УТ. В деяких випадках при низьких короз!йн!

тр!«|ини на стал! 06Х17Г191ШБ розвивались не в!д вериини втомноГ тр1цини, а безпосередньо з гладко! поверхм! зразка

Встановлено, чо в с1рководневих розчинах експлуатац!я хро момарганцевоншелевих ! хромомарганцево'1 сталей недоцГльн? внаслЦок чутливост! Тх до КР.

В четвертому роздМ розглянуто м!кроструктурн1 особливос-т!, оц1нено схильн!сть до КР 1 характер поверхневих короз!й-них поикоджень однор!дних ! р!знор!дних зварних з'еднаиь стал! 06Х18Г9115АБ, виконаних аргонодуговою 1 ручною електродуго-вою зварками за загальноприйнятими технолог!ями (табл.1)..До-слЦжено також технолог!чну можливкть зам!ни корозШю-спй-ко! стал! 12Х18Н10Т на маловуглецеву сталь при виготовленнД арматури з в1дпов1дним поверхневим захистом.

В ус1х випадках як однор!дних, так ! р!знор!дних зварних з'еднань, за вийнятком з'еднання "сталь 06Х18Г9Н5АБ - стальЗ"' локальним рентгеноспектральним анал1зом не виявлено м!крозои з к^ынсти хрому нижче 12% по сус1дству з р1зкими хромовими ! титановими 1Пками, що св!дчило б про можливе вид1лення ви-со«охромистих карбшв або (Г-фази на м!жзеренних грйницях 1, в!дпов1дно, про схилыйсть до гостролокалгзовано!' корозп, у тому числ! до ИКК. В основному метал1 зварних з'едцань - ста-^ лях 00X1 ПГиМ'оЛО ! 12Х10П10Т розпод!л хрому, нн:елю, марганцю, титану 1 1побш [нпнокпрний, без будь-яких озпак сегрегацП". I т1лыш н зон! термоппливу (ЗТВ) вшичаютьс.ч титанов! та .

н{об1ев! п1ки, цо св!дчить про вид1лення карбшв або карбо-н1трид!в титану та н!об!в .

Незалежно в1д технолог!!" зваривання ! зварюваних матер!а-л!в в пластинах, як! випробовувались в киплячоиу хлоридному розчин! виявлявться вогница КР, причому тр1цини зароджува-лись в ЗТВ стал1 06Х18Г9Н5АБ ! полировались в основний метал.

Таблиця 1. Види досл!джуваних зварних з'еднань

Н I Зварвван1 стал! ! Спос!б ! Електрод,

звар! ! зварки ! др!т,флвс

з'ед! ! !

1 ¡06Х18Г9Н5АБ-

2 ¡06Х18Г9Н5АБ-

I I

3 :06Х18Г9Н5АБ

4 ¡06Х18Г9Н5АБ

5 ¡06Х18Г9Н5АБ

6 ¡08Х18Г9Н5АБ ? !12X18Н1ОТ -

06Х18Г9Н5АБ 06Х18Г9Н5АБ

- 12Х18Н10Т

- 12Х18111 ОТ

- Сталь 3

- Сталь 3 12Х18Н10Т

8 >06Х18Г9Н5АБ - 12Х18Н10.

ручна електродуг. автоматична аргонодугова ручна електродуг. ручна аргонодуг. електродом, цо не плавиться ручна електродуг.

аргонодугова автоматична аргонодуг. електродом, цо не плавиться автоматична аргонодугова

ЗА - 400/105! Св-04Х19Н11МЗ флвс АН-26 ЗА - 400/10У Св—04Х13Ш1113

ЗА - 395/9 Св-10Х16Н25АМ Св-ОбХ19Н9Т

Св-04Х19Н11МЗ флюс АН-26

Встановлено, цо аустен!тизац!я зразк!в - пластин ус!х ви-д1в зварки при 1050°С (0,5 год.) з охолодженням у струмен! пов!тря попереджувала !х схильн!сть до КР в киплячому 302-ному розчин! МВС1г.

В киплячому розчин! ИаОН, кр!м зварних з'еднань стал! 06Х18Г9Н5АБ з1 сталлв 3, зразки не розтрккувались (табл.П. В1дзначено лише незначне пошкодження стал! 06X18Г9115ЙБ р!вно-м!рноо загальноп, а у деяких випадках - п!тинговою королев. КР вказаних р1знор1дних з'еднань вЦбуваеться у високолегова-ному метал! ива (електрод ЭА-395/9 1 др!т Св-10Х16Н25ДМ) ! часом в зон! сплавления з! сталлв 0Ш8Г9115АБ.

У нлподнвючому розчин! НПСЕ в зварних зразклх при будь

яких р1внях напружень зарод»увться поверхнев! короз1йн1 тр!-щини I п1тинги як в ус1х зонах зварки, так I в основному нетал! .

3 петою вияснення технолог1чних можливостей зак1и.1 матер!-алу корпусних вироб!в (наприклад, корпуси арматури, насос1в, тоцо) з короз1йпо-ст1йких деформованих *бо литих сталей на маловуглецеву сталь, застосовуячи комбпшван! зварн1 з'еднан-ня з в1дпов1дним поверхневим захистом, проробили це питания стосовно конкретного промислового виробу - вентиля С 21152015.

Для екперименпв були виготовлен! зразки-1м!татори у ви-гляд1 пластин розм^рами 125x40x6 ¡з вваренов в центр1 цил1нд-ричною вставкой д1аметром 10 ми з висвердленим отвором д!а-метром 5 мм, в яких сп1вв1дношення плов поверхонь наплавки та вуглецево! стал! таке, як ! у стандартному вироб!. С1дло виконане електродом для наплавлення вуглецевих та низьколего-ваних сталей марки ЦН-12М (13Х16Н8М5С5Г4Б). Для ппверхневого покриття зразю'в були вибра!п три види пороняв: порошок типу ПТ-НП-01 з вм!стом алюмПпв ЗОИ: порояок ПХ 20Н80 (19,0... 22,0% Сг; 4,5.. .7.0% А1; 0.1 % Мп; 0,1 % Са; 0.06% 51; 0,2% Ре; 0,1% С; порояок ПГ-10Н-1 (основа - N1; 2,8...3,4% В; 0.6... 1,0% С; 4,0...4.5% 5!; 14,0...20,0% Сг; 4,0...4,5% Ре.

Високу ефективн!сть у водопров!дн!й вод!, хлоридному ! лужному середовицах звичайноГ та шдвицено'! температуря показали порояков! покриття на основ! 1пкелв марок ПХ 201180 та ПГ-10Н-01, децо г!ря1 захисн! властивост! покриття поровком ПТ-НА-01.

Розробленй технолог1чи1 рекомендацП цодо виготовлення комб!нованих корпусних вироб!в типу вентиля з вуглецево! ста-л1 з елементааи, наплавленими високолегованим сплавом ! з за-стосуванням поверхневого покриття.

11'ятий розд!л присвячений дослЦжешш короз!йноТ та коро-з1йно-механ!чно1 поведпжи аустен1тних чавцн!в нових розро-бок з метою визначення можливостей "хх доц!льного застосуван-ня.

[|айб1'льшу схилыпсть до КР чавун МКС (18% Н!) проявляя в киплячому лунному та хлоридному розчинах. При статичному на-вантаяеши не вдалось пстанапити навиь умовиого порогового нанружсння на баз! 3000 годин.

Пустенпний чавун схильний до КР у кипляч!й впдопров!дн!й

вод! та 3%-ному розчин! морськоХ сол1 (порогове напруження в!дпав!дно 170 1 150 МПа. В переважн!й б!львост! випадюв ко-роз1йн1 тр!щини зароджувться 1з зовн!аньоТ поверхн!, хоча ви-явлен! 1 небагаточисленн! замкнут! тр!щини всередин! матриц!, «о можна в!днести за рахунок дiI абсорбованого водно, який викликае утворенна бл1стер!нг1в.

Св!дченням цього е п1дви*ений BMicT водив в метал! зраз-к!в. зруйнованих як в кипляч!й водь так i у !пвих розницах,-до 35 см^ЮО г металу (рис.2). Дуже висока його концентрата ! у вих!дному метал1: вЦ 4,5 см'/ЮО г в матриц! до 20 см*/100г в графНних вклвченнях (анал!зи проведено на мас-спектральн1й установц! з лазерним зондом "ЭХ0-4М" конструк-цИ IE3 HAH Укранш). ■

Рис.2. Розпод!л залижкового воднв у зразку з чавуну МКС, повкоджено-го у водопров!дн1й вод!.

Можна лиже припускати, *о в дано-му випадку короз1йн1 дроцеси су-проводжувались 1нтенсивним навод-1г~^~го"гТг1 ¿,'нм новациям сплаву, а м1кронадриви 61 ля граф!тних фаз зумовлен! мол!-зованим водном високого тиску,

Але в с!рководневих середовицах, де водневе окрихчення сталей е основним фактором КР, руйнування зразк(в не в!дбува-лось нав!ть при напруженнях, близьких до умовноГ ыеи' теку-чост! сплаву. При б1лы високих напруженнях на поверхн1 металу утворветься с!тка тр1цин. в основному м!жзеренних. В наф-тI. насичен!й с1рководнем, тобто в умовах, коли сульф1дне розтр1скування викликаеться виклвчно водневим окрихченням, чавун ИКС не руйнувався на баз! 1440 год. при напруженнях, як1 перевицували бцг.

Однак, як вже сказано, в киплач!й водопров1дн1й вод! без катодного наводнввання чавун проявляв високу схильн1сть до КР. Катодна поляризац1я, *о пЦсилве наводнения сплаву, не знизила його ст!йкост! при напруженн! Б = б01. Можна припускати, цо необх!днов умовов дла зародженна короз!йних тр1цин Шд впливом середовиц, як1 викликавть сильно наводнввання ме^ талу, повинна бути наявнкть локального анодного розчинення. Це положения (Ндтверджуеться результатами електрох!м1чних до-

сл1джень (рис.3).

0,И 1,0 *

0,5 г

1,0*

Рис.3. Поляризации! крив! ча-вуну МКС, знят1 без перем!жу-вапня (1,3-5) 1 при перем!иу-ванн! (2) середович: 1.2- п!с-ля катодного активування при V = -1,0 В протягон 10 хв, 302-ний розчин №011 (98° С): 3 - водопров1дна вода (98°С):

4- ЗОХ-ний розчип МдС1г(98*С); 5 - гОУ.-ний розчин Н, 50ч + 5 «г/л ПзД(25°С).

В лужному розчин! шпзацтя (пкели (вихЦ у розчин ¡01пв |Ш!0^), а також зал1за (вихЦ 1он1в НРеО^) - цс локалып ре-акцн, в!дповIдальн! за активами ш'жзеренних границь, на яких максимально величиям напружень, або проходить м)кроплас~ тична деформац!я. На поляризац!йних кривих, знятих на чавун! МКС в 302-ному розчшп ЧаОН, цим локальним аподним процесаи в!дпов!даить два максимуни струму - при -О.ЯО В 1 -0,60 В (рис.3, крива 1). В зв'язку з високим вм!стом в досл1джувано-му сплав! (пкелв, струм 2-го (зал1зо1пкелевого) п!ку майже в 5 раз!в перевищуе струм 1-го (зал1зного) п!ку. Потенц1ал корози сплаву в цьому ■ розчин! (-0,80 В) в1дп0в!дае 30111 ак-тивност! в райо(п 1-го п1ку.

' Висока ст1йк1сть сплаву у с!рководневому розчшп зумовле-на, очевидно, вЦсуттстю умов для рпал1зацП активно-пасив-ного переходу.

Зроблено висновок про недоц1'льи!сть виготовлення лито!' ар-матури та нших вироб1в з аустоптного чавуну, ¡50 1 реальзо-вано у суднобудуванн1.

В иостому розд!л1 приведет' резцльтати електрих1м1чпих. металоф1'зичпих, мсталограф!чних дослЦжень та ощ'нки в1днос-ноГ схилышсп до КР (¡'яти литих дпофязнмх коро31йко-(;т)йких сталей аустенино-фпритного клану.

Рентгеноспектралышй анал1з покапав, що розподи елнмен-т!в в цих сталях допить р1вном1рний. практично т'дсутт' вид)-лення пторинних фаз.

Встаноплено, що лип аустсн1тно-феритн1 стлл1 найГмльж ст!йК1 проти КР в лужпих розчипах. Тли, для литт аусшптно-феритнш' стал! 03Х23Н7М1 порогов! напруження 1 тр1щи1юст1й-

к1сть, визначвн! в 302-ному розчин! ИаОН, практично сп1впада-вть з визначеними на пов!тр1 (65, = 6, ; К1((.- 230 НПаЛГ ).

Аустен!тна~феритн! стал! стаб!льно пасивувться в розчинах з високим значениям рН, а потенц1али корозп в!ддален! в!д потенц1ал1в активно-пасивного переходу на дек!лька сотень м!-л!вольт.

В гарячому 302-ному розчин! ИвС12 вс1 дослЦжен! стал! схильн! до КР. що .зумовлено встановленням !х потенц!алу коро-эй в д!апазон! потенц1ал!в захисту 1 пИингоутворення. СлЦ в!дзначити, цо для стал! 04Х25Н7АМЗ чутлив1сть до ИР в гарячому концентроваиому розчин1 хлорид!в виявляетъся лиие при пластична деформацИ' металу. коли напруження перевищувть 500 МПа. В морськ!й вод! застережень *одо застосування них литих аустенИно-феритних сталей немае, оск1льки вони поряд з високоо короз!йнов ст1 йк!стю не схилыН до КР (рис.4, кр.2). Проте вони думе чутлии! до водневого окрихчення: в с1рководневому розчин! при статичному навантажешп практично не визначавться порогов! напруження при 2-м!сяч1Пй експози-ц11 зраз1пв (рис.4, кр.З). Це необх!дно враховувати при спро-61 Тх винористання, наприклад, в глибинних «арах Чорного моря.

Рис.4. Довготривала короз!йна м!ц-н!сть стал! 04Х25Н7АЫЗ в 30%-ному розчин! НдС12(1); водопров!дн!й вод!, 3%-ному розчин! НаС1 1 302-ному розчин! На(1И (2); розчин! ПАСЕ (3).

Отже, двофазн! аустенино-феритн! ма-лон1келкв1 стал! можуть розглядатись як перспективний конструкцШшй мате-р!ал для вироб1в, ко екснлуатуються в нанруженому стан! в ссредоьицах з i'ia'5O^casbй'^a¡l0t високим значениям рН,- В пших випад-ках сл!д враховувати можлипк'гь пЗдвицення концентрам!"! хло-рид!в в невних зонах (Длинах, заспйних зонах при випарову-ванн! розчину на локальних д!лянках поверхонь ! т.п.), цо повинно накладати суттеве обмевення на р]"веш> робочих напру-жень.

В розчинах, що викликають !нтвнсивне наиоднвванн51 сталей, вмклвчаеться моялив1сть IX ексмлуатац!У.

0C1I0BI1I РЕЗУЛЬТАТ» TA висновки

1. Оцпшна схилыпсть до ИР малон!келевих та без1икелево'1 адстен1тних сталей 06Х18Г9Н5АБ. 06Х17Г19НЗАБ та 07Х13АГ20 по-р2Вняно 31 сталли типу 18-10. Встаноплено: всi crani проявля-ють чутлив1сть до КР в концентрованих хлоридпих розчинах. оск1льки ïx потенц1али корозИ встановлюгаться в д1апазон1 по-тенц1ал!в захисту та ш'тингоутворення. Пробifl пасивно! пл1в-ки наступав в результат! переходу вtд стаб!лыт"1 паснвност! до активно-пасивного стану, коли на активовзних розтягуючими напруженнями д1лянках реал!зуеться робота електроду Сгг03/ СгССабо при б1льи низьких температурах, СгС1 ); в кон-центрованому розчин! хлорид1в наймениий onip КР показала без-н!келева сталь 07Х13АГ20.

Схилыпсть до КР даних сталей в розчинах з високим pli про являеться в широкому д!апазшп потенц1ал1в С-О,/5... 0,50 В), коли за рахунок селективного розчинення Ni та Mn (i Fe) на м1жзеренних границях на сталях у напруженому стан i реал!зу-еться активно-пасивний -1срех!д.

Експлуатат'я сталей 0ВХ10Г9П5ПБ i 07X1ЗПГ20 в с1рководне- . вих розчинах небезп.'чна внаслЦок ïx bhcoîîoï чутливост! до КР - noporoBi напруження для сталей 12X18I110T, 06Х18Г9П5АВ i 07Х13ПГ20 складавть 475, 2Б5 i 80 НПа, вшювЦпо.

2. В розчинах низьких концентра1пй як лужних, так i хло-ридних досл1джуван1 стал! не схилып до КР i можлив!сть ïx застосування визначаеться ввидк!стго загально! або- niтингппоТ корози. Отже. мало1Пкелев1 та без1пкелев! стал! мають обме-жену перспективу промислового викориг.тання.

3. Вперие дослужена корозШт повед!нка однор1дних та р1знор1дних зварних з'еднань стал! 06Х18Г9Н5АБ в киплячих хлоридних, лужних та с1ркоппднопих розчинах. Показано, що аустен1*тизац1'я зварних зразк!в-пластин при 1050вГ. (0,5 год) з охолодженням на попï тр i запо(лгае КР г киплячому 30%-ному розчшп ИцС1г, що нояснпсться зпиженням залишкових гПслязва рювалышх напружень; в киплячому р из чип г Nadll зразки також не схилып до КР. за вийпятком звдрпого з'еднлпня стал! 0Г>Х18Г!Ш5ЛВ ai ст.элли 3. В нлвпднишчому розчшп HAL'E в зварних зразках при будь-яких р!впях напружень зароджупться по-верхней i Kopo-iiftni Tpimniin i ттинги в yclx зонах i основному иеталк

1. Длч ви1'огопл(!НПЯ зварних вироГпв, чкi нр.чцичть 1П'Д

д!ев слабоагресивпих середовищ, рекомендовано хромомарганце-вон!келеву деформовану сталь 06Х18Г9Н5ЙБ при умов! зваршван-на та терм1чно'1 обробки вироб1в з неï за оптимальними режимами. Це стосуеться 1 зварних вироб1в з р1знор!дних сталей.

5. Запропоновано метод зам1ни корпусу арматури короз!йно-ст1йких. сталей на маловуглецеву, який полягае в нанесеннi на вуглецеву сталь металевих покрить з метою зменвення р!зниц1 потенц1ал!в зварних з'еднань "короз1йно-ст1йка сталь - вугле-цева сталь".

6. Вперже досл1джено високолегован1 aycTeiiiTiii чавуни на схильн1сть до КР. Показано, що основними факторами, як1 зу-мовлвють зародженна короз1йних трЦии в чавун! МКС п!д д1ев середовищ, що викликавть нав!ть глибоке наводнения металу е локальн1 анодн! процеси - 1он1зац1я зал1за та (мкелв в умо-вах активно-пасивного переходу. Встановлено, що недоц1льно виготовляти литу арматуру та iini вироби з аустеиИного чаву-ну МКС, оскиьки вiн зазнае КР в хлоридних, лужних та !нших середовищах, в тому числ1 1 в гаряч1й водопров1дн!й вод1. Ре-комендац1я реал!зована у суднобудуванн!. ,

7. Вперже показано, що лит! двофазн! малон1келев! стал!, як! ран!ше не досл!джувались, - перспективний матер!ал для виготовленна вироб1в, як! експлуатуються в напруженому стан! в середовищах з високим pli, в тому числ! гарячих. Рекомендовано ÏX застосування для виготовленна литих вирой ! в (фиинги, арматура,-тощо) в суднобудувашп та х1мвиробництвах заметь аустен!тних хромон1келевих сталей. В хлоридних та с!ркоиодне-вих розчинах використання двофазних литих сталей недоц!льне внасл1док високо! чутливост! ïx до КР.

8. Показано, що роль н1келв в процес! зародженна короз1й-них тр1щин в досл1джуваних матер1алах полагав в тенсифПш-цП локальних анодних процеив при реал!зацП активно-пасивного стану системи метал-середовище,

Ч!гке вид!лення на поляриЗац!йних крипиху лужних розчинах з pli 14... 15 без та в присутност1 хлорид-ioniB другого та третього максимум!в (при -0,65 В та -0,55 В) св!дчить про анодн! процеси селективного розчиненна н1келю в хромош'келе-

вих, та н1келю i марганца в хромомарганцевон!келевих сталях.

«

За матво1алами пигпптан!ï опнбл1копанп 15 ппб!т. огновн! з них:

1. Коррозионное поседение аустенитных хромомарганцевонике-левой и хромомарганцевой сталей 06Х18Г9Н5АБ и 07Х13АГ20 / Г.В.Феник (Чумало), В.Н.Павлов, И.И.Василенко, Р.К.Мелехов, В.П.Логинов // ФХММ.- 1906.-N 6.-с.46-51.

2. Чумало Г.В., Гирный С.И. Сульфидное растрескивание аустенитных хромомарганцевоникелевой и хромомарганцевой сталей// ФХММ.- 1988.-Н 3.-с.113-115.

3. Коррозионное растрескивание железоуглеродистого сплава легированного никелем / Г.В.Чумало, Р.К.Мелехов, О.Д.Смиян. В.Л.Тонкий// ФХММ.-1989.-N 3.-с.33-38.

4. Коррозионное растрескивание и межкристаллитная коррозия хромомарганцевоникелевых аустенитных сталей / Г.В.Чумало, Р.К.Мелехов. П.Н.Федякин, М.В.Коваль // ФХММ,- 1983.-К 6.-с.57-60.

5. ДослЦяення технолопчних можливостей замени корпусу вентил1в з нержав1ючо1 стал1 на маловуглецеву сталь/ Л.М.Кар-вацький, Р.К.Мелехов, Г.В.Чумало, В.В.Явець // ФХММ.-1991.-N 6.-с.89-93.

6. Определение стойкости против коррозионного растрескивания литых . ферритнг-аустенитных сталей / Ю.И.Роматовский, Б.И.Вороненко. Г.В.Чумало, Р.К.Мелехов // ФХММ.-1992.-Н 1,-с.99-105.

7. Коррозионное растрескивание литой двуфазной стали 03Х23И7И4 / Ю.М.Роматовский, Б.И.Вороненко, Р.К. Мелехов, Г:В,Чумало // ФХММ,- 1993.-N 1.-с.53-58.

8. Коррозионное поведение сварных соединений аустенитной стали 00Х18Г3115АБ / Р.К.Мелехов. Г.В.Чумало, В.Н.Павлов, А.В.Юрчак // ФХММ.-1993.-N 1.-с7-15.

Чумало Г.В. Определение склонности к коррозионному рас трескиванив аустенитных и аустенитно-ферритных сталей и сплавов, легированных никелем.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук но специальностям; - 05.02.01 - материаловедение в машиностроении (промышленность); 05.17.14 - химическое сопротивление материалов и зашита от коррозии (рукопись).

Физик» механический ин-т 111)11 Чкрашш. Львов, (934.

В диссертации представлены результаты исследований на склонность к коррозионному расгроскинанив аустенитных сталей к иини»'minm сплрржлнигч Nf и их пчрних соединений, аусте

нитных чугупов, а также новых малоникелевых аустенитно-фер-ритных сталей с целью определения областей их практического применения.

Установлено, что литые аустенитио-ферритные стали - перспективные материалы для изготовления оборудования, работавшего под воздействием горячих целочных сред. Они устойчивы к коррозионному растрескиванию также в морской воде и других средах невысокой коррозионной агресивности. Предложены реко иендации по рациональному применению аустенитных сталей с низким содержанием никеля и их сварных соединений.

Chuealo G.U. DeterMlnation of the tendency to Stress Corrosion Cracking of Hi-Alloyed Austenitic Steels and Austeni-tlc-Ferritic Steels and Alloys.

Thesis for A Candidate's Degree (Engineering) in Specialities: 03.02.01 - eaterials science in Eechanical engineering (industry), 05.17.14 - cheelcal resistance of Eaterials and corrosion protection (»anuscript).

Phisico-Hechanlcal Institute of the National Apadeay of Scieces of Ukraine, Lviv, 1994.

The investigation results on the tendency of austenitic steels uith louer content of Ni and their uelded joints, austenitic cast irons and neu austenitlc-ferritic stee'ls with lower content of Ni to stress corrosion cracking are presented in the- thesis uith the purpose to define the fields of practical application of these eaterials.

It was stated that the cast austenitic-ferritic steels are proBlsing »aterials for equipment uorking under the action of hot concentrated caustic solutions. These steels are resistant to stress corrosion cracking in sea water and other environments uith low corrosion activity too. RecoB-ienddtlons on rational application of austenitic steels uith lou Nickel-content and their uelded joints are proposed.

Ключов1 слова: хромомарганцевон1келеи1 стал!, малон1келе-ui стал!, аустеннног-ферипп стал1, aycTeiiiTiii чавупн, Коровине розпискувания, електродпий потсшпал, пороговий коефь UieiiT iHieiiciiBHocTi напрувень, порогопе мапруження.

Ш'дплсако до друкх 22.12. ^.'Формат 60x84/16?; Обсст I друк.^ист.8аи.821.Тпр'.100;'Безплятно^ Друкарня 7АД.Льв1з.1йч5К1роьк5 3.

Безплатно