Механизм водородного растрескивания

МЕХАНИЗМ ВОДОРОДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ [c.150]

Другой предложенный механизм водородного растрескивания заключается в диффузии и адсорбции водорода на вершине трещины, в результате чего уменьшается поверхностная энергия у атомов металла, находящихся под воздействием растягивающих сил [19] (сорбционное растрескивание под напряжением). [c.117]

Эти кислоты можно получить в лаборатории, пропуская сероводород через воду, насыщенную ЗО . Для понимания механизма наблюдаемых разрушений следует учесть, что при протекании коррозионных процессов эти кислоты легко катодно восстанавливаются. В связи с этим политионовые кислоты действуют в качестве катодного деполяризатора, который способствует растворению металла по границам зерен, обедненным хромом. Еще одна форма влияния, возможно, заключается в том, что продукты их катодного восстановления (НгЗ или аналогичные соединения) стимулируют абсорбцию межузельного водорода сплавом, обедненным хромом. Под напряжением этот сплав, если он имеет ферритную структуру, подвергается водородной коррозии вдоль границ зерен. Аустенитный сплав в этих условиях устойчив. Показано, что наличие в морской воде более 2 мг/л серы в виде На З либо продуктов катодного восстановления сульфитов 50з" или тиосульфатов ЗзО вызывает водородное растрескивание высокопрочных сталей о 0,77 % С, а также ферритных и мартенситных нержавеющих сталей [67]. Предполагают, что и политионовые кислоты оказывают аналогичное действие. [c.323]

Другой механизм может быть обусловлен развитием водородного растрескивания вдоль границ зерен сенсибилизированного сплава. Разрушение в этом случае протекает в кислой среде, так как она поставляет водород, необходимый для коррозионного процесса. Кислая среда способствует также образованию молекулярной формы НаЗ (а не Н5 или 5 "), которая является основной каталитической примесью, стимулирующей абсорбцию сплавом атомарного водорода. Показано, что водные растворы ЗОг так же, как и растворы политионовых кислот, вызывают межкристаллитное растрескивание сенсибилизированной стали 18-8. Это объясняется быстрым восстановлением 50з на катодных участках с образованием НгЗ или других аналогично действующих продуктов восстановления. Ионы 50 не способны к такому восстановлению, поэтому серная кислота вызывает растрескивание в значительно меньшей степени. [c.323]

Заметим,что полученные выше результаты анализа кинетики механохимической повреждаемости согласуются и в условиях,когда разрушения происходят по механизму водородного или адсорбционного растрескивания. Однако, в этом случае коэффициент Кн заметно отличается от [c.137]

Как отмечалось выше газ, содержащий сероводород, может вызвать одновременно общую коррозию и коррозионное (сульфидное) растрескивание. В настоящее время механизм коррозионного растрескивания в растворах сероводорода рассматривают как разновидность водородного охрупчивания. Железо, взаимодействуя с сероводородом, на коррозирующей поверхности образует сульфид железа, специфические свойства которого способствуют более интенсивному проникновению атомарного водорода в металл. В результате этого при наличии механических напряжений от действия внешних нагрузок или остаточных напряжений созда- [c.8]

Изложены вопросы коррозионно-механической прочности металлов, влияние коррозионных сред на характеристики ползучести. Описаны новые представления о механизме коррозионного растрескивания и связи его с водородным охрупчиванием. Рассмотрены кинетика и механизм влияния водородного охрупчивания в процессе коррозионного растрескивания различных сталей и сплавов. Показана зависимость этих видов разрушения от различных структурных факторов. Приведены сведения о коррозионном растрескивании высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов, механизме этих процессов и способах защиты. [c.4]

Наиболее распространенным из таких процессов переноса является диффузия в кристаллической решетке. Водород очень быстро диффундирует в большинстве металлов, особенно с о. ц. к. структурой решетки (стали и титановые р-сплавы), и поэтому вполне уместно сопоставить скорости растрескивания (например, в области II на рис. 2) со скоростями диффузии. Такое сравнение принято проводить на основе параметров активации (в частности, энергии активации) и в целом ряде работ было получено согласие данных для двух процессов в титановых сплавах [207], сталях [172, 308, 309] и некоторых других материалах [172]. Следует, правда, отметить, что обычно нет уверенности в протекании единственного термически активированного процесса и поэтому получение энергии активации растрескивания, близкой к энергии активации диффузии, не свидетельствует ни о наличии единственного диффузионного механизма переноса, ни даже об определяющей роли диффузии в процессе переноса водорода [39, 310]. Мы не сомневаемся, что некоторые явления водородного растрескивания контролируются диффузией, однако имеющиеся доказательства такого контроля не всегда достаточно убедительны. [c.129]

Если в системе протекают составные процессы, то они могут быть последовательными (действующими по очереди) или же одновременными (т. е. независимыми и, возможно, аддитивными). Это существенное различие, если скорости составляющих процессов заметно различаются. Действительно, скорость последовательного процесса при этом будет определяться самым медленным, а одновременного процесса — самым быстрым составляющим процессом. Возможность 2) подразумевает, что при данных условиях (температура, напряжение, скорость деформации и т. д.), когда относительные вклады составляющих процессов сравнимы, происходит либо последовательный, либо одновременные процессы. В настоящее время нет данных, позволяющих определить тип составного процесса при индуцированном водородом КР. Один из возможных способов состоит в измерении энергий, активации растрескивания в нескольких узких температурных интервалах. При этом энергия активации будет расти с температурой в случае независимых процессов и уменьшаться — в случае последовательных [326], при условии, что область исследованных температур включает переход от условий доминирования одного процесса к условиям преобладания другого. Необходимо также, чтобы в этой температурной области механизм, определяющий скорость каждого процесса, оставался неизменным (например, перенос массы в растворе при анодном растворении или поглощение водорода металлом при водородном растрескивании. [c.134]

Наряд с теорией, объясняющей коррозионное охрупчивание высокопрочных сталей только с точки зрения водородного охрупчивания, существует теория, где используются элементы электрохимической теории растрескивания. Согласно этой теории зависимость электрохимической поляризации от времени до разрушения материала может являться критерием того, происходит ли разрушение за счет водородного охрупчивания или за счет растворения активных участков. На рис. 1.4.20 представлены различные типы кривых (в осях время до растрескивания—поляризация ), где на основании этих представлений указаны области, в которых разрушение протекает или по механизму водородного охрупчивания, или за счет растворения активных участков. [c.77]

Коррозионное растрескивание под напряжением, для которого по меньшей мере частично процесс развития трещин основан на анодном растворении, может быть предотвращено катодной защитой. В противоположность этому водородное растрескивание вызывается катодной поляризацией, так как она способствует образованию водорода. Это. различие позволяет распознавать упомянутые механизмы. [c.191]

Механизм щелочного растрескивания, либо объясняют проникновением водорода в сталь 32, 43] (т. е. считают, что щелочная хрупкость стали представляет собой один из видов водородного разрушения), либо связывают с неодинаковым воздействием щелочи на грани и границы зерен [44, 45] (пассивность граней и избирательное разрушение границ зерен). В пользу второй теории свидетельствует отмечающийся в большинстве случаев межкристаллитный характер разрушения. [c.87]

Влияние водородного охрупчивания сварных соединений на работоспособность конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах, изучено недостаточно. В этом разделе рассмотрены два характерных случая, различающихся механизмами водородного охрупчивания растрескивание сварных соединений титана, образующего устойчивые гидриды при наводороживании в кислых средах, и стали в сероводороде, где гидридный механизм охрупчивания не играет роли. [c.181]

Некоторое время велась дискуссия о том, протекает ли коррозионное растрескивание путем активной коррозии или же посредством водородного охрупчивания. Здесь этот вопрос не может быть подробно изложен. Механизму коррозионного растрескивания высокопрочных сталей посвящены два недавних обзора [14, 15] (см. также раздел 5.1). Здесь же уместно лишь кратко обсудить последние исследования, давшие новую информацию о механизме растрескивания. Следует заметить, однако, что коррозионное растрескивание различных сплавов может протекать по-разному, и данные, полученные для одного материала, не служат строгим доказательством справедливости того же механизма растрескивания и для другого сплава. [c.44]

Другие наблюдения, включающие измерение pH раствора и электродного потенциала в вершине развивающейся при коррозионном растрескивании трещины для высокопрочных сталей, показывают, что имеются условия, способствующие внедрению водорода в сталь, и иногда служат доказательством доминирующей роли механизма водородного охрупчивания (см. раздел 5.4). Однако следует сказать, что подкисление среды в вершине трещины не исключает возможности некоторого развития трещины вследствие растворения, которое также, вероятно, облегчается за счет дальнейшего понижения pH коррозионной среды в вершине трещины. В самом деле, образование водорода в процессе катодной реакции требует уравновешивания анодной реакцией, которая может протекать в вершине трещины и приводить к ускорению распространения трещины. [c.235]

Относительная чувствительность различных высокопрочных сталей к коррозионному растрескиванию полностью подтверждена [4, 6, 42, 43], однако причины изменения сопротивления коррозионному растрескиванию не полностью изучены. Поэтому необходимы дальнейшие исследования механизма водородного охрупчивания стали, влияния химического состава и термической обработки на скорость распространения трещины при коррозионном растрескивании, а [c.271]

При рассмотрении механизма хрупкого разрушения сталей при коррозии под напряжением необходимо иметь в виду, что при одновременном воздействии статических растягивающих напряжений (внешних или внутренних) и коррозионной среды может происходить коррозионное и водородное растрескивание. [c.37]

Следует отметить, что в настоящее время нет единой точки зрения о механизме коррозионного растрескивания стали в концентрированных растворах щелочи нри повышенных температурах. Некоторые исследователи [5] утверждают, что стали с мартенситной структурой в концентрированных растворах щелочей подвергаются не коррозионному, а водородному растрескиванию. [c.100]

Представления о механизме водородного растрескивания строятся на известных особенностях взаимодействия водорода с насыщаемым металлом — преимущественной миграции его в участки повышенного трехосного напряжения и деформации ферритной матрицы в результате растворения в ней водорода [115]. Считается, что достаточно высокий по концентрации раствор водорода образуется в кристаллической решетке непосредственно впереди острия развивающейся трещины. Это способствует деформации металла (такая деформация имеет микроразмеры и может быть обнаружена только с помощью электронного микроскопа). Предполагается, что на образующейся при росте трещины ювенильной поверхности облегчается абсорбция кристаллической решеткой частиц водорода, способствующих растрескиванию. [c.32]

При одновременном действии растягивающих напряжений и хлоридов при повышенных температурах (350—500° С) титановые сплавы обнаруживают коррозионное растрескивание ( солевая коррозия ). С увеличением содержания алюминия сопротивление коррозионному растрескиванию понижается. По мнению Б. А. Колачева, коррозионное растрескивание в условиях воздействия хлоридов при повышенных температурах происходит по механизму водородного растрескивания. [c.142]

Для определения механизма водородного растрескивания большое значение имеет установление функциональной звисимости времени до растрескивания от вели- [c.172]

Известен ряд теорий, объясняющих механизм водородного растрескивания. Согласно теории давления молекулярного водорода, последний в результате диффузии попадает в коллекторы (микропустоты, трещины и другие дефекты металла), где молизуется. Это приводит к возникновению больших давлений внутри коллекторов, так как диаметр молекулы водо- [c.12]

Мартенситные стали, если их подвергнуть термической обработке для повышения твердости, приобретают сильную склонность к растрескиванию в слабо- и умереннокислых растворах. Особенно это проявляется в присутствии сульфидов, соединений мышьяка или продуктов окисления фосфора или селена. Специфические свойства кислот не имеют существенного значения до тех пор, пока процесс идет с выделением водорода. Эта ситуация отличается от случая аустенитных сталей, которые разрушаются исключительно в результате специфического действия анионов. Катодная поляризация также не защищает мартенситные стали от растрескивания, а ускоряет его. Все эти факты свидетельствуют, что мартенситные стали в указанных условиях разрушаются не по механизму КРН, а в результате водородного растрескивания (см. разд. 7.4). При катодной поляризации в морской воде, особенно при высоких плотностях тока, более пластичные ферритные стали подвергаются водородному вспучиванию, а не растрескиванию. Аустенитные нержавеющие стали устойчивы и к водородному вспучиванию, и к водородному растрескиванию. [c.319]

Область граничных температур лежит примерно в интервале 60—80°С. Это не противоречит полученным ранее данным Ацелло и Грина [64а], что нержавеющая сталь 18-8 подвергается КРН при комнатной температуре в сильнокислом растворе, содержащем 5М H2SO4 + 0,5М Na l. С большой долей уверенности можно утверждать, что разрушение в последнем случае происходит по другому механизму. По нашему мнению, в сильных кислотах водородное растрескивание напряженных сталей 18-8 может протекать вдоль плоскостей скольжения, где имеет место превращение -у-фазы в а-фазу. Именно а-фаза стали 18-8 (с объемно-центрированной кубической решеткой) подвержена водородному растрескиванию. Нержавеющая сталь с 25 % Сг и 20 % Ni (марки 310) не претерпевает заметных фазовых превращений при холодной обработке и относительно стойка к водородному растрескиванию, но не стойка к КРН в кипящем растворе Mg lj. См. [64Ь]. —Примеч. сшт. [c.322]

Предполагается, что и в этом случае галоидные ионы и водород в качестве опасных компонентов ответственны за высокотемпературное растрескивание. Предположение о роли водорода бы ло впервые сделано в работе [139], авторы которой остались его наиболее активными сторонниками. В основе предложенной гипотезы лежит образование водорода в результате пирогидролиза хлорида. Этот водород абсорбируется либо в металле, либо в области концентрации напряжений в вершине трещины, снижая энергию разрушения. Доказательства, приводимые в пользу механизма водородного охрупчивания, следующие 1) водород образуется в процессе высокотемпературной солевой коррозии 2) данные ASTM [144] и результаты [148] показывают, что водород может абсорбироваться в условиях высокотемпературного солевого коррозионного растрескивания 3) при комнатной температуре [c.402]

Таким образом, одним из ведущих механизмов хрупкого разрушения по нижней образующей, способствующих развороту нефтегазопроводных труб иа значительное расстояние является охрупчивание ослабленных участков трубы из-за наводороживания и образования трещин водородного растрескивания. [c.496]

Механизм КР сталей типа Х13 мартенситного класса в нейтральных и слабокислых хлоридных растворах при температурах до 100 °С зависит от режима термообработки. Сталь, термообработанная на высокую прочность путем закалки с низким отпуском, разрушается по механизму водородного охрупчивания. После отпуска при температурах выше 450 °С растрескивание связано с локальным анодным растворением. Этот же механизм наиболее вероятен и для ферритных сталей. [c.132]

Лит. Никольский И. В. Наводо-рошивапие стали при кислотном травлении. М., 1868 К а р и е п к о Г. В. [и др.]. К вопросу о механизме водородной хрупкости. Физико-химическая механика материалов , 1973, т. 9, М 4 А ж о г и н Ф. Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. М., 1974. [c.582]

Во-первых, эффект коррозионного растрескивания установлен в общем только для сплавов,, однако следут иметь в виду, что наблюдалось межкристаллитное растрескивание меди 99,999%-ной чистоты в аммиачном растворе [102]. Хотя это может быть связано с загрязнениями на границах зерен, т. е. с содержанием сплава в металле высокой чистоты, называть такой материал сплавом не принято. Сообщалось также о межкристаллитном растрескивании железа высокой чистоты [103], которое вызывалось загрязнениями по границам зерен. Во-вторых, растрескивание возникает в сплавах только при воздействии некоторых специфических сред (например, а-латуни в аммиаке, как это показано в табл. 13), однако число этих сред возрастает по сравнению с первоначально установленной номенклатурой. Когда вызывающей растрескивание средой является вода, ее происхождение не имеет существенного практического значения. В-третьих, коррозионное растрескивание — явление, возникающее при сочетании наличия напряжений в детали и пребывания ее в коррозионной среде. Устранение либо среды, либо напряжений будет предотвращать возникновение трещин или пр юстановит дальнейший рост уже образовавшихся трещин. В-четвертых, при любом характере приложенного напряжения оно должно иметь растягивающую поверхностный слой компоненту. Наконец, следует отметить, что не совсем ясна определяющая коррозионная реакция, вызывающая развитие трещин. Растрескивание ииожет возникнуть из-за коррозии, т. е. разъедания металла, на очень узком фронте по описанным ниже причинам, но может быть также следствием локального охрупчивания, вызванного поглощением атомов водорода, которые разряжаются на локальных катодах близко к острию трещины. Иногда между этими двумя обш ими механизмами делают различие, называя первый механизмом активного пути, а второй — механизмом водородного охрупчивания. Хотя уже стало привычным рассматривать их по- [c.173]

Механизм водородного охрупчивания связывают чаще всего с внедрением (диффузией) в металл атомов водорода, образованием в вершине (у вершины) трещины хрупкого гидрида, уменьшением межзеренных расстояний. При этом установлено, что коррозионные процессы (электродные реакции), способствующие образованию молекулярного (газообразного) водорода, снлжают опасность водородного охрупчивания. В то же время известны случаи повышения коррозионной хрупкости при катодной поляризации, когда облегчается процесс водородной деполяризации. Причины водородного охрупчивания обусловлены и многими другими факторами. Здесь следует отметить, что в большинстве случаев кинетика процесса водородного охрупчивания зависит от величины потенциала металла вне зоны растрескивания, в плоскости скольжения трещины и в ее вершине. [c.95]

В заключение следует отметить, что в настоящее время нет единой точки зрения на механизм коррозионного растрескивания титановых сплавов. Многие исследователи отрицают специфическую роль С1-И0Н0В в коррозионном растрескивании титана, полагая, что растрескивание прежде всего контролируется процессом наводороживания и протекает по механизму водородного охрупчивания [262, 265—26 . [c.90]

К группе нержавеющих сталей относятся не только традиционные аустенитные стали (типа 18—8) и феррито-мартеиснтныо стали (с 13% Сг и с 17% Сг), но и не так давно разработанные сплавы, которые не относятся ни к одной из названных групп, а также высоконикелевые аустенитные сплавы, содержащие 15—25% Сг. Большинство всех этих сложных сплавов в онределенных условиях чувствительно к коррозионному растрескиванию, а общая картина этого явления довольно сложна. Наибольшие трудности вызывают аустенитные стали и некоторые недавно разработанные ферритные стали в растворах хлоридов и щелоче11 химических установок или в паровых и водяных системах в различных отраслях иромышленности. Мартенситные стали обладают большим сопротивлением этому виду коррозионного разрушения, но наряду с некоторыми дисперснопно твердеющими аусте-ннтными сталями они чувствительны к растрескиванию в растворах слабых кислот, особенно в присутствии сульфидов. Это, вероятно, связано с водородным растрескиванием, которое характерно для высокопрочных сталей (см. раздел 5.4). Мартенситные стали могут быть подвержены коррозионному растрескиванию в растворах поваренной соли и некоторых других водных средах, и механизм этого явления, по-видимому, должен отличаться от водородного охрупчивания. Очевидно, в этом случае разрушение связано с выделениями карбидов. [c.253]

Механизм. Механизм коррозионного растрескивания в водных средах не известен. С помощью кинетического механизма переноса массы [19] предприняты попытки объяснить причину необыкновенного явления — появления высокой концентрации ионов С1-в вершине трещины, которая приводит к образованию слоя (или слоев) хлорида титана. Это способствует зарождению трещины в решетке сплава, находящейся под действием растягивающей составляющей объемных напряжений. Водородное охрупчивание [20] связано с разрядом водорода на поверхностях в вершине трещины, свободных от пленки или покрытых очень тонкой окисной пленкой. Внедрение водорода в деформируемые объемы металла впереди развивающейся трещины приводит к водородному охрупчиванию пластически деформируемых при малых скоростях участков металла. Последовательно снижение пластичности повторяется от зерна к зерну по мере развития трещины. Неравномерный характер распространения трещины обнаружен методом акустической эмиссии [21] и фрактографи-ческими исследованиями [22]. Поскольку подвижность водорода много меньше, чем наблюдаемые скорости растрескивания, было предположено, что при зарождении трещины в областях, охрупченных за счет абсорбированного водорода, трещина может развиваться вне этих областей за счет механических факторов на определенную глубину. В соответствии с этим положением находятся обычные наблюдения, заключающиеся в том, что самые высокие скорости растрескивания соответствуют самым прочным и хрупким сплавам. [c.275]

Возражение, выдвинутое против водородного механизма, заключается в том, что в некоторых из упоминавшихся случаев коррозионное растрескивание имеет определенно межкристаллитный характер, а типичное водородное растрескивание, как утверждают, имеет транскристаллитный характер. Это возражение, по-видимому, не имеет оснований. Некоторые ученые считают, что водородное растрескивание обычно имеет межкристаллитный характер очевидно, оно может быть как транскристаллитным, так и меж-кристаллитным в зависимости от характера находящихся в металле пустот (служащих емкостью для собирания водорода под высоким давлением) это следует из рассмотрения фотоснимков Дюфло [60]. [c.632]

При водородном растрескивании металла трещины могут инициироваться неметаллическими включениями, в частности, вытянутыми сульфидами марганца и распространяться вдоль текстуры (по оси трубы). О таком механизме разрушения трубы ЛГ говорится в работе Г <о У. В частности, авторы указывают, что зарождение поверхностных дефектов явилось следствием взаимодействия водной среды с неметаллическими включениями сульфидов марганца на наружной поверхности трубопровода, что привело к образованию специфической коррозионной среды около сульфидных выделений, а также по устойчивому щелевогду эффекту в местах вытравления сульфидов. На следующей стадии произошло объединение поверхностного дефекта с близко расположенными дефектами, возникающими на строчечных выделениях по текстуре металла. А развитие образовавшегося поверхностного дефекта в глубь металла стенки трубы определялось растворением в металле электролитического водорода на меяфазной поверхности. [c.3]

Проявление данного явления можно увидеть при технологических пробах на снижение числа перегибов или числа закручиваний образцов наводороженной стали, например в сероводородной воде с 1.6 кг/м H2S число перегибов упало на 84 %, а число закручиваний - на 95 %. Электролитическое наводороживание особенно уменьшает сосредоточенные удлинения на сравнительно небольшом участке образца, подвергающемся максимальной пластической деформации (что сокращает диаграмму деформации P-D1 по оси абсцисс). В случае роста коррозионной трещины по механизму водородного охрупчивания продвижение роста трещины происходит скачками. Зависимость скорости роста трещины от коэффициента интенсивности напряжений сложная. Кривая dl/da = f (Ki) состоит из трех участков. На первом участке (K >Kjs ) скорость растрескивания резко увеличивается с ростом К], затем наблюдается зона независимости скорости роста трещины от К (участок11). Третий участок вновь характеризуется повышением скорости распространения трещины с ростом К] и заканчивается спонтанным развитием трещины при Kl = Ki , т.е. механическим разрывом образца. [c.29]

Промысловое оборудование сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений чаще всего отказывает по причине сероводородного растрескивания (СР) стали [47]. Это оборудование изготовлено в основном из низколегированных сталей типа сталь 20 отечественной и импортной поставки. В работе [48] сопротивление сталей СР определяли методом постоянной нагрузки и медленным растяжением - 36 нм/с в лабораторной среде NA E, используемой при определении сопротивления материалов СР,- насыщенный сероводородом водный раствор 5 % Na l + 0,5 % СН3СООН при температуре 20 С. Проводили также испытания образцов типа IV ГОСТ 1497-84 МР в промысловых условиях Оренбургского газоконденсатного месторождения (природный газ, содержащий 3,4 % H2S и 5,3 % СО2 при 100 %-ной влажности, давлении 5,0 МПа и температуре 20 С). При СР не наблюдается значительных следов электрохимического растворения. СР может зарождаться в припо-в хностных слоях металла, межзеренно. Так же как СР, развивается обычно и водородное растрескивание (ВР). Оно также зарождается внутри металла на границах раздела матрица - неметаллическое включение и развивается в основном параллельно поверхности стенки конструкции [49], т.е. механизм разрушения сталей в [c.23]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология