Водород обезуглероживание сталей

Рис. 116. Зависимость глубины обезуглероживания стали 35 от времени при давлении водорода 200 Мн/м и разных температурах

Рис. 117. Зависимость глубины обезуглероживания стали 35 от времени при температуре 450° С и разных давлениях водорода

Обобщен большой экспериментальный материал по воздействию водорода на стали при повышенных температурах и давлениях. Рассмотрены закономерности взаимодействия водорода с металлами растворимость, проницаемость и диффузия, механизм обезуглероживания, влияние различных внешних (давление водорода, температура и др.) и внутренних (растворимость, диффузия, фазовый состав) факторов на водородную коррозию. Указаны методы заш,и-ты стали от воздействия водорода при повышенных температурах и давлениях. [c.24]

В третьем обзоре рассмотрено влияние растворения и диффузии водорода на обезуглероживание сталей при повышенных температурах и давлении закономерности процесса водородной коррозии основы легирования для защиты сталей механизм обезуглероживания стали при повышенных температурах и давлениях. [c.4]

ВЛИЯНИЕ РАСТВОРЕНИЯ И ДИФФУЗИИ ВОДОРОДА НА ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЕ СТАЛИ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ [c.116]

Температурная зависимость равновесного давления метана для углеродистой стали при различных давлениях водорода приведена на рис. 13. Как следует из рис. 13, с понижением температуры рассчитанное давление метана, образующегося в микропорах, увеличивается, т.е, должна повышаться склонность стали к водородной коррозии. Однако наиболее благоприятные условия обезуглероживания стали обусловливаются совокупностью не только термодинамических, но и кинетических условий протекания реакции. Склонность стали к водородной коррозии нельзя определять лишь одной величиной равновесного давления метана [c.136]

На скорость обезуглероживания стали влияние оказывает большое количество факторов. К их числу можно отнести химический состав стали, температуру и парциальное давление водорода, напряжение и толщину стенки образцов и др. [c.144]

Влияние давления водорода на скорость обезуглероживания трубчатых образцов (внутренний диаметр 10 мм) представлено на рис. 20. Значения констант обезуглероживания, полученные при отсутствии пластической деформации образцов, ложатся на Прямые, имеющие почти одинаковый наклон к оси давления. При давлениях, вызывающих пластическую деформацию металла, обезуглероживание стали резко усиливается (рис. 20), пунктирные Л1 -нии). Зависимость между константой обезуглероживания (К) и давлением водорода ( Р, атм) имеет следующий вид [c.144]

Известно [ 71,72,73]/ что в случае электрохимической коррозии растягивающие напряжения, снижая электродный потенциал, ускоряют коррозионные процессы, протекающие на поверхности металлов. По вопросу влияния напряжений на скорость обезуглероживания стали водородом сведений, в литературе не имеется. В связи с этим было проведено исследование влияния напряженного состояния на скорость водородной коррозии стали. [c.147]

Обезуглероживание стали при высоких температурах и атмосферном или сравнительно низких давлениях, протекающее в присутствии водорода и кислорода одновременно, необходимо отличать от обезуглероживания водорезом в условиях высоких давлений и температур 200-600 (так называемый процесс водородной коррозии стали). [c.162]

Водородная коррозия металлов - процесс сложный, включающий в себя ряд элементарных физико-химических процессов, недостаточно изученных в отдельности. Этим и объясняется наличие большого числа теорий водородной коррозии стали, выдвинутых различными исследователями. Однако все они носят гипотетический характер и не могут в полной мере объяснить явления, происходящие при обезуглероживании стали под воздействием водорода. [c.162]

Одновременно с проникновением водорода в сталь начинается ее поверхностное обезуглероживание. Термодинамические расчеты подтверждают, что при высоких давлениях водорода и температурах 200-600 равновесие реакции обезуглероживания смещается в сторону образования метана и разложение цементита происходит почти полностью. Процесс идет как на внешней, так и на внутренней поверхностях раздела (границы зерен и межфазные границы). [c.163]

До недавнего времени считалось общепринятым, что процесс обезуглероживания идет только на поверхности границ зерен. При этом вследствие создания градиента концентрации углерода в микрообъемах, внутри зерна происходит диссоциация цементита и выделившийся углерод диффундирует к пограничным участкам, где взаимодействует с водородом. Подтверждением этой точки зрения служило видимое отсутствие растрескивания внутри перлитного зерна. Однако наличие мелкодисперсного феррита после опытов и некоторых факторов при обезуглероживании стали в условиях повышенных температур и давлений водорода трудно объяснить, исходя из общепринятого механизма обезуглероживания, Например, сильное влияние давления водорода на скорость обезуглероживания (рис. 20), низкие значения коэффициентов диффузии углерода (табл. 7) в феррите при температурах 300-500 и быстрое обезуглероживание стали в этих условиях. [c.167]

Сравнение энергии активации для процесса обезуглероживания стали марки 20 (7200 кал/г -атом) с энергией активации процесса диффузии углерода (20000 кап/г—атом) показывает, что диффузия углерода в стали не может являться определяющим фактором при обезуглероживании стали. Проведенные расчеты показывают, что количество водорода, диффундирующее при определенных условиях, в несколько раз больше того количества, которое реагирует с углеродом стали. Энергия [c.167]

Химическая реакция взаимодействия водорода с углеродом стали осложнена целым рядом физических процессов. Так, при обезуглероживании стали протекают как диффузионные процессы, так и химические. Однако, как было отмечено выше, скорость проникновения и насыщения стали водородом, т.е. диффузионные процессы, не определяют скорость обезуглероживания. Скорость диффузии углерода в зоне реакции (границы зерен металла) на первый взгляд, также могла бы быть лимитирующей стадией в процессе обезуглероживания стали, особенно в области сравнительно низких температур, когда коэффициент диффузии углерода имеет небольшие значения. Однако и это не согласуется с экспериментальными наблюдениями. [c.168]

Водородная коррозия — диффузия водорода в металл, вызывающая в нем глубокие изменения, связанные с образованием гидридов и их разложением. Кроме того, наблюдается разрыхление структуры, связанное с обезуглероживанием стали [c.579]

Этот водород в свою очередь может принять участие в процессе обезуглероживания стали. [c.219]

Изменение изобарного потенциала для этой реакции показывает, что в водороде карбиды хрома, марганца, вольфрама, циркония восстанавливаются при температуре<327—527°С. Для предотвращения обезуглероживания стали в водороде в него вводят метай СН , который активно взаимодействует со сталью при температуре >577—677 °С. [c.138]

На обезуглероживание или науглероживание стали при пайке в водороде влияет содержание в нем паров воды и кислорода. Увеличение влажности водорода усиливает обезуглероживание. Разбавление водорода нейтральными газами в соотношении, достаточном для восстановления окислов, заметно снижает эффект обезуглероживания стали. [c.138]

Скорость водородной коррозии в значительной степени зависит от глубины обезуглероживания стали. На этот процесс оказывают влияние давление водорода, температура и т.д. (рис. 6.9). [c.166]

Рис. 6.9. Зависимость глубины обезуглероживания стали 35 (в мм) от времени при давлении водорода 20 МПа и разных температурах

Водородная коррозия наблюдалась у котлов высокого давления на одной из электростанций США, которая привела к хрупкости и разрушению трубы. При исследовании микроструктуры установлено, что на внутренней поверхности трубы имелся слой магнитной окиси железа. При неплотном сцеплении окисла железа с металлом трубы попадающая между ними вода быстро перегревалась, что способствовало протеканию реакции между железом и водяным паром с образованием водорода, который диффундирует в металл трубы и привел ее к охрупчиванию вследствие разрушения карбидов водородом с образованием метана. В результате огромного внутреннего давления выделившегося метана появились надрывы, которые привели к разрушению трубы. Разрушение сопровождалось частичным обезуглероживанием стали по классической реакции водородной коррозии. [c.685]

Водород, кроме обезуглероживания стали, вызывает в ней глубокие изменения, связанные с образование.м гидридов и их разложением. Наряду с этим [c.19]

Щелочная коррозия труб, сопровождаемая появлением хрупкости металла, наблюдается также в котлах высокого давления. Во всех исследованных случаях эта коррозия развивалась под отложениями окислов железа. Обычно предполагается, что коррозия данного типа является результатом просачивания котловой воды под слой отложений с последующим ее упариванием. Этот концентрат котловой воды может содержать щелочь, корродирующую металл. При этой коррозии обычно образуются глубокие язвы, иногда проникающие через всю толщину стенки трубы. Поверхность углублений (язв) шероховатая и покрыта исключительно тонкой оксидной пленкой. Образующийся концентрат котловой воды может также воздействовать на внутреннюю поверхность трубы с образованием атомарного водорода, диффундирующего в металл и взаимодействующего с углеродом и неметаллическими включениями, большая часть которых расположена вдоль границ зерен. В результате происходит обезуглероживание стали, а высокое давление продуктов упомянутых реакций (метан и другие газы) вызывает образование прерывистых межкристаллитных трещин. Металлографическое исследование этого хрупкого металла — наилучший способ распознавания упомянутых трещин, но должно быть дополнено макротравлением, при котором участки хрупкого металла темнеют. [c.67]

Механизм водородной коррозии в углеродистых и низколегированных сталях при повышенных температурах и давлении водорода следуюш,ий. Сначала на поверхности соприкосновения металла со средой происходят физическая адсорбция и диссоциация молекул водорода, затем миграция адсорбированных атомов на поверхности металла и хемосорбция [82]. По данным авторадиографических и электронномикроскопических исследований сразу же при хемосорбции водорода в стали начинается процесс обезуглероживания. [c.184]

Скорость водородной коррозии в значительной степени зависит от глубины обезуглероживания стали. Глубина обезуглероживания, в свою очередь, зависит от многих факторов и, в частности,, от давления водорода, температуры, толщины металла, времени выдержки и др. На рис. 116 и 117 ириве,дены данные по обезуглероживанию стали. 35 при различных. давлениях и тем-п( ратурах. Общее для все.х полученных кривых — это наличие какого-10 инкубационного периода, во время которого обезуглероживание стали не наблюдается или оно незначительно. Продолжительность этого периода зависит от температуры и давления водорода. [c.150]

Эффект водородной хрупкости стали наиболее существенно проявляется в интервале температур от минус 20 до плюс 30°С и зависит от скорости деформации [18, 20]. Различают обратимую и необратимую водородные хрупкости. Охрупчивающее влияние водорода при его содержании до 8-10 мл/100 г в больщинстве случаев процесс обратимый, то есть после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность металла конструкции небольшого сечения восстанавливается вследствие десорбции водорода. Обратимая хрупкость стали обусловливается, в основном, наличием водорода, растворенного в кристаллической решетке. Необратимая хрупкость зависит от содержания в стали водорода в молекулярном состоянии, который агрегирован в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим значительные трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости пе восстанавливаются даже после вакуумного отжига, так как в структуре стали происходят необратимые изменения [21, 22] образование трещин по [раницам зерен, где наблюдается наибольшее скопление водорода, и обезуглероживание стали. [c.16]

При скоплении ионов водорода вблизи дефектов структуры становятся возможными и процессы их ионизации со значительным увеличением объема газа и, следовательно, резким увеличением давления в наиболее слабых элементах кристаллической решетки и созданием условий для развития поверхностных тренщн. Механизм процесса на-водороживания сталей связан с тем, что химическое сродство водорода к углероду может приводить к восстановлению карбидных фаз углеродистых сталей. При высоких давлениях водорода и температурах 200-600 С создаются благоприятные термодинамические условия для реакции диссоциации цементита и обезуглероживания стали [c.61]

Подробное рассмотрение этих вопросов является темой специального сообщения. При последовании процесса обезуглероживания стали всегда возникает необходимость в установлении некоторого объективного критерия, позволяющего хотя бы в первом приближении оценить водородо-устойчивость стали. В первом приближении процесс обезуглероживания сталей и сплавов часто связывают с проникновением и растворимостью водорода в этих материалах. Поэтому часто считают, что о стойкости данной марки стали к обезуглероживанию можно судить по величине растворимости водорода в стали и тем факторам, которые влияют на эту величину. Б основном, к таким факторам относят тип кристаллической решетки, сплава, а также состав и количество карбидной фазы. [c.116]

Увеличение скорости потока водорода через сталь сопровождается ее обезуглероживанием и растрескиванием. Так как в практике применяются стали, не подвергающиеся водородной коррозии, то и сопоставление их водородопроницаемости можно проводить только в условиях стационарного потока газа через металл. Поэтому в дальнейшем будут приведены только значения водородопроницае— мости, полученные при стационарном потоке газа через образец без явного обезуглероживания и растрескивания металла. [c.126]

ЗОХМА имеют примерно одинаковые параметры водородо проницаемости, но резко различаются по водородостойкости. Из полученных экспериментальных данных следует, что проницаемость водорода не является фактором, определяющим и характеризующим процесс обезуглероживания стали. [c.131]

Появление заметных признаков водородной коррозии наблюдается обычно только через некоторый интервал времени после начала контакта водорода с поверхностью металла. Этот интервал времени, в течение которого не происходит видимых изменений микроструктуры и механических свойств металла, называется инкубационным или индукционным периодом процесса обезуглероживания стали. Известно, что чем ниже температура и давление в системе, тем больще время индукционного периода. [c.137]

Полученные результаты (рис. 19) показывают, что во время так называемого индукционного периода протекает процесс обезуглероживания стали. Можно полагать, что выходящие на поверхность металла пластинки цементита разлагаются уже в процессе хемосорбции водорода сталью, т.е. продолжительность истинного индукционного периода обезуглероживания соизмерима со временем адсорбции и хемосорбции. Процесс дальнейщего обезуглероживания должен определяться скоростью проникновения водорода в глубь металла. Интенсивное обезуглероживание будет идти до тех пор, пока концентрация углерода не уменьщится до 0,02%. [c.143]

Уравнение (17) справедливо при дарениях водорода 50-800 атм и температурах 350-600, в условиях, когда преодолен индукционный период и имеет место инте1ь. сивное обезуглероживание стали. [c.147]

Согласно авторадиографическим и эпектронномикроско-пическим исследованиям (рис. 15, Ь ), процесс обезуглероживания начинается сразу при хемосорбции водорода сталью. Следовательно, индукционный период можно объяснить временем, в течение которого протекают локализованные химические реакции обезуглероживания и происходит зарождение трещин в отдельных дефектных местах. Время до начала обезуглероживания соизмеримо со стадией хемосорбции, т.е. практически близко к нулю. Полученные экспериментальные данные показывают, что во время индукционного периода уже наблюдается обезуглероживание, которое не удается заметить обычным послойным химическим анализом и исследованием шлифов после опыта, а обнаруживается с помощью метода радиоактивных изотопов. Поэтому определение индукционного периода, как времени до начала обезуглероживания стали, неточно. [c.165]

Этот водород также может принять участие в процессе обезуглероживания стали. Обезуглероживание снижает прочность и твердость поверхностных слоев металла. Оно наблюдается часто в паропроводных и пароперегре-вательных трубах. [c.318]

Введение в медные припои 0,2% Ge (например, в припой Си—37—38% Мп—2,1—2,7% Fe—1,2—1,6% Ni) исключает необходимость спсцпйльной сушки водорода, азота, аргона, диссоцииро-оамппго аммиака вследствие высокой химической активности германии. Соотношение в такой смеси содержания HjO, Oj, СО, На определяет не только направление реакции окисления — восстановления, но и процессы науглероживания — обезуглероживания стали. Для этого регулируется так называемый углеродный потенциал> газовой среды, т. е. концентрации Oj и HjO. [c.141]

В стали вместо -фазы образуется более хрупкий твердый раствор водорода в железе. Образовавшийся при обезуглероживании стали метан и растворенный водород вызывают большие дополнительные внутренние напряжения, которые приводят к возникновению микро - и макротрещии, преимущественно на фа-ницах зерен металла. Скорость водородной коррозии в значительной степени зависит от глубины обезуглероживания стали, которая определяется многими факторами давлением водорода, температурой, толщиной металла, временем взаимодействия и др. [c.20]

Во всех случаях взаимодействия наб/сюдается инкубационный период, в течение которого обезуглероживание сталей не наблюдается или оно незначительно. Продолжительность этого периода зависит от температуры и давления водорода. [c.20]

Отсутствие в составе данной атмосферы oKii n углерода, несмотря на наличие водорода, присодит к протеканию реакции (5) при взанмоденстЕИи со сталью только в направлении слева направо, т. е. в сторону обезуглероживания стали. Скорость этой реакции весьма велика, а термодинамическая возможность ее протекания увеличивается с повышением температуры (см. рис. 10). Именно эта реакция определяет обезуглероживание стали (рис. 18), она может быть заторможена только глубокой осушкой атмосферы (ниже точки росы —50° С). [c.147]

Метановая теория связана с обезуглероживанием стали, вследствие того что диффузионно-свободный водород разрушает обычно присутствукшщй в стали карбид Fe и образует метан. Хрупкость возникает как вследствие обезуглероживания, так и вследствие давления, создаваемого метаном в закрытых полостях внутри металла. [c.19]

Определяющее влияние на растворимость водорода в стали оказывает температура с ее повышением концентрация водорода в металле возрастает по экспоненциальной завиеимоети, тогда как с ростом давления она изменяется линейно. Промежуток времени от момента начала взаимодействия водорода с металлом до появления признаков обезуглероживания называют индукционным (инкубационным) периодом. Для сталей ряда марок получены эмпирические соотношения, по которым можно рассчитать продолжительность индукционного периода в зависимости от температуры и давления водорода в газовой фазе [I]. [c.817]

Степень водородного охрупчивания принято оценивать по изменению механических хараетеристик стали, до высокотемпературного водородного воздействия и после. Наибольшие изменения при этом претерпевают характеристики пластичности стали (относительные удлинение и сужение), а также временное сопротивление. Сведения об изменении механических характеристик сталей (водородном охрупчивании) под влиянием растворенного в них водорода (в условиях, когда обезуглероживания стали не происходит) обобщены в [2]. [c.818]

Эффект водородной хрупкости проявляется максимально в интервале температур от -20 до +30 °С и зависит от скорости деформации [11]. Охрупчивающее влияние водорода при содержании его до 8-10 мл/100 г — процесс обратимый, т. е. после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность конструкции не слишком большого сечения обычно восстанавливается вследствие десорбции водорода из металла. Обратимая хрупкость стали обусловливается растворенным в кристаллической решетке водородом. Необратимая хрупкость зависит от содержания водорода в стали в молекулярном состоянии, агрегированного в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим большие трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости не восстанавливаются даже после вакуумного отжига, в структуре стали происходят необратимые изменения [34, 51] образование трещин по границам зерен, где наблюдается преимущественное скопление водорода, и обезуглероживание стали. [c.12]

Этот вид воздействия водорода на стали получил название обезуглероживания. Процесс наяинается с поверхности стали и чугуна и распространяется вглубь, уменьшая износоустойчивость, твердость и предел усталости металла. Обезуглероживание может вызывать не только водород, но и водяной пар, двуокись углерода и даже воздух, но в значительно меньшей степени. [c.30]

Как видно из уравненр я (18), температура принадлежит к числу наиболее значащих факторов, определяющих вязкость разрущения материала и другие его прочностные свойства при водородном охрупчивании. Существующие литературные данные о влиянии уровня температур весьма противоречивы [9, 97, 103]. В целом можно говорить о тенденциях снижения собственно охрупчивания металла с ростом температуры (рис. 20), когда проявляется водородная коррозия и наблюдается обезуглероживание стали. При температурах ниже —10 °С ряд исследователей наблюдает существенное снижение подвижности атомов водорода, и удельный вес его охрупчи-вающего влияния в общем механизме разрущения существенно уменьщается. Феноменологически изменение охрупчивающего влияния водорода в зависимости от температуры может быть представлено в виде графика (рис. 20, а 21, а). [c.78]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...