ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXX 2022

Мирослав ХОМА, Світлана ГАЛАЙЧАК, Богдан ДАЦКО, Мар’ян ЧУЧМАН

Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, 79601 Львів, Україна
e-mail: svityliagolovey@gmail.com

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2022.70.169

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ НАВОДНЮВАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ РІЗНОЇ СТРУКТУРИ У СІРКОВОДНЕВИХ СЕРЕДОВИЩАХ

Досліджено абсорбцію водню вуглецевими сталями під час корозії у розчині NACE методом вакуумної екстракції за температур 200, 400, 600 і 800 °С. З’ясовано, що наводнювання сталі У8 підвищується в ряді структур: перліт, сорбіт, троостит і мартенсит. Ферито-перлітна структура сталі 45 найінтенсивніше наводнюється (19,4 ppm), сорбітна, трооститна і мартенситна – менше на 30…50%. Основний вклад в абсорбований водень вносить дифузійно-рухливий. Його частка у загальній кількості абсорбованого досягає ~65…74% для перлітної, 50…54 % сорбітної, 64…78% трооститної і ~67% мартенстної структури сталі У8. Для сталі 45 вона становить ~61…72% для ферито-перліту, сорбіту ~74…79%, трооститу ~61…75% і мартенситу ~52…85%. Виявлено, що структура сталей більше впливає на сорбцію водню, ніж вміст вуглецю.
Статичні навантаження σ = 300 MPa збільшують вміст абсорбованого водню сталями на ~9…15%. На сталі У8 це виявляється істотніше – СσНΣ/С0НΣ = 1,3…1,8. Зі збільшенням нерівноважності структури опірність сталей корозійному розтріскуванню за статичних навантажень зменшується.

Keywords: : сталь, структура, сірководень, наводнювання, статичні навантаження.

Література:

    1. Khoma М., Vasyliv Kh., Chuchman M. Influence of the hydrogen sulfide concentration on the corrosion and hydrogenation of pipe steels (A Survey). Mater. Sci. 2021. Vol. 57(3). P. 308 – 318. (https://doi.org/10.1007/s11003-021-00546-x).
    2. Karpenko V., Kripyakevich R. Influence of hydrogen on the properties of steel. ‒ Moscow: Metallurgizdat, 1962. ‒ 196 р. (in Russian).
    3. Pokhmursky V.I., Fedorov V.V. Influence of hydrogen on diffusion processes in metals. Lviv: Ed. FMI NAS of Ukraine, 1998. 208 p. (in Ukrainian).
    4. Pokhmurskii V., Vasyliv Ch., Vynar V., Holovchuk M., Ratska N. Influence of electrolitic hydrogenation on tribological behavior of armco-iron and niobium as model materials with bcc lattice. Second Ukrainian-Greek Symposium on Fracture Mechanics of Materials and Structures. 3–7 October 2011, Lviv, 2011. P. 95–98.
    5. Monnot M., Nogueira R., Roche V. Sulfide stress corrosion study of a super martensitic stainless steel in H2S sour environments: Metallic sulfides formation and hydrogen embrittlement. Appl. Surf. Sci. 2017. Vol. 394. P. 132–141. (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.10.072).
    6. Khoma M.S.. Problems of fracture of metals in hydrogen-sulfide media. Mater. Sci. 2010. Vol. 46(2). P. 190–200. (https://doi.org/10.1007/s11003-010-9277-1).
    7. Genchev G., Erbe. A. Sour gas corrosion – corrosion of steels and other metallic materials in aqueous environments containing H2S. Reference module in chemistry, molecular sci. and chem. eng., 2017. Р. 221–231. (https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.11546-X).
    8. Hedges B., Sprague K. A review of monitoring and inspection techniques for CO2&H2S corrosion in oil&gas production facilities. NACE Corrosion, 2006. Paper no. 06120. (https://doi.org/10.4314/njtd.v14i2.5).
    9. Radkevych O., Pokhmurs’kyi V. Influence of hydrogen sulfide on the serviceability of materials of gas-field equipment. Materials Science. 2001. Vol. 37. P. 319–332. (https://doi.org/10.1023/A:1013275129001).
    10. Smith S., Joosten M. Corrosion of carbon steel by H2S in CO2 containing oil field environments. NACE Corrosion, 2006. Paper no. 06115.
    11. Kawashima A., Hashimoto K., Shimodaira S. Hydrogen electrode reaction and hydrogen embrittlement of mild steel in hydrogen sulfide solutions. Corrosion. 1976. Vol. 32(8). P. 321–331. (https://doi.org/10.5006/0010-9312-32.8.321).
    12. Berkowitz B.J., Horowitz H.H. The role of H2S in the corrosion and hydrogen embrittlement of steel. J. Electrochem. Soc. 1982. Vol. 129(3), p. 468. (https://doi.org/10.1149/1.2123882).
    13. Woodtli J., Kieselbach R. Damage due to hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking. Eng. Fail. Anal. 2000. Vol. 7(6). P. 427-450. (https://doi.org/10.1016/S1350-6307(99)00033-3).
    14. Moraes F., Bastian F., Ponciano J. Influence of dynamic straining on hydrogen embrittlement of UNSG41300 and UNS-S31803 steels in a low H2S concentration environment. Corros. Sci. 2005. Vol.47(6). P. 1325–1335. (https://doi.org/10.1016/j.corsci.2004.07.033).
    15. Monnot M., Nogueira R., Roche V., Berthomé G., Chauveau E., Estevez R., Mantel M. Sulfide stress corrosion study of a super martensitic stainless steel in H2S sour environments: Metallic sulfides formation and hydrogen embrittlement. Appl. Surf. Sci. 2017. Vol. 394. P. 132–141. (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.10.072).
    16. Hirth J.P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel. Metall. Trans. A. 1980. Vol.11(6). P. 861–890. (https://doi.org/10.1007/BF02654700).
    17. Noh H.S., Kang J.H., Kim K.M., Kim S.J. The effect of carbon on hydrogen embrittlement in stable Cr–Ni–Mn–N austenitic stainless steels. Corros. Sci. 2017. Vol. 124. P. 63–70. (https://doi.org/10.1016/j.corsci.2017.05.004).
    18. Oriani R.A. The diffusion and trapping of hydrogen in steel. Acta Metall. 1970. Vol. 18(1). P. 147–157. (https://doi.org/10.1016/0001-6160(70)90078-7).
    19. Wang M.Q., Akiyama E., Tsuzaki K. Effect of hydrogen on the fracture behavior of high strength steel during slow strain rate test. Corros. Sci. 2007. Vol. 49(11). P. 4081–4097. (https://doi.org/10.1016/j.corsci.2007.03.038).
    20. Vasyliv Ch.B., Vynar V.A., Shirokov V.V., Ratska N.B., Arendar L.A., Khlopyk O.P. Tribological behavior of iron-carbon alloys under the influence of diffusive and residual hydrogen. Naukovi notatki. 2017. Vol. 59. P. 32–37. (in Ukrainian).
    21. Khoma M., Chuchman M., Antoshchak I., Ivashkiv V., Datsko B., Lychkovs’ky E. Corrosion and hydrogenation of 09G2S steel in hydrogen-sulfide media at elevated temperatures and pressures. Mater. Sci. 2016. Vol. 51(5). P. 659–665. (https://doi.org/10.1007/s11003-016-9888-2).
    22. Kim W.K., Koh S.U., Yang B.Y., Kim K.Y. Effect of environmental and metallurgical factors on hydrogen induced cracking of HSLA steels. Corros. Sci. 2008. Vol. 50(12). P. 3336–3342. (https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.09.030).
    23. Pokhmurskyi V.I., Vasyliv Ch.B., Vynar V.A., Ratska N.B., Arendar L.A., Kulyk I. The influence of hydrogen on the structure, mechanical and tribological properties of the surface layers of ferrite-pearlitic steels. Naukovi notatki. 2016. Vol.53. P. 119–125. (in Ukrainian).
    24. Chan S., Charles J. Effect of carbon content on hydrogen occlusivity and embrittlement of ferrite–pearlite steels. Materials science and technology. 1986. Vol. 2(9) P. 956–962. (https://doi.org/10.1179/mst.1986.2.9.956).
    25. Sauvage X., Ivanisenko Y. The role of carbon segregation on nanocrystallisation of pearlitic steels processed by severe plastic deformation. J. Mat. Sci. 2007. Vol. 42(5). P. 1615–1621. (https://doi.org/10.1007/s10853-006-0750-z).
    26. Khoma M., Halaichak S., Ivashkiv V., Chuchman M., Maksishko Yu. Influence of iron sulfides on rate of oxidation-reduction processes on steels different structures in chloride-acetate solutions. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2019. Vol. LVI. P. 71–79. (https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2019.56.071).
    27. Chuchman M.R. Hydrogenation of pipe steels under the action of static and cyclic stresses in hydrogen sulphide environment. Fiz.-Khim. Mekh. Mater. 2014. P. 163–168. (in Ukrainian).
    28. NACE Standard TM0177-96 Laboratory Testing of Metals for Resistance to Specific Forms of Environmental Cracking in H2S Environments. (Houston, TX: NACE).

Як цитувати:

ХОМА М., ГАЛАЙЧАК С., ДАЦКО Б., ЧУЧМАН М. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ НАВОДНЮВАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ РІЗНОЇ СТРУКТУРИ У СІРКОВОДНЕВИХ СЕРЕДОВИЩАХ. Праці НТШ. Хім. Наук. 2022 Т. LXX. С. 169-176.

Завантажити файл

-->