Нохрин А.В., Чувильдеев В.Н., Бутусова Е.Н., Вирясова Н.Н

МОДЕЛЬ ЗАРОЖДЕНИЯ ТРЕЩИН КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ В МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЯХ

Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского госу- дарственного университета им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород [e-mail]

Исследованиям коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) ста- лей посвящено большое число работ, однако известные экспериментальные данные носят противоречивый характер: в ряде работ отмечено отсутствие выраженного силового порога КРН (σкрн) для трубных сталей, в то же время в других работах

показано, что σкрн современных трубных сталей превышает половину предела те- кучести. Наблюдаются противоречия и в понимании влияния параметров структу- ры и уровня старения трубных сталей на их склонность к КРН.

* *

В работе описана модель зарождения трещины КРН, в соответствии с кото- рой предполагается, что время инкубационного периода (τинк) КРН сталей опреде- ляется скоростью накопления дефектов на границах зерен феррита в процессе мик- ропластической деформации и может быть оценено с помощью соотношения: τ инк = e /e˙ v, где e – критическая степень локальной микропластической деформа- ции, накопление которой необходимо для зарождения микротрещины (e*~1¸10%),

ε ˙ v

– скорость микропластической деформации, которая лимитируется скоростью

*

движения дислокаций в поле равномерно распределенных точечных препятствий и экспоненциально зависит от величины приложенного напряжения (σ): ε ˙ v= ε ˙0exp{ - Ä F / kT [1 - (σ - σ 0) / s ]}. (Здесь σ0 – предел макроупругости, Δ F / kT –

свободная энергия преодоления препятствий,

ε ˙0- предэкспоненциальный множи-

тель, σ* – напряжение течения материала при T = 0 K).

Наиболее важным следствием из предложенной модели является вывод о том, что КРН трубных сталей происходит лишь при рабочих напряжениях, превы- шающих величину предела макроупругости стали – при σраб >σ0 возникает поток дислокаций на границы зерен феррита, интенсивность которого (I) равна: I = x ε ˙v/ b, где x – геометрический коэффициент, зависящий от степени однородно- сти потока решеточных дислокаций, b – вектор Бюргерса. Бомбардировка границы зерна потоком дислокаций приводит к накоплению дефектов и, при достижении некоторой критической плотности накопленных дислокаций (достижения e*) – к образованию микротрещины в стыке зерен.

Результаты численных расчетов сопоставлены с экспериментальными дан- ными по исследованию КРН в трубных сталях. Установлено, что предел макроуп- ругости стали является пороговым напряжением для процесса КРН – сопоставле- ние пороговых значений σкрн с параметрами механических свойств показывает, что σкрн с хорошей точностью соответствует величине предела макроупругости σо, а КРН трубных сталей развивается лишь в области микропластической деформации. Показано, что старение стали в процессе длительной эксплуатации приводит к уменьшению τинк и снижению σкрн.

Авторы благодарят за поддержку ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» и ФЦП «Исследования и разработки по при- оритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007- 2013 годы».

Дата добавления: 2017-01-14