Спосіб прогнозування воднетривкості сталей

Реферат: Спосіб прогнозування воднетривкості сталей, при якому вводять два показники сталі: фазовий A  , який відображає структурний тип основної фази в сталі, та механічний K , що характеризує здатність сталі до рівномірної пластичної деформації за статичного розтягання на повітрі, і розраховують відносне видовження H , відносне звуження H та малоциклову довговічність NH сталі у водні за окремими формулами для матеріалів з A   1 та A   1 . UA 71087 U (54) СПОСІБ ПРОГНОЗУВАННЯ ВОДНЕТРИВКОСТІ СТАЛЕЙ UA 71087 U UA 71087 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб стосується досліджень матеріалів за допомогою прикладання до них механічних зусиль, зокрема до визначення механічних властивостей сталей при розтяганні, і може бути використаний для оцінки роботоздатності матеріалів у середовищі водню і розробки нових конструкційних матеріалів хімічного, нафтогазового та енергетичного машинобудування. Відомі способи оцінки водневої крихкості конструкційних матеріалів включають безпосереднє визначення їх механічних властивостей у середовищі водню або розрахунок певних узагальнюючих характеристик [1-3]. У роботі [2] ступінь впливу водню визначали, порівнюючи величини повної енергії граничної деформації W c вихідних та наводнених зразків за статичного розтягання. Значення W c розраховували за формулою W c=0,5(0,2+Sk)np, де Sk=B/(1-) - істинна границя міцності; 0,2 - границя текучості; B - границя міцності;  відносне поперечне звуження; епр=ln[1/(1–)]. Недоліком відомих способів є те, що вони потребують проведення вартісних, складних і вибухонебезпечних випробувань у водні для оцінки ступеня водневої деградації, а також те, що вони не дозволяють прогнозувати значення механічних властивостей нових матеріалів. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого є спосіб прогнозування статичної довговічності сталі при високих тисках водню і температурах за її хімічним складом [3]. Даний спосіб передбачає: а) розрахунок індексу легованості сталі U=a0Fe+a1Si+a2Mn+а3Сr+a4Мо+…aiMi; б) розрахунок коефіцієнта впливу вуглецю Q, який залежить від його концентрації С, індексу легованості сталі U та парціального тиску водню р (МПа); в) розрахунок показника роботоздатності за формулою Р=QMU (де коефіцієнт впливу структури М1 для оптимально оброблених сталей). Таким чином, для прогнозування роботоздатності сталі потрібно знати лише її хімічний склад. Цей спосіб має недоліки, а саме: а) дозволяє отримати тільки якісну, а не кількісну оцінку, оскільки не враховується структурно-фазовий стан сталі, від якого суттєво залежить дія водню на метал; б) придатний тільки для феритно-перлітних сталей після оптимальної термічної обробки (М=1); в) концентрації легуючих елементів не повинні перевищувати: 0,25 % С; 2 % Si; 2 % Мn; 1 % Мо; 5 % Сr; г) не встановлено внесок у довговічність таких важливих легуючих елементів, як W, V, Ті, Ni. Таким чином, даний спосіб дозволяє оцінювати показники воднетривкості тільки феритноперлітних сталей. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб прогнозування механічних характеристик сталей (відносного звуження, відносного видовження, малоциклової довговічності) у водні, де введенням двох показників сталі: фазового А, яким за хімічним складом сталі відображають структурний тип основної фази, та механічного K, який характеризує здатність сталі до рівномірної пластичної деформації за статичного розтягання на повітрі, одержують аналітичні залежності між відносним видовженням, відносним звуженням, малоцикловою довговічністю сталі у водні та її механічними властивостями при розтягу на повітрі, не проводячи випробувань у водні, за рахунок чого підвищується продуктивність праці, зменшується вартість досліджень уже існуючих сталей та розробки нових, стійких до дії водню, сталей. Суть даного способу полягає в тому, щоб за механічними властивостями сталі, які визначають механічний показник K при розтяганні сталі на повітрі та за фазовим показником А, який залежить від хімічного складу сталі побудувати графічні залежності, апроксимуючи які можна одержати рівняння для визначення відносного видовження, відносного звуження і довговічності у водні. Суттєвою відмінністю даного способу від прототипу є те, що введенням фазного показника А і механічного показника K можна кількісно (а не тільки якісно) та для широкого класу сталей (а не тільки для феритно-перлітних) прогнозувати характеристики пластичності та малоциклової довговічності сталей у водні. Запропонований спосіб, порівняно з відомими [2, 3], не потребує проведення складних вибухонебезпечних та вартісних випробувань сталі в середовищі водню. Корисну модель пояснюють наступним чином. Показник А визначають за діаграмами стану потрійних Fe-Cr-Ni сплавів та діаграмою Шефлера. Він є кількісною мірою надлишку або нестачі -активності елементів хімічного складу, який розраховують за формулою: 1 UA 71087 U А=E(Ni)/Eв(Ni), (1) де Е(Ni)=[Ni]+[Co]+0,5[Mn]+0,3[Cu]+25[N]+30[C], 5 2 Ев(Ni)=0,0512Е (Cr)-1,843E(Cr)+28,6, (2) (3) E(Cr)=[Cr]+2[Si]+1,5[Mo]+5[V]+5,5[A1]+1,75[Nb]+1,5[Ті]+0,75[W]. 10 15 (4) Тут E(Ni) і E(Cr) - нікелевий і хромовий еквіваленти; [Ni], [Cr], [N] і т.д. - вміст хімічних елементів у масових процентах. Вміст С0,15 %; S, Р, As, О