Дослідження впливу рідкісноземельних металів на корозійну стійкість аустенітних зварних швів до дії агресивних середовищ. Фактори корозійного процесу, що відбувається на поверхні металу шва аустенітної сталі, мікролегованого рідкісноземельними металами.
Аннотация к работе
Вміст РЗМ в металі швів навіть у незначних концентраціях сприяє суттєвому підвищенню їх корозійної стійкості, що еквівалентно підвищенню вмісту хрому і нікелю в шві. Мікролегування РЗМ зварного шва є складним металургійним процесом, що має модифікуючу, рафінуючу і легуючу дії на метал. Розуміння механізму впливу, а також кількісна оцінка процесів корозії дозволяє вибрати найбільш ефективні домішки РЗМ в покриття електродів, що використовуються для зварювання легованих сталей. №167 (Додаток 7), госпдоговірними темами: “Розробити і впровадити корозійностійкі матеріали (електроди), леговані РЗМ, для зварювання і ремонту апаратури коксохімічного виробництва”, “Дослідження корозійної стійкості зварних швів, мікролегованих РЗМ в технологічних середовищах коксохімічного виробництва” (номери державної реєстрації: 01880061906, 01870030340, 1989 р.), а також відповідно до координаційного плану Міністерства освіти і науки України, завдання 21 - “Створення нових технологій і методів механізації, що забезпечують будівництво і модернізацію будівель і споруд” (номер державної реєстрації 0199U004287). У звязку з цим сформульовані наступні основні задачі дослідження: - визначення основних контролюючих факторів корозійного процесу, що відбувається на поверхні металу шва аустенітної сталі, мікролегованого РЗМ в розведеній сірчаній кислоті, і впливу залишкового вмісту їх на корозійну стійкість;Відзначено, що застосування РЗМ у зварювальних матеріалах і сталях є одним з перспективних шляхів підвищення корозійної стійкості зварних швів. Введення Y у покриття електрода в кількості 0,5-1% мас. при його залишковому вмісті в металі 0,0017-0,0032% мас. призводить до сильного гальмування корозійного процесу (в 2-4 рази) в розчинах H2SO4. (залишковий вміст Y у металі понад 0,004% мас.) незначно активує корозійний процес. Добавки YF3 в кількості 0,5-2% мас., як і комплексне мікролегування СЕО2 і Y, призводить до значного гальмування корозійних процесів наплавленого металу в розчинах H2SO4. Аналіз потенціодинамічних кривих для міжфазних границь наплавлений метал - розчин H2SO4 показує, що введення до складу електродного покриття Y чи його зєднань у кількості 0,5-1% мас. викликає зміщення потенціалу вільної корозії в бік позитивних значень, гальмування реакцій анодного розчинення металу в порівнянні з вихідним варіантом і одночасно до гальмування процесу катодного виділення водню.Показано, що мікролегування Y або його сполуками, сумісне мікролегування Y і Се металу зварного шва призводять до зменшення струмів саморозчинення і полегшують його пасивацію. Показано, що швидкість корозії аустенітного металу 07Х19Н11МЗ залежить від вмісту Y, C, Cr, Ni. Встановлено, що розмір зерна в цьому випадку залежить тільки від вмісту Y в металі. При сталості вмісту в зварному шві C, Cr, Ni залежність швидкості корозії від вмісту Y у металі шва має квадратичну залежність з мінімумом, що відповідає оптимальному вмісту Y в межах 0,0025-0,0032 мас. Зменшення водневого поглинання металу обумовлено присутністю в металі Y як у складі НВ, так і в твердому розчині, а також підвищенню енергії звязків метал - водень.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Показано, що мікролегування Y або його сполуками, сумісне мікролегування Y і Се металу зварного шва призводять до зменшення струмів саморозчинення і полегшують його пасивацію. Встановлено зміщення потенціалу корозії аустенітних металів в анодний бік. Показано, що мікролегування Y гальмує катодну реакцію відновлення іонів водню. Визначено склад добавок РЗМ у покриття зварювальних електродів, що забезпечують підвищення корозійної стійкості аустенітних швів у розчинах Н2SO4.
2. Побудовано математичну модель впливу концентрацій легуючих елементів на швидкість корозійних процесів (К) і розмір аустенітного зерна (d3). Показано, що швидкість корозії аустенітного металу 07Х19Н11МЗ залежить від вмісту Y, C, Cr, Ni. Встановлено, що розмір зерна в цьому випадку залежить тільки від вмісту Y в металі. При сталості вмісту в зварному шві C, Cr, Ni залежність швидкості корозії від вмісту Y у металі шва має квадратичну залежність з мінімумом, що відповідає оптимальному вмісту Y в межах 0,0025-0,0032 мас. %.
3. Встановлено, що Y сумісно з Се, а також їхні сполуки суттєво модифікують наплавлений метал зварного шва. Структурні зміни приводять до зменшення мікрохімічної неоднорідності (особливо по Ni і Cr) і сприяють утворенню суцільних пасивних захисних шарів, збагачених РЗМ. Це забезпечує більш рівномірний розподіл електродного потенціалу по поверхні металу зварного зєднання і зменшує анодні локальні струми.
4. Запропонована схема впливу РЗМ на процеси виникнення МКК наплавленого металу. Гальмування дифузійних процесів міграції вуглецю при утворенні карбідів хрому в металі швів при температурах 600-800°С, а також при більш сприятливому розподілі НВ зменшує схильність металу до МКК. Побудовано діаграму схильності до МКК металу швів 07Х19Н11МЗ від терміну провокуючого відпалу.
5. Вперше показано, що введення в метал зварних швів аустенітних сталей Y знижує дифузійну рухливість атомів водню. Зменшення водневого поглинання металу обумовлено присутністю в металі Y як у складі НВ, так і в твердому розчині, а також підвищенню енергії звязків метал - водень.
6. Встановлено, що на поверхні мікролегованих Y зварних швів 10Х20Н9Г6, на відміну від вихідного металу, у водному розчині Н2SO4 утворюється нанорозмірна мономолекулярна фаза (2-3 нм) з напівпровідниковими властивостями. Для досліджених систем розраховані потенціали плоских зон, товщина напівпровідникового шару та енергія Фермі. Показано, що при збільшенні вмісту Y в сталі потенціал плоских зон зміщується в негативний бік, енергія Фермі зменшується, що повязано зі збільшенням енергії виходу електронів з металу.
7. Встановлено, що мікролегування РЗМ зварних швів в 3-4 рази підвищує їхню корозійну стійкість у порівнянні зі зварними швами, утвореними електродами НЖ-13, ЭА-400/10у. Електроди з РЗМ (ЛК-1) впроваджені для зварювання і ремонту устаткування сульфатних відділень і цехів виробництва роданистих солей коксохімічних заводів, що сприяло збільшенню в 2-3 рази міжремонтного періоду роботи устаткування.
Здобувач дослідив, що модифікування Y і Ce аустенітного наплавленого металу збільшує його опір до МКК.
3. Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Желавский С.Г., Сахненко Н.Д. Влияние РЗМ на подвижность водорода в структуре аустенитных сварных швов и их коррозионную стойкость в кислых средах // Вестник НТУ “ХПИ”. - Харьков, 2004. - № 41. - С. 60-66.
Здобувач довів,що мікродомішки Y зменшують рухливість водню, збільшують перенапругу реакції утворення водню та корозійну стійкість сталі.
4. Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Желавский С.Г., Сахненко Н.Д. Влияние иттрия на подвижность водорода в структуре аустенитных сварных швов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2005. - №3/2 (15). - С.8-12.
Здобувач довів,що мікролегування Y аустенітного металу 04Х18Н9 зменшує рухливість водню та наводнювання сталі.
5. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Диффузионное поведение водорода в модифицированном РЗМ металле сварных швов аустенитных сталей // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2005. - № 4/2 (16). - С.54-57.
Здобувач довів,що рухливість водню зменшується внаслідок присутності в металі Y, як у складі неметалевих включень , так і в твердому розчині ,що забезпечує високу енергію електронного звязку з воднем.
6. Нестеренко С.В., Джелали В.В., Шушура О.С. Импедансная спектроскопия стали 10Х20Н9Г6 , имплантированной Y в 1 M H2SO4 // Вестник НТУ “ХПИ”. - Харьков, 2005. - № 16. - С.114-117.
Здобувач виміряв вольтамперні характеристики та імпеданс на границях 10Х20Н9Г6 х Y/ Н2SO4 - 1 моль·дм-3, виконав аналіз С-2 = f(Е) згідно з теорією Мотта - Шоттки..
Здобувач виміряв вольтамперні характеристики та імпеданс на границях Х18Н10/Н2SO4 - х М і виконав аналіз С-2 = f(Е) згідно з теорією Мотта - Шоттки.
8. Состав электродного покрытия: А.с. 1785156 СССР, МКИ В23 К 35/365 / Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Супруненко В.В., Косенко П.А., Бронфельд В.М. (СССР). - №4789989/27; Заявл. 21.11.89; Опубл. 27.01.95, Бюл.№3. - 7 с.
Здобувач обгрунтував поліпшення властивостей зварювального електрода з Y шляхом модифікації його СЕО2.
9. Пат. 1785156 Россия, МКИ В23 К 35/365 / Состав электродного покрытия: Пат. 1785156 Россия, МКИ В 23 К 35/365 / Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Супруненко В.В., Косенко П.А., Бронфельд В.М. (Украина); УХИН, УЗПИ. - № 4789989/27; Заявл. 21.11.89; Опубл. 20.04.96, Бюл. №11. - 7 с.
10. Пат. 15674 Украина, МКИ В23 К 35/365 / Склад електродного покриття: Пат.15674 Украина, МКИ В 23 К 35/365 / Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Супруненко В.В., Косенко П.А., Бронфельд В.М. (Украина); №94322349; Опубл. 30.06.97, Бюл. №3. - 6 с.
11. Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г. Коррозионная стойкость сварных швов аустенитных сталей, микролегированных РЗМ, в технологических средах коксохимзаводов // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2004. - №2. - С.136-137.
Здобувач довів,що оптимальне мікролегування аустенітного металу РЗМ гальмує локальні прояви корозії в розчинах NH4CNS.
Здобувач довів,що мікролегування сталей 07Х19Н11М3, 10Х20Н9Г6, 04Х18Н9, 12Х18Н9 Y та його сполуками збільшує їх корозійну стійкість шляхом утворення тривких пасивних плівок, збагачених РЗМ.
13. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Возможность повышения коррозионной стойкости металла аустенитного шва путем ввода РЗМ // Материалы международн. конф. “Сварка и родственные технологии. - К., 2002. - С.26-27.
Здобувачем здійснена математична обробка експерименту з оптимізаії хімічного складу зварного шва, модифікованого Y.
14. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Использование РЗМ и их лигатур для производства электродов, обеспечивающих высокую коррозионностойкость сварных швов аустенитных сталей // Тез. докл. Международн. конф. “Современные проблемы сварки и ресурса конструкций”. - К., 2003. - С.25-26.
Здобувач дослідив вплив мікролегування Y, Ce та їх сполук на мікроструктуру і механічні властивості зварних швів.