Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Процессы деградации металлов
Metal degradation processes
Водородное охрупчивание – это общее название для широкого спектра процессов деградации металлов, вызванных взаимодействием с атомами водорода. Следует отметить, что молекулярный газообразный водород не оказывает такого же воздействия, как атомы или ионы, внедренные в твердый раствор металла.
Hydrogen damage is the generic name given to a large number of metal degradation processes due to interaction with hydrogen atoms. Note that molecular gaseous hydrogen does not have the same effect as atoms or ions released into solid solution in the metal.
Создание внутренних дефектов
Углеродистые стали, подвергающиеся воздействию водорода при высоких температурах, испытывают высокотемпературную водородную атаку, приводящую к внутренней декарбонизации и снижению прочности.
Carbon steels exposed to hydrogen at high temperatures experience high temperature hydrogen attack which leads to internal decarburization and weakening.
Пузырьки
Атомный водород, диффундирующий через металлы, может накапливаться во внутренних дефектах, таких как включения и расслоения, и образовывать молекулярный водород. В этих местах может возникать высокое давление из-за продолжающегося поглощения водорода, что приводит к образованию, росту и в конечном итоге к разрыву пузырей (блистеров). Водородно-индуцированное растрескивание, вызванное образованием блистеров, наблюдалось в сталях, алюминиевых сплавах, титановых сплавах и конструкционных материалах для ядерной энергетики. Металлы с низкой растворимостью водорода (например, вольфрам) более склонны к образованию блистеров. В то время как в металлах с высокой растворимостью водорода, таких как ванадий, водород предпочитает образовывать стабильные гидриды металлов, а не пузыри или блистеры.
Atomic hydrogen diffusing through metals may collect at internal defects like inclusions and laminations and form molecular hydrogen. High pressures may be built up at such locations due to continued absorption of hydrogen leading to blister formation, growth and eventual bursting of the blister. Such hydrogen induced blister cracking has been observed in steels, aluminium alloys, titanium alloys and nuclear structural materials. Metals with low hydrogen solubility (such as tungsten) are more susceptible to blister formation. While in metals with high hydrogen solubility like vanadium, hydrogen prefers to induce stable metal hydrides instead of bubbles or blisters.
Разломы, хлопья, рыбьи глаза и микроперфорации
Пластинчатые и оскольчатые трещины – это внутренние надрезы, наблюдаемые в крупных поковках. Водород, поглощенный в процессе плавки и литья, концентрируется во внутренних полостях и дефектах, вызывая эти дефекты при ковке. "Рыбьи глаза" – это яркие участки, названные так из-за внешнего вида, которые видны на поверхностях излома, как правило, сварных соединений. Водород проникает в металл во время сварки плавлением и вызывает этот дефект при последующих напряжениях. Стальные корпуса, подвергающиеся воздействию чрезвычайно высокого давления водорода, могут развивать небольшие трещины или микроперфорации, через которые может происходить утечка жидкостей.
Flakes and shatter cracks are internal fissures seen in large forgings. Hydrogen picked up during melting and casting segregates at internal voids and discontinuities and produces these defects during forging. Fish eyes are bright patches named for their appearance seen on fracture surfaces, generally of weldments. Hydrogen enters the metal during fusion welding and produces this defect during subsequent stressing. Steel containment vessels exposed to extremely high hydrogen pressures develop small fissures or micro perforations through which fluids may leak.
Потеря натяжной пластичности
Водород снижает прочность на растяжение и пластичность во многих материалах. В пластичных материалах, таких как аустенитные нержавеющие стали и алюминиевые сплавы, выраженное охрупчивание может не наблюдаться, но может проявляться значительное снижение пластичности при растяжении (в процентах удлинения или в процентах уменьшения площади) при испытаниях на растяжение.
Hydrogen lowers tensile ductility in many materials. In ductile materials, like austenitic stainless steels and aluminium alloys, no marked embrittlement may occur, but may exhibit significant lowering in tensile ductility (% elongation or % reduction in area) in tensile tests.
Контроль за повреждением водорода
Лучший способ предотвращения водородного охрупчивания – это контроль контакта между металлом и водородом. Можно предпринять множество мер для снижения проникновения водорода в металл во время критических операций, таких как плавка, литье, обработка давлением (прокат, ковка и т.д.), сварка, а также при подготовке поверхности, включая химическую очистку, электропластирование и коррозию в процессе эксплуатации. Контроль окружающей среды и металлургическое регулирование состава материала для уменьшения его восприимчивости к водороду – два основных подхода к снижению водородного охрупчивания.
The best method of controlling hydrogen damage is to control contact between the metal and hydrogen. Many steps can be taken to reduce the entry of hydrogen into metals during critical operations like melting; casting; working (rolling, forging, etc. ); welding; and surface preparation, like chemical cleaning, electroplating, and corrosion during their service life. Control of the environment and metallurgical control of the material to decrease its susceptibility to hydrogen are the two major approaches to reduce hydrogen damage.
Обнаружение повреждения водородом
Существуют различные методы адекватной идентификации и мониторинга водородного охрупчивания, включая метод ультразвукового затухания эха, амплитудный обратный рассеяние, измерение отношения скоростей, метод ползучих волн/времени прохождения, скорость сдвиговых волн в режиме "pitch-catch", передовые ультразвуковые методы обратного рассеяния (AUBT), дифракцию времени прохождения (TOFD), картирование толщины и металлографию на месте – реплики. Для обнаружения водородного охрупчивания используется метод обратного рассеяния для выявления пораженных участков в материале. Для перекрестной проверки и подтверждения результатов измерения обратного рассеяния применяется метод измерения отношения скоростей. Для обнаружения микро- и макротрещин подходит метод дифракции времени прохождения.
There are various methods of adequately identifying and monitoring hydrogen damage, including ultrasonic echo attenuation method, amplitude based backscatter, velocity ratio, creeping waves/time of flight measurement, pitch catch mode shear wave velocity, advanced ultrasonic backscatter techniques (AUBT), time of flight diffraction (TOFD), thickness mapping and in situ metallography – replicas. For hydrogen damage, the backscatter technique is used to detect affected areas in the material. To cross check and confirm the findings of the backscatter measurement, the velocity ratio measurement technique is used. For the detection of micro and macro cracks, time of flight diffraction is a suitable method to use.