Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

Влияние масштабного фактора и состояния поверхности на чувствительность стали 20ГС2 к водородному растрескиванию

https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-8-22

Полный текст:

Аннотация

Цель   исследования.   В   настоящее   время   установлено,   что   процесс   коррозионно-механического разрушения протекает в несколько стадий. Однако, как показывает практика и анализ многочисленных разрушений  конструкционных  элементов  из  высокопрочных  материалов  в  строительной  и  машиностроительной отраслях, очень часто в реальных конструкциях уже имеются технологические дефекты типа  трещин.  В таких  случаях  процесс коррозионно-механического  разрушения  начинается  непосредственно с роста  трещины,  минуя подготовительные  стадии  – инкубационный  период  и образование концентратора  напряжения.  Целью  настоящей  работы  являлось  исследование  влияния  масштабного фактора и состояния поверхности на чувствительность стали 20ГС2 к водородному растрескиванию.

Методы.  Для  определения  влияния  состояния  поверхности  и  масштабного  фактора  на длительную коррозионную  прочность в среде, вызывающей водородное растрескивание,  была выбрана арматурная сталь   марки   20ГС2  (четыре   плавки).   Испытаниям   подвергли   натурные   образцы   (l = 300…400 мм) различного диаметра (10, 12 и 14 мм) с гладкокатаным и с периодическим профилем. Также из натурных стержней  (гладкокатаных  и  с  периодическим  профилем)  диаметром  10,  12  и  14 мм  были  выточены образцы с диаметром рабочей части от 6 до 10 мм через 1 мм с чистотой поверхности Ra2,5. Длительную коррозионную прочность оценивали временем до разрушения по результатам испытаний четырех образцов на каждую точку графика. Для создания условий эксперимента, максимально приближенных к эксплуатационным, испытания проводили в водном растворе серной кислоты с добавлением роданистого аммония  при  комнатной  температуре  с  катодной  поляризацией  и  различном  уровне  растягивающих напряжений.

Результаты.  Экспериментально  установлено,  что  натурные  образцы  арматурной  стали  20ГС2  по сравнению с точеными обладают меньшей чувствительностью к водородному растрескиванию. Данное обстоятельство  обусловлено  тем  фактом,  что  после  механической  обработки  резанием  в  точеных образцах значение уровня остаточных растягивающих напряжений значительно выше, чем в натурных образцах. Показано, что натурные образцы арматурной стали 20ГС2 с периодическим профилем обладают меньшей стойкостью к водородному растрескиванию,  по сравнению с натурными гладкокатаными образцами. Меньшая стойкость к водородному растрескиванию арматуры периодического профиля обусловлена наличием на ее поверхности ребер, которые играют роль естественных концентраторов напряжений. Полученные  экспериментальные  результаты  позволяют  рекомендовать  для  испытаний  на  коррозионно-механическое разрушение в средах, вызывающих наводороживание,  натурные образцы, так как их использование позволяет приблизить условия эксперимента к реальным условиям эксплуатации изделий.

Заключение.  Полученные  результаты  могут  быть  использованы  при  создании  ресурсосберегающих процессов обработки металлических сплавов и композиционных материалов.

Об авторах

Н. Н. Сергеев
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия

Сергеев Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор/

пр. Ленина, 125, Тула, 300026.



В. В. Извольский
Тульский государственный университет
Россия

Извольский Валерий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры строительства, строительных материалов и конструкций.

пр. Ленина, 92, Тула, 300012.



А. Н. Сергеев
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия

Сергеев Александр Николаевич - доктор педагогических наук,  профессор.

пр. Ленина, 125, Тула, 300026.



С. Н. Кутепов
Тульский государственный университет
Россия

Кутепов Сергей Николаевич - кандидат педагогических наук,  профессор.

пр. Ленина, 92, Тула, 300012.



А. Е. Гвоздев
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия

Гвоздев Александр Евгеньевич - доктор технических наук, профессор.

пр. Ленина, 125, Тула, 300026.



Е. В. Агеева
Юго-Западный государственный университет
Россия

Агеева Екатерина Владимировна - кандидат технических наук, доцент.

ул. 50 лет Октября, 94, Курск, 305040.



Д. С. Клементьев
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия

Клементьев Денис Сергеевич – магистрант.

пр. Ленина, 125, Тула, 300026.



О. В. Кругляков
Юго-Западный государственный университет
Россия

Кругляков Олег Викторович – аспирант.

ул. 50 лет Октября, 94, Курск, 305040.



Список литературы

1. Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н. Водородное охрупчивание и растрескивание высокопрочной арматурной стали: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 180 с.

2. Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н. Механические свойства и внутреннее трение высокопрочных сталей в коррозионных средах: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 430 с.

3. Основы повышения долговечности высокопрочных сталей, эксплуатируемых в водородсодержащих средах: монография / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 348 с.

4. Извольский В.В., Сергеев Н.Н. Коррозионное растрескивание и водородное охрупчивание арматурных сталей железобетона повышенной и высокой прочности. Тула: Изд-во ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 2001. 163 с.

5. Влияние условий отпуска на механические и коррозионные свойства стали 23Х2Г2Т / Н.Н. Сергеев, В.В. Извольский, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2018. № 2(45). С. 128-135.

6. Влияние химического состава стали 23Х2Г2Т на стойкость против коррозионного растрескивания / Н.Н. Сергеев, В.В. Извольский, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, А.Н. Чуканов, О.В. Пантюхин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 9. С. 409-442.

7. Влияние уровня растягивающих напряжений на длительную прочность арматурных сталей в водородсодержащих средах / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 2 (27). С. 6-19.

8. Применение технологии изготовления «корковым» способом формообразующих вставок для литья под давлением медных сплавов / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев, Д.С. Клементьев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 3(78). С. 67-83. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2018-22-3-67-83.

9. Влияние микроструктурных факторов и термической обработки на коррозионную стойкость арматурной стали класса А600 / Н. Н. Сергеев, В. В. Извольский, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. Е. Гвоздев, Е. В. Агеев, Д. С. Клементьев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22. № 2(77). С. 52-63. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2018-22-2-52-63.

10. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршоров, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, А.Д. Бреки, Н.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 235 с.

11. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9-13.

12. Многоуровневый подход к проблеме замедленного разрушения высокопрочных конструкционных сталей под действием водорода / В.П. Баранов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов // Материаловедение. 2017. № 7. С. 11-22.

13. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. Ч.I (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2018. № 3. С. 27-33.

14. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. Ч.II (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2018. № 4. С. 20-29.

15. Формирование пластических зон около сферической полости в упрочненных низкоуглеродистых сталях в условиях водородной стресс-коррозии / Н.Н. Сергеев, В.А. Терешин, А.Н. Чуканов, А.Г. Колмаков, А.А. Яковенко, А.Н. Сергеев, И.М. Леонтьев, Д.М. Хонелидзе, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2017. № 12. С. 18-25.

16. Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М., Колмаков А.Г. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением // Технология металлов. 2015. № 11. С. 17-29.

17. Влияние разнозернистости аустенита на кинетику перлитного превращения в мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталях / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, И.В. Минаев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Материаловедение. 2014. № 7. С. 23-26.

18. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков// Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.

19. On friction of metallic materials with consideration for superplasticity phenomenon / A.D. Breki, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov, N.E. Starikov, D.A. Provotorov, N.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8. No. 1. С. 126-129.

20. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2(23). С. 6-15.

21. Принятие решений по статистическим моделям в управлении качеством продукции / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, С.В. Сапожников, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 5(74). С. 78-92. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-5-78-92.

22. Диффузия водорода в сварных соединениях конструкционных сталей / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 6(75). С. 85-95. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-6-85-95.

23. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, I.V. Tikhonova, A.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze, D.V. Maliy, I.V. Golyshev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8. № 1. С. 148-152.

24. Вариант определения максимального пластического упрочнения в инструментальных сталях / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, А.Е. Чеглов, Н.Н. Сергеев, О.М. Губанов // Сталь. 2017. № 6. С. 26-39.


Для цитирования:


Сергеев Н.Н., Извольский В.В., Сергеев А.Н., Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Агеева Е.В., Клементьев Д.С., Кругляков О.В. Влияние масштабного фактора и состояния поверхности на чувствительность стали 20ГС2 к водородному растрескиванию. Известия Юго-Западного государственного университета. 2019;23(5):8-22. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-8-22

For citation:


Sergeev N.N., Izvolsky V.V., Sergeev A.N., Kutepov S.N., Gvozdev A.E., Ageeva E.V., Klementyev D.S., Kruglyakov O.V. Influence of Scale Factor and Surface Condition on 20GS2 Steel Sensitivity to Hydrogen Cracking. Proceedings of the Southwest State University. 2019;23(5):8-22. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-8-22

Просмотров: 93


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)