ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Поведение металла в коррозионной среде может быть неоднозначным, что связано с особенностями протекания коррозионного процесса. Влияние на процесс коррозии оказывают как внешние, так и внутренние факторы. Внешние факторы определяются температурой, влажностью, типом коррозионной среды и др. Внутренние факторы зависят от параметров системы (материала): наличия включений, фазового состава, структуры, величины внутренних остаточных напряжений. Внутренние факторы неоднозначно влияют на поведение материала в определенной агрессивной среде, что в конечном итоге сказывается на времени коррозионного разрушения материала и, как следствие, на времени эксплуатации объектов, изготовленных из данного материала. Потому дифференциация влияния различных внутренних факторов на скорость протекания коррозионного процесса в агрессивной среде является приоритетным направлением исследований. Цель настоящей работы: рассмотрение влияния величины внутренних остаточных напряжений на скорость коррозионного процесса в агрессивной среде – 5%-м растворе серной кислоты. Объектом исследования в работе является листовой прокат стали Ст3 в состоянии поставки после различной по величине пластической деформации, из которого были изготовлены исследуемые образцы. Методы исследования. Изучение микроструктуры деформированных образцов осуществлялось на оптическом микроскопе Оlympus GX53; программное обеспечение SIAMS 800 использовалось для определения балла зеренной структуры и определения анизотропии структуры после деформации материала; рентгеновский дифрактометр ДРОН-7 – для регистрации дифрактограмм и определения величины внутренних напряжений; лабораторные весы SHIMADZU UW620h – для измерения массы исследуемых образцов. Растяжение образцов производилось на универсальной испытательной машине И1185М (100 кН). Результаты и обсуждение. Полученные результаты показывают, что пластическая деформация материала в направлении проката оказывает неоднозначное воздействие на анизотропию структуры. При повышении степени пластической деформации происходит неоднозначное изменение величины анизотропии зерна, что связано с внутренними эффектами протекающих в структуре материала процессов при пластической деформации, такими как скольжение кристаллической решетки в направлениях {111} <110> и возникновение обратных остаточных внутренних напряжений из-за наличия в структуре стали включений. Однако при этом степень пластической деформации достаточно хорошо коррелирует с величиной внутренних остаточных напряжений. Рост величины внутренних остаточных напряжений приводит к возрастанию скорости коррозии конструкционной стали Ст3 в 5%-м растворе соляной кислоты. Полученная зависимость описывается линейным уравнением с высоким коэффициентом детерминации, что свидетельствует о наличии сильной связи между величиной внутренних остаточных напряжений и скоростью коррозии материала. При этом коэффициент влияния величины внутренних напряжений на скорость коррозии равен 0,72, что дополнительно доказывает наличие взаимосвязи между рассматриваемыми параметрами.

1. Влияние напряженного-деформированного состояния металла трубопровода на скорость развития «ручейковой» коррозии / И.В. Жуйков, Д.В. Гареев, Г.Г. Попов, В.И. Болобов // Современные образовательные технологии в подготовке специалистов для минерально-сырьевого комплекса: III Всероссийская конференция: сборник научных трудов. – СПб., 2020. – С. 1364–1370.

2. Зайнуллин Р.С., Зайнуллина А.Р. Взаимосвязь скорости коррозии и напряженно-деформированного состояния стали // Нефтегазовые технологии и новые материалы. Проблемы и решения. – Уфа, 2016. – Вып. 5 (10). – С. 347–353.

3. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Металлургия, 1970. – 366 с.

4. Зерний Ю.В. Основы точности и управления качеством в приборостроении: учебное пособие. – М.: Моск. гос. акад. приборостроения и информатики, 2003. – 170 с.

5. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. – М: Металлургия, 1975. – 208 с.

6. ГОСТ 9.008–85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. – М.: Изд-во стандартов, 2004. – 17 c.

7. Материаловедение: учебное пособие / под ред. А.Г. Багинского; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – 104 с.

8. Роль неметаллических включений и микроструктуры в процессе локальной коррозии углеродистых и низколегированных сталей / И.И. Реформатская, И.Г. Родионова, Ю.А. Бейлин, Л.А. Нисельсон, А.Н. Подобаев // Защита металлов. – 2004. – Т. 40, № 5. – С. 498–504.

9. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Зайцев А.И. О роли неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей // Металлы. – 2004. – № 5. – С. 13–19.

10. Определение взаимосвязи фактора разнозернистости и скорости коррозии конструкционной стали / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 106–125. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-106-125.

11. Оценка влияния дисперсности структуры стали на магнитные и механические свойства / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 4. – С. 93–110. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-93-110.

12. Tensile properties and twinning behavior of high manganese austenitic steel with fine-grained structure / R. Ueji, N. Tsuchida, D. Terada, N. Tsuji, Y. Tanaka, A. Takemura, K. Kunishige // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, iss. 9. – P. 963–966. – DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.06.050.

13. Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситного превращения в бикристаллах NiTi / Р.И. Бабичева, А.С. Семенов, С.В. Дмитриев, К. Жоу // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 162–167. – DOI: 10.22226/2410-3535-2019-2-162-167. – На англ. яз.

14. Study of defect evolution by TEM with in situ ion irradiation and coordinated modeling / M. Li, M.A. Kirk, P.M. Baldo, D. Xu, B.D. Wirth // Philosophical Magazine. – 2012. – Vol. 92 (16). – P. 2048–2078. – DOI: 10.1080/14786435.2012.662601.

15. Influence of surface treatment of construction steels on determination of internal stresses and grain sizes using X-ray diffractometry method / R. Sokolov, V. Novikov, A. Venedictov, K. Muratov // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 19 (5). – P. 2584–2585. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.09.015.

16. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, И.М. Ковенский, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов, Л.З. Чаугарова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 113–126. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-113-126.

17. Abuku S. Magnetics studies of residual stress in iron and steel induced by uniaxial deformation // Japanese Journal of Applied Physics. – 1977. – Vol. 16 (7). – P. 1161–1170. – DOI: 10.1143/JJAP.16.1161.

18. Magnetic incremental permeability as indicator of compression stress in low-carbon steel / A.N. Stashkov, E.A. Schapova, A.P. Nichipuruk, A.V. Korolev // NDT & E International. – 2021. – Vol. 118. – P. 102398. – DOI: 10.1016/j.ndteint.2020.102398.

19. Modelling the plastic anisotropy of aluminum alloy 3103 sheets by polycrystal plasticity / K. Zhang, B. Holmedal, O.S. Hopperstad, S. Dumoulin // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2014. – Vol. 22 (7). – P. 075015. – DOI: 10.1088/0965-0393/22/7/075015.

20. Zhao Q., Holmedal B., Li Y. Influence of dispersoids on microstructure evolution and work hardening of aluminium alloys during tension and cold rolling // Philosophical Magazine. – 2013. – Vol. 93 (22). – P. 2995–3011. – DOI: 10.1080/14786435.2013.794315.

21. Holmedal B., Houtte P.V., An Y. A crystal plasticity model for strain-path changes in metals // International Journal of Plasticity. – 2008. – Vol. 24 (8). – P. 1360–1379.

22. Juul Jensen D., Hansen N. Flow stress anisotropy in aluminium // Acta Metallurgica et Materialia. – 1990. – Vol. 38 (8). – P. 1369–1380. – DOI: 10.1016/0956-7151(90)90105-P.

23. Extension of homogeneous anisotropic hardening model to cross-loading with latent effects / F. Barlat, J. Ha, J.J. Grácio, M.-G. Lee, E.F. Rauch, G. Vincze // International Journal of Plasticity. – 2013. – Vol. 46. – P. 130–142. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2012.07.002.

24. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Динамика нанодефектов на поверхности нагруженного золота // Физика твердого тела. – 1998. – Т. 40, № 12. – С. 2180–2183.

25. Кулеев В.Г., Царькова Т.П. Особенности зависимости коэрцитивной силы сталей от упругих растягивающих напряжений после пластических деформаций и термообработки // Физика металлов и металловедение. – 2007. – Т. 104, № 5. – С. 479–486.