Вплив водню на статичну тріщиностійкість жароміцних сталей

Abstract

Досліджено вплив водневої атмосфери за тисків до 30 MPa та заздалегідь поглинутого при 623 K водню на короткочасну і довготривалу статичну тріщиностійкість зразків із мартенситної ЕП-517 (15Х12Н2МФАВ) та аустенітної дисперсійно твердкої ЕП-700 (10Х15Н27Т3В2МР) сталей. Встановлено, що під дією водню у 2–3 рази знижується коефіцієнт інтенсивності напружень Kс і зменшується товщина зразка, за якої реалізується плоскодеформований стан. Вплив водню на значення Kс посилюється зі збільшенням тиску водневої атмосфери (сталь ЕП-517), концентрації заздалегідь поглинутого за високих температур водню (сталь ЕП-700), а також зі зменшенням товщини зразків від 35 до 10 mm. Після витримки у повітрі за кімнатної температури впродовж 17,5·10⁴ h вміст водню в сталях знижується, значення Kс зростають, але є на 20 % нижчі, ніж для ненаводнених зразків. За випробувань на довготривалу статичну тріщиностійкість на базі 300 h встановлено інваріантну характеристику тріщиностійкості сталі ЕП-700 – порогове значення KІHST, рівне 38 MPa m .

Исследовано влияние водородной атмосферы при давлениях до 30 MPa и предварительно поглощенного при 623 K водорода на кратковременную и длительную статическую трещиностойкость мартенситной ЭП-517 (15Х12Н2МФАВ) и аустенитной дисперсионно-твердеющей ЭП-700 (10Х15Н27Т3В2МР) сталей. Установлено, что под воздействием водорода в 2–3 раза снижается коэффициент интенсивности напряжений и уменьшается толщина образца, при которой реализуется плоскодеформированное состояние. Влияние водорода на значения Kс усиливается с увеличением давления водородной среды (сталь ЭП-517) и концентрации предварительно поглощенного при высоких температурах водорода, а также с уменьшением толщины образцов от 35 до 10 mm. После выдержки на воздухе при комнатной температуре в течение 17,5·10⁴ h содержание водорода в сталях уменьшается, значения Kс возрастают, но остаются на 20% меньшими, нежели ненаводороженных образцов. При испытаниях на длительную статическую трещиностойкость на базе 300 h установлена инвариантная характеристика стали ЭП-700 – пороговое значение KІHST, равное 38 MPa.

The effect of hydrogen atmosphere at pressures up to 30 MPa and preliminary absorbed at 623 K hydrogen on the short- and long-time static fracture toughness of the martensitic EP-517 (15Х12Н2МФАВ) and austenitic EP-700 (10Х15Н27Т3В2МР) steels is investigated. It was established that under hydrogen effect the stress intensity factor Kс decreases 2–3 fold and as well as the specimen thickness at which the stress-strain state occurs. Hydrogen influence on Kс increases with the growth of hydrogen medium pressure (ЭП-517 steel) and concentration of preliminary adsorbed at high temperatures hydrogen and also with the decrease of the specimen thickness from 35 to 10 mm. After exposure to air at room temperature for 17.5·10⁴ h the content of hydrogen in steels decreases, the Kс values increase, but remain 20% lower than Kс of the non-hydrogenated samples. In the long- term static crack growth resistance testing on the base of 300 h the invariant characteristic of EP-700 steel – the threshold KІHST value is 38 MPa.