Влияние характеристик микроструктуры на коррозионную стойкость стали марки 15ХМ
Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №1(137)
Рубрика: Технические науки
Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №1(137)
Влияние характеристик микроструктуры на коррозионную стойкость стали марки 15ХМ
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-08-01265.
Одним из путей повышения коррозионной стойкости и надежности тепломеханического оборудования является совершенствование характеристик микроструктуры конструкционных сталей. К характеристикам микроструктуры относят зеренную структуру. В этой связи с целью снижения коррозионных повреждений представляет научный и практический интерес оценка роли зеренной микроструктуры на коррозионную стойкость трубной энергетической стали.
Методика настоящей работы заключалась в проведении коррозионных испытаний образцов, изготовленных из трубной стали 15ХМ, с определением размеров кристаллитов L и областей когерентного рассеяния Д и их влияния на скорость коррозии.
В реальном кристалле области когерентного рассеяния (ОКР) по-разному ориентированы по отношению друг к другу, разделены несовершенными по структуре границами, связывающими ОКР, имеют разброс по дисперсности ОКР, по форме частиц, по химическому составу частиц, т.е. по коэффициенту ослабления. Условия когерентной дифракции при этом нарушаются, и не только растет ширина дифракционного максимума, но и меняется его интегральная интенсивность. На этом факте основана методика оценки размеров кристалла, когда реальная интегральная интенсивность сравнивается с той, которая могла бы быть у мозаичного кристалла, если его интенсивность была бы уменьшена на некоторый поправочный коэффициент, эквивалентный увеличению коэффициента ослабления. Этот коэффициент называется коэффициентом первичной экстинкции.
В реальных кристаллах интегральная интенсивность дифракционной линии может быть выражена уравнением [1]:
где Iмоз – интенсивность идеально-мозаичного кристалла; th(nq)/nq – коэффициент первичной экстинкции; th(nq) – гиперболический тангенс; n – число параллельных отражающих атомных плоскостей в одном блоке; q – отражательная способность, отнесенная к одной атомной плоскости, определяемая по выражению [1]:
где ρ, A – соответственно плотность и атомная масса; No – число Авогадро; dhkl – межплоскостное расстояние; F – структурная амплитуда.
Размер области когерентного рассеяния Д может быть определен из условия:
Значения коэффициентов первичной экстинкции th(nq)/nq в зависимости от величины (nq) представлены в табл.1 [1].
Таблица 1.
Зависимость th(nq)/nq от nq
|
nq |
th(nq)/nq |
nq |
th(nq)/nq |
nq |
th(nq)/nq |
|
0,1 |
0,997 |
0,8 |
0,830 |
2,0 |
0,480 |
|
0,2 |
0,987 |
0,9 |
0,800 |
2,2 |
0,440 |
|
0,3 |
0,971 |
1,0 |
0,760 |
2,4 |
0,410 |
|
0,4 |
0,950 |
1,2 |
0,700 |
2,6 |
0,380 |
|
0,5 |
0,924 |
1,4 |
0,630 |
2,8 |
0,360 |
|
0,6 |
0,895 |
1,6 |
0,580 |
3,0 |
0,330 |
|
0,7 |
0,863 |
1,8 |
0,530 |
3,2 |
0,312 |
Объемное распределение кристаллитов по размерам L(D) рассчитывается, исходя из выражения, получаемого при аппроксимации профиля рентгеновской линии функцией Фойгта [2 – 4]:
,
где 
, θo – угол Вульфа-Брэгга на максимуме профиля дифракционной линии; L –текущий размер кристаллитов; λ – длина волны используемого излучения; βК и βГ – величины физических Коши- и Гаусса-уширений профилей дифракционных линий.
Скорость коррозии оценивалась по приросту массы образцов. Результат коррозионных испытаний представлен на рис. 1. Видно, что образцы, вырезанные из одной трубы, в разной степени подвержены коррозионным повреждениям. Наибольшая скорость коррозии и привес массы за счет образования тяжелых окислов наблюдается у образцов № 1 и №6, №7, №8.
Рисунок 1. Удельный прирост массы образцов из стали 15ХМ
На рис. 2,3 помещены измеренные значения размеров кристаллитов L и значения областей когерентного рассеяния.
Из рис. 1. и рис. 2 следует, что между скоростью коррозии и размерами кристаллитов корреляция отсутствует, тогда как зависимость прироста массы прокорродировавших образцов полностью воспроизводит результаты измерения областей когерентного рассеяния (рис. 1 и рис. 3).
Рисунок 2. Размер кристаллитов L
Рисунок 3. Величина области когерентного рассеяния Д
Заключение
Проведенные оценки в первом приближении позволяют сформулировать следующее:
1 – зеренная микроструктура влияет на коррозионную стойкость стали;
2 – антикоррозионные характеристики ниже у образцов стали с большими значениями областей когерентного рассеяния;
3 – между скоростью коррозии и размерами кристаллитов корреляции не обнаружено.
