Analiza mechanizmu pękania wodorowego w stali dla energetyki.

• Autorzy: Renowicz D. , Sozańska M.

Warianty tytułu

EN

Hydrogen embrittlement mechanism in steel for power industry.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań kruchości wodorowej w stali A508.3 stosowanej w energetyce jądrowej. Przeprowadzone badania miały na celu uściślenie istniejącego liniowo-sprężystego modelu oddziaływań dystorsyjnych z uwzględnieniem występowania w procesie dekohezji stadium pękania ciągliwego, któremu towarzyszy powstawanie strefy odkształceń plastycznych. Badania mikrostrukturalnych oddziaływań lokalnych i ich wpływ na trawałość konstrukcji zapoczątkowano analizą pola naprężeń i odkształceń wywołanych interakcją sąsiadujących ze sobą "pułapek" wodorowych. Przeprowadzono analizę tego zjawiska na podstawie przykładowych obliczeń numerycznych stosując sprężysto-plastyczny model materiału. W pracy zamieszczono mapy naprężeń zredukowanych wg hipotezy Tresca i Hubera dla wybranych wariantów obciążenia próbki o średnicy 4 mm siłą osiową oraz ciśnieniem gazu w "pułapce" wodorowej. Cechy geometryczne opracowanego modelu fizycznego oddziaływań wzajemnych "pułapek" wodorowych określono metodami metalografii i fraktografii ilościowej. Pomiary wielkości wtrąceń niemetalicznych, wokół których powstawał przełom o charakterze quasi-kruchym dokonywano metodami analizy obrazu na podstawie obrazów z mikroskopu optycznego. Pozostałe cechy morfologii przełomów badano metodami fraktografii ilościowej. W ten sposób na podstawie analizy statystycznej otrzymanych wyników określono średnią średnicę wtrącenia, średnią odległość między wtrąceniami oraz parametry geometryczne "rybich oczu".

EN

Results of the hydrogen embrittlement of A508.3 steel for nuclear energetic have been shown in this paper. Presented investigations have in view to find the elastic-plastic solution of distortion interactions. Such an approach takes into account the possibilities of material ductile fracture. The microstructure investigations of local interactions and their influence on structure durability are based on strain and stress analysis caused by interactions of hydrogen traps. The results of the stress field calculations for Tresca and Huber hypothesis for different kinds of loading have been curried out. To investigate interaction between adjacent hydrogen traps in elastic-plastic material under external loading and distortion field affected by hydrogen traps the finite element method has been used. Analysed case reflects the state of tension test for sample of 4 mm diameter under axial force and internal pressure existing in hydrogen traps. The measurements of dimensions the inclusion with brittle fracture were made by quantitative metallography methods using light microscopy. The remaining parameters of morphology fracture analysed by quantitative fractography methods. On this basis average diameter of inclusions, their distance and the diameter of "fish eyes" have been determined.

Słowa kluczowe

PL

mechanizm pękania wodorowego; pękanie wodorowe; stal; energetyka; energetyka jądrowa; fraktografia ilościowa; metalografia

EN

hydrogen embrittlement mechanism; steel; power industry; nuclear energetic; brittle fracture; metallography

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2001
• Tom: R. XXII, nr 3
• Strony: 130--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., tab. rys.

Twórcy

autor

Renowicz D.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu Politechniki Śląskiej

autor

Sozańska M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu Politechniki Śląskiej

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu

Bibliografia

• [1] Śmiałowski M.: Wodór w stali, WNT, Warszawa 1961
• [2] Oriani R. A., Hirth J. P., Śmiałowski M.: Hydrogen degradation of ferrous alloys, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey 1985
• [3] Marcus P., Oudar J.: Corrosion mechanism in theory and practice, Publication Marcel Dekker, New York 1995
• [4] Hirth J. P.: Effects of hydrogen on the properties of iron steel. Metallurgical Transactions, Vol. IIA, No 6, 1980, p. 861-889
• [5] Pressouyre G. M., Bernstein I. M.: A quantitative analysis of hydrogen trapping, Metalurgical Transactions, Vol. 9A, No 22, 1978, p. 31-46
• [6] Pessouyre G. M., Dollet J., Vieillard-Baron B.: Evolution des connaisances concernant la fragilisation des aciers par I’hydrogene, Rev. De Metallurgie, Mem. Et Etudes Scientifiques, Part I: 4, 1982, p. 161-176, Part II: 5, 1982, p. 217-228
• [7] Coudreuse L.: Fragilisation par l’hydrogene et corrosion sous contrainte, D. Dejardins et R. Oltra, Bombannes 1990, p. 397-423
• [8] Magnin T. Chieragatti R., Oltra R.: Mechanism of brittle fracture in a ductile 316 alloy during stress corrosion, Acta Metall. Materiala, Vol. 38, No 7, 1990, p. 1313-1319
• [9] Eimer Cz.: Naprężenia własne w ośrodkach wielofazowych. Teoria ośrodków wielofazowych cz. II, Ossolineum 1976
• [10] Holnicki-Szulc J.: Dystorsje w układach konstrukcyjnych. Analiza, sterowanie, modelowanie. IPPT, PAN, PWN Warszawa-Poznań, 1990
• [11] Cieśla. M.: Ocena trwałości żeliw przeznaczonych na kokile, praca doktorska, Biblioteka Pol. Śl. Gliwice 1990
• [12] Nowacki W.; Termosprężystość. PAN, Ossolineum 1972
• [13] Orłoś Z.: Naprężenia cieplne. PWN, Warszawa 1991
• [14] Żuchowski R.: Zmęczenie cieplne metali i elementów konstrukcji. Prace Nauk. Inst. Mater. I Mech. Tech. Pol. Wrocł. Nr 43, Wrocław 1981
• [15] Plaza M.: Modelowanie procesu pękania metalowych form odlewniczych, praca doktorska. Biblioteka Pol. Śl. Gliwice 1995
• [16] Bińczyk F.: Czynniki kształtujące strukturę wysokoaluminiowych stopów układu Fe-Al.-C i analiza zjawisk destrukcyjnych prowadzących do ich samorzutnego rozpadu. Hutnictwo, Z. Nauk. Pol. Śl. Z. 40, praca habilitacyjna, 1991
• [17] Bińczyk F, Renowicz D.: Fracture of the high aluminium alloy castings. Archiwum Nauki o Materiałach, Z. 3. 1994
• [18] Sozańska M.: Etude des phénomènes provoques par l’hydrogène à l’aide des mthodes d’analyse d’images en relations avec la microstructure et la morphołogie de rupturę, d’aciers A 508.3 et Z2 CND 2205, et d’alliage Fe-Ni, doktorat Ecole Centrale Paris, 1997
• [19] Hirth J. P.: Effects of Hydrogen on the Properties of Iron and Steel, Metallurgical Transactions A, American Society for Metals and the Metallurgical Society of AIME, No 6, volume 1 lA, June 1980
• [20] Sojka J.: Fragilisation par l’hydrogene d’aciers faiblement alliés, utilisés dans l’industne nucléaire – rôle de la microstructure et de l’etat inclusionnaire, doktorat Ecole Centrale Paris, 1997
• [21] Renowicz D., Sozańska M.: Modelowanie pękania wodorowego. VI Konferencja Mechaniki Pękania, Mąchocice-Ameliówka, 22-25.09.1997
• [22] Inoue T., Raniecki B.; Determination of thermal-hardening stress in steels by use of thermoplasticity theory. J. Mech. Phys. Solids Vol 26, 1978
• [23] Raniecki B., Bokota A., Iskierka S., Parkitny R.: Problem of determination of Transient and Residual Stresses in a Cylinder under Progressive Induction Hardening. The 3rd International Conference On Quenching And Control Of Distortion, ASM Heat Treating Society, Prague 1999
• [24] Denis S., Archambault P., Gautier E., Simon A., Beck G.: Prediction of Residual Stress and Distortion of Ferrous and Non Ferrous Metals; current status and future developments. The 3rd International Conference On Quenching And Control Of Distortion, ASM Heat Treating Society, Prague 1999
• [25] Renowicz D.: Influence of Original State of Microstructure on Fracture of Metals. The 3rd International Conference On Quenching And Control Of Distortion, ASM Heat Treating Society, Prague 1999
• [26] Renowicz D., Okrajni J.: Modelowanie oddziaływań dystorsyjnych. Sympozjum „Modelowanie w Mechanice , Z. Nauk. Pol. Śl., seria Mechanika Z. 115, 1994
• [27] Renowicz D.; Procesy rozwoju pęknięć wywołanych oddziaływaniami dystorsyjnymi w stopach. Inżynieria Materiałowa, Nr 3-4, 1994
• [28] Sojka J., Sozańska M., Galland J., Hyspecká L., Tvrdy M.: Conditions of the fish eye formation in hydrogen embrittled pressure vessel steels, International Conf. on Environmental Degradation of Engineering Materials. „EDEM 99”, Gdańsk, pp. 387-393
• [29] Sozańska M., Sojka J., Galland J., Maciejny A., Hyspecka L.: Strukturalne efekty oddziaływania wodoru w niskostopowej stali Mn-Ni-Mo (A508.3), Inżynieria Materiałowa, 3-4.1999, pp. 111-118
• [30] Sozańska M., Sojka J., Cwajna J., Tvrdy M., Hyspecká L., Galland J.: Hydrogen embrittlement study on the A508.3 steel by means of quantitative metallographic methods, International Conference S4 G Stereology, Spatial Statistics and Stochastic Geometry, 22-25.06.1999, Praga, pp. 255-260
• [31] Sojka J., Galland J., Sozańska M., Hyspecká L., Tvrdy M.: Contribution à l’étude des „oeils de poisson” dans les aciers. Rev, Mét.-CIT, Sci. Et Génie des Matériaux, Septembre 2000, pp. 1083-1091
• [32] Jian X., Jin P., Xiao Y., Chen J.: Study on hydrogen embrittlement sensitivity for 16MnG steel welded joint, 11th Int. Corrosion Congress, Florence, Italy, 1990, vol. 4, pp. 225-231
• [33] Milion, C. Milion: L’hydrogène dans les aciers et dans les joint soudés, Mém. Ét. Sci., Rev. Mt., 79, No 4, 1982, pp. 397-423
• [34] Vibrans G.; Fish eyes in rolled steel exposed to hydrogen at room temperature.: Met. Tran., 8A, 19977, pp. 1318-1320
• [35] Cialone H., Assaro R. J.: Hydrogen assisted frqacture of spheroidized jlain carbon steeels. Met. Trans., 12A, 1981, pp. 1371-1387
• [36] Moser M., Schmidt V.: Fractography and mechanizm of hydrogen cracking – a fish eye concept, 6th Int. Conf. On fracture „Advances fracture research”, New Delhi, India, 1984, vol. 4, pp. 2459-2472
• [37] Maurer K., Scheidl H., Bauer R., Mayer W.: O powstawaniu płatków śnieżnych w dużych odkuwkach. Hutnik, 7-8, 1988, pp. 256-262
• [38] French I. E., Weinnch P. F., Weaver C. W.: Hydrogen embrittlement of spheroidized steels. Scripta Metallurgica, 13, 1979, pp. 286-262
• [39] Renowicz D., Okrajni J., Binczyk F.: Crack behaviour in distortion field. XXXV Sympozjum „Modelowanie w mechanice” , Z.N. Katedry Mechaniki Technicznej, nr 2, Gliwice 1996
• [40] Renowicz D., Binczyk F.: Crack initiation caused by distortions. Mechanika Teoretyczna i Stosowana, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 1, 32, 1994