Wpływ odkształcenia plastycznego na dyfuzję wodoru w odpornych na korozję stopach niklu

• Autorzy: Szummer, A. , Lublińska, K.

Warianty tytułu

EN

The influence of plastic strain on hydrogen diffusion in NI-base alloys

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy niklu pomimo znacznie wyższej odporności na korozję niż stale, wykazują jednak niższą odporność na kruchość wodorową, szczególnie w stanie odkształconym plastycznie (rys. 1) stosowanym do umacniania tych stopów. Jedną z przyczyn większej kruchości tych stopów w stanie odkształconym plastycznie może być wzrost szybkości dyfuzji wodoru spowodowany wzrostem gęstości dyslokacji związany z silnym odkształceniem plastycznym. Dane literaturowe dotyczące wpływu odkształcenia plastycznego na szybkość dyfuzji w stopach o sieci RSC są rozbieżne. Przedmiotem badań w niniejszej pracy był wysoko molibdenowy stop niklu Hastelloy C-276. W porównawczych badaniach współczynnika dyfuzji wodoru w materiale odkształconym plastycznie i w materiale wyżarzonym zastosowano metodę pomiaru odkształcania się próbek pod wpływem wnikania wodoru. Zastosowana metoda polega na pomiarze odkształceń próbki metalowej w postaci cienkiej smukłej płytki, stanowiącej katodę, która jest nasycana elektrolitycznie wodorem tylko z jednej strony. Wnikanie wodoru powoduje wzrost parametru sieci krystalicznej metalu, a tym samym wzrost objętości, co jest przyczyną odkształceń, których skutkiem jest wyginanie się płytki (rys. 2,3 i 5). W celu określenia zależności wielkości wygięcia próbki od czasu wodorowania wyprowadzono odpowiednie zależności matematyczne dla przypadku, gdy rozkład stężenia wodoru w próbce ma charakter dyfuzyjny (rys. 4). Wyniki przeprowadzonych badań (rys. 6) wykazały, że w przypadku próbek, w których stopień odkształcenia plastycznego wynosił 50 %, współczynnik dyfuzji wodoru w temperaturze pokojo wej jest 2,7 razy większy, aniżeli w przypadku próbek wyżarzonych. Wzrost szybkości dyfuzji wodoru, spowodowany tzw. dyfuzją kanalikową, powoduje głębszą jego penetrację w materiał uprzednio odkształcony, co w efekcie powoduje, że ulega on degradacji w większym stopniu.

EN

Ni-base alloys, despite their much higher resistance to general and localized corrosion than stainnless steels, are more susceptible to hydrogen embrittlement (HE). This embrittlement tendency increases significantly following coldworking applied to increase strength of these alloys (Fig. 1). An important reason of this tendency might be an increase of hydrogen diffusivity caused by a much higher dislocations density, as a result of cold-working, than in the annealed alloys.In the literature there are discrepancies between fee data on the influence of deformation on hydrogen diffusivity in corrosion resistant Ni-base alloys. In this work comparative measurements of hydrogen diffusion coefficient in cold-worked and in annealed M-base alloy Hastelloy C-276 were conducted. A method applied for comparasion the hydrogen diffusion coefficients involved measuring the magnitude of deformation of samples in the form of thin, slender plates during electrolytic charging with hydrogen by one side only. Hydrogen ingress expands the lattice of the host metal and increases its volume. This increase causes in turn a deformation and bending of the sample (Fig. 2,3 and 5). To determine the dependence between the magnitude of the plate bending and of the time of hydrogen charging a mathematical formula was derived taken into account diffusional distribution of hydrogen concentration in the plate (Fig. 4). The results of measurements conducted (Fig. 6) have shown, that in the case of the 50 % cold-worked samples the hydrogen diffusion coefficient at room temperature is 2.7 times greater, than in the case of annealed samples. This increase of hydrogen diffusivity, cased by pipe diffusion in the dislocation network of predeformed samples, makes hydrogen penetration deeper into the cold-worked material and its stronger degradation.

Słowa kluczowe

PL

odkształcenia plastyczne; dyfuzja wodoru; stop niklu

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 1
• Strony: 23-28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz. , rys.

Twórcy

autor

Szummer, A.

autor

Lublińska, K.

• Szummer, A. - Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] Rebak R. B. and Crook P.: Nickel Alloys for Corrosive Enyironments. Adv. Mater. Process., Vol. 157 (2000) No 2, Feb.
• [2] Rebak R. B.: Corrosion of Non-ferrous Alloys, Part I: Nickel-, Cobalt-, Copper-, Zirconium- and Titanium-Base Alloys. Corrosion and Environmental Degradation, Vol. II, Wiley-VCH, 2000
• [3] Hibner E. L. and Tassen C. S.: Corrosion Resistant OCTGs and Matching Age-Hardenable Bar Products for a Rangę of Sour Gaś Service Conditions. Paper 01102 (Houston) NACE International, 2001
• [4] Scarberry R. C. Graver D. L. and Stephens C. D.: Alloying for Corrosion Control. Materials Protection, 6 (1967) No. 6
• [5] Sedriks A. J.: Corrosion Resistance of Austenitic Fe-Cr-Ni-Mo Alloys in Marinę Environments. International Metals Reviews, 27 (1982) No. 6
• [6] Crum J. R. and Shoemaker L. E.: Advances in Molybdenum Bearing, Corrosion Resistant Alloys for FGD Service. NACE/Corrosion 93 (1993) No. 423
• [7] Sedriks A. J.: Stress Corrosion Cracking of Stainless Steels and Nikel Alloys. Journal of the Institute of Metals, 101 (1973) 225
• [8] Sedriks A. J.: Comparative Stress Corrosion Cracking Behavior of Austenitic Iron Based and Nickel Based Alloys. Corrosion, 31 (1975) No. 9
• [9] LaQue F. L.: Marinę Corrosion-Causes and Prevention. Wiley, New York (1975
• [10] Oldfield J. W.: Crevice Corrosion of Stainless Steels in Seawater. ACOM Report No.l - 1988, Avesta AB, Avesta Sweden (1988)
• [l1] Kolts J. and Shridar N.: Environmental Embrittlement of Nickel and Nikel Alloys - Ań Analogy to Steels and Austenitic Stainless Steels. Corrosion of Nickel-Base Alloys, American Society for Metals, 1985, p. 199
• [12] Sridhar N., Kargol J. A. and Fiore N. F.: Effect ofLow —Temperaturę Aging on Hydrogen-Induced Crack Growth in a Nickel-Base Superalloy. Scripta Metallurgica, 14 (1980) 1257
• [13] Sridhar N., Kargol J. A. and Fiore N. F.: Hydrogen Transport-Induced Crack Growth of a Ni-base Superalloy. Scripta Metallurgica 14 (1980) Feb. 225
• [14] Coyle R. J., Kargol J. A. and Fiore N. F.: Effect of Aging on Hydrogen Embrittlement of a Ni-base Superalloy. Metallurgical Transactions A, 12A (1981) April 653
• [15] Omar A. El-Kebir, Szummer A.: International Journal of Hydrogen Energy, 27 (2002) 793
• [16] Omar A. El-Kebir: Hydrogen Embrittlement of Highly Alloyed Austenitic Stainless Steels. Ph D. Thesis. Warsaw University of Technology, Warsaw 2002
• [17] Szummer A., Omar A. El-Kebir: Effect of Hydrogen on Microstructure of Stainless Alloys. Advances in Corrosion Science and Application — Michał Smialowski International Symposium on Corrosion and Hydrogen Degradation, Zakopane, Poland, Sept. 9-13, 2003. Proceedings Ed. by T. Zakroczymski, p. 39
• [18] Brass A. M., Chene J.: Influence of deformation on the hydrogen behavior In iron and nickel base alloys: a review of experimental data. Materials Science and Engineering A242 (1998) 210
• [19] Perng T. P. and Altsteyyer C. J.: Effects of Deformation on Hydrogen Permeation in Austenitic Stainless Steels. Acta Metali. Vol. 34 (1986) No. 9
• [20] Mezzanotte D. A., Kargol J. A., Fiore N. F.: Hydrogen Transport in Nikel Base Superalloy. Scripta Metallurgica, Vol. 14 (1980) 219
• [21] Mezzanotte D. A., Kargol J. A., Fiore N. F.: Hydrogen Transport In Nikel Base Stainless Alloys. Metallurgical Transactions A, Vol. 13A (1982) July
• [22] UhlemannM., PoundB. G.: Diffusiyity, Solubility andTrappingBehavior of Hydrogen in Alloys 600, 690tt and 800. Corrosion Science, Vol. 40 (1998) No. 4/5
• [23] Hinotani S., Ohmori Y. and Terasaki F.: Materials Science and Engineering, 74(1985) 119
• [24] Szklarska-Śmialowska Z., Smialowski M.: Creation of Stresses in Nikel Cathodes due to Hydrogenation. Buli. Acad. Poi. Sci., Ser. Sci. Chim., 6 (1958) 427
• [25] Kamachi K.: Ań X-ray study of hydrides formed in austenitic Stainless steels. Transactions ISIJ, 18 (1978) 485
• [26] Szummer A., Janko A.: Hydride Phases in Austenitic Stainless Steels. Corrosion, 35 (1979) 461
• [27] Trzebiatowski W.: Struktura metali. PWN, Warszawa 1953
• [28] Jost W.: Diffusion in solids, liąuids, gases, Academic Press, New York 1960
• [29] Saga J. and Miyata S.: Hydrogen Induced Phenomena and Hydrogen Embrittlement of Austenitic Fe-Ni Alloys. Transactions ISIJ, Vol. 18 (1978) 206
• [30] Lunarska-Borowiecka E. and Fiore N. F.: Hydride Formation in a Ni-Base Superalloy. Metallurgical Transactions A, Vol. 12A (1981) January